行星減速器機(jī)械效率測量儀設(shè)計(jì)

1、合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄中文摘要1英文摘要21 緒論32 設(shè)計(jì)方案52.1 設(shè)計(jì)要求52.2 設(shè)計(jì)方案53 部件的選擇73.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇73.2 傳感器的選擇103.2.1 轉(zhuǎn)矩測量基本原理103.2.2 轉(zhuǎn)速測量基本原理113.2.3 行星減速器的機(jī)械效率113.2.4 相關(guān)計(jì)算123.2.5 傳感器的主要特性133.2.6 安裝要求133.3 高速區(qū)聯(lián)軸器的選擇153.4 行星減速器的選擇163.5 制動(dòng)負(fù)載的選擇17結(jié) 論19致 謝20參考文獻(xiàn)2121行星減速器機(jī)械效率測量儀設(shè)計(jì)摘要：行星減速器是有兩個(gè)行星輪圍繞一個(gè)太陽輪旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的減速器，有著體積小，重量輕，承載能力高，運(yùn)轉(zhuǎn)

2、平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)其在不同情況下使用時(shí)，機(jī)械效率會(huì)發(fā)生很大的變化。機(jī)械效率是行星減速器的一個(gè)重要參數(shù)，在其使用中需了解它的機(jī)械效率，這樣可以避免一些能源的浪費(fèi)。對行星減速器而言，機(jī)械效率的測試就是需要測量它的輸入和輸出端的扭矩和轉(zhuǎn)速。我的整體設(shè)計(jì)采用直觀的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使用兩個(gè)傳感器去測量所需要測量的物理量。設(shè)計(jì)的儀器的組裝需要保證所有部件的中心線在一條直線上，避免過大的同軸度。部分測試裝置采用了現(xiàn)代化的儀器，實(shí)現(xiàn)了完整的測試功能。系統(tǒng)的構(gòu)成不僅降低了設(shè)備的成本，而且提高了測試工作的自動(dòng)化水平和可靠性。關(guān)鍵詞：行星減速器 同軸度Abstract: Planetary reducer is

3、two planets round the sun rotating around a round structure of the reducer, has small volume, light weight, high bearing capacity, smooth operation, etc. But when its use in different cases, mechanical efficiency will happen very big change. Mechanical efficiency is one of the important parameters o

4、f planetary reducer , in its use should be understand its mechanical efficiency, this can avoid some a waste of energy. On a planetary reducer is concerned, mechanical efficiency test is the need to measure its input and the output torque and speed. My overall design by using object object-oriented

5、design method, the use of two sensor to measure the need of physical measurement. The design of the instrument need to be sure that all parts of the assembly lines in a straight line, avoid excessive coaxial degrees. Part of the test device adopts the modern equipment, realize the complete test func

6、tion. The structure of the system not only reduce the cost of the equipment, and improve the level of automation testing and reliability. Keyworks：Planetary reducer The coaxial tolerance 1 緒論 減速器在我國的發(fā)展已有40年的歷史，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展情況來看，近年來，民營企業(yè)發(fā)展速度很快。一些發(fā)展速度較快的民營企業(yè)，在完成了原始積累后，不斷發(fā)展壯大，他們緊跟市場變化，及

7、時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也不斷提高，加工能力即技術(shù)水平提高很快，企業(yè)已開始向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。 減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可或缺的機(jī)械裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量的，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。國內(nèi)的減速器的材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器，多從國外進(jìn)口。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大、體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)。但受其傳動(dòng)的理論限制，不能傳遞過大的功率。由于在傳

8、動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率小、傳動(dòng)比小、體積大、重量大、機(jī)械效率低等基本要求。無論在減少體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進(jìn)的話，都將會(huì)促進(jìn)資源的節(jié)省。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式。行星減速器是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，有著體積小、重量輕、承載能力高，使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，具有功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性。適用于起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金、礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器

9、儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門。機(jī)械效率就是指機(jī)械能在做能量轉(zhuǎn)換過程中的損耗程度，效率越高，能量損耗就越少。機(jī)械效率作為行星減速器的一個(gè)重要參數(shù)，有著很重要的意義。機(jī)械效率是反映機(jī)械性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。機(jī)器在運(yùn)作時(shí)，有用功所占比例越大，機(jī)械對總功的利用率就越高，機(jī)械的性能就越好，用機(jī)械效率來表示機(jī)械對總功的利用率。在行星減速器的使用過程中，我們很有必要對其的機(jī)械效率有一定的了解，這樣有利于我們更加合理的選用合適的行星減速器，也有利于更加合理的安排減速器的使用環(huán)境，為資源的最大化利用提供一份合理的規(guī)劃。 以前企業(yè)生產(chǎn)的行星減速器采用傳統(tǒng)的二次儀表測試方法進(jìn)行傳動(dòng)效率測試：分別用不

10、同的二次儀表測量行星減速器輸入、輸出端的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，再通過專用的數(shù)據(jù)處理卡進(jìn)行處理，由于難于同步處理各組數(shù)據(jù)，測量系統(tǒng)操作復(fù)雜、可靠性查、測試的數(shù)據(jù)誤差大、測量精度低，難以進(jìn)行批量測試。我設(shè)計(jì)的儀器是采用LabVIEW8.0虛擬儀器圖形編程語言開發(fā)的行星減速器機(jī)械效率測試系統(tǒng)。這儀器不僅減少了購置二次儀表的費(fèi)用，而且極大地提高了測試效率，可以進(jìn)行批量測試，每臺(tái)行星減速器在線測試時(shí)間僅為15s，測試簡單可靠。2 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)要求 1.了解所要求了解行星減速器機(jī)械效率測量儀基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)，分析測量儀傳動(dòng)系統(tǒng)、扭矩測量系統(tǒng)和負(fù)載阻尼的原理、結(jié)構(gòu)；掌握相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則和基本知識(shí)。

11、2.根據(jù)測量儀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)。3.給出測量儀的設(shè)計(jì)方案。4.采用AutoCAD軟件繪制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)機(jī)械總圖及零件圖。5.收集整理設(shè)計(jì)材料，完成論文的撰寫。2.2 設(shè)計(jì)方案測量行星減速器的機(jī)械效率，首先需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)其工作，利用傳感器測量其輸入和輸出端的扭矩和轉(zhuǎn)速，最后需要一個(gè)制動(dòng)裝置來充當(dāng)負(fù)載。設(shè)計(jì)的具體方案如下：行星減速器機(jī)械效率測試系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，以磁粉制動(dòng)器作為系統(tǒng)負(fù)載。電動(dòng)機(jī)與行星減速器之間通過聯(lián)軸器連接轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器，用于測試動(dòng)力源輸入行星減速器的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速；在行星減速器和磁粉制動(dòng)器之間也通過聯(lián)軸器連接轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器，用于測試行星減速器輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。這兩組

12、信號(hào)和電流電壓傳感器的信號(hào)一起被輸入到數(shù)據(jù)采集卡，并進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最終直接得到所要求測量的機(jī)械效率測量值。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以PC機(jī)為核心，測試系統(tǒng)采用PCI-9111數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理功能。PCI-9111是基于PCI總線的12位的低損耗多功能采集卡，采集速率可達(dá)100kHz，擁有16個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，該卡提供LabVIEW語言的強(qiáng)大編程接口，使用方面。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了LabVIEW語言與PCI-9111數(shù)據(jù)采集卡之間的完美結(jié)合。下圖是行星減速器機(jī)械效率測試系統(tǒng)硬件構(gòu)成示意圖：這個(gè)測量方案采用了LabVIEW8.0虛擬儀器圖形編程語言開發(fā)的行星減速器機(jī)械效率測量系統(tǒng)，包括測量原理和方案。測試

13、程序遵循面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，采用由上至下的設(shè)計(jì)方法和模塊化程序設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了完整的測試功能。系統(tǒng)的構(gòu)成不僅降低了設(shè)備成本，而且提高了測試工作的自動(dòng)化水平和可靠性。此設(shè)計(jì)方案中各個(gè)主要部件都需要在裝配時(shí)，各中心線盡量都在一條直線上，保證同軸度，避免由于轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的振蕩，以致于影響各傳感器的測量結(jié)果，最終給得到的結(jié)果帶來很大的誤差。3 部件的選擇 我設(shè)計(jì)的行星減速器機(jī)械效率測量儀的結(jié)構(gòu)較為簡單，機(jī)械部分的主要部件有：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、兩個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、高速區(qū)的聯(lián)軸器、行星減速器和制動(dòng)負(fù)載等。3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要工作是驅(qū)動(dòng)行星減速器，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械效率測量系統(tǒng)正常運(yùn)作。由于整個(gè)儀器是一個(gè)效

14、率測試試驗(yàn)臺(tái)，每次測量都需要進(jìn)行多組試驗(yàn)，需要對輸入電壓等已知信號(hào)不斷變化，測量出行星減速器在各種輸入電壓下的機(jī)械效率，以便于我們更加全面得到行星減速器在各種條件下的機(jī)械效率，使測量更加完善，結(jié)果更加有用于行星減速器在實(shí)際的生產(chǎn)生活中應(yīng)用。此外，測量需要有很高的精度，這就需要電動(dòng)機(jī)的電壓控制的精度達(dá)到一定的要求。日常生活中，應(yīng)用最多的電動(dòng)機(jī)主要有單相異步電動(dòng)機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、永磁直流電機(jī)等。以下是各電動(dòng)機(jī)的工作原理和特點(diǎn)：單相異步電動(dòng)機(jī)是靠220V單相交流電源供電的一類電動(dòng)機(jī)，其由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等構(gòu)成。在交流電機(jī)中，當(dāng)定子繞組通過交流電流時(shí)，建立了電樞磁動(dòng)勢

15、，它對電機(jī)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通過單相交流產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢，該磁動(dòng)勢可分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢和，從而在氣隙中建立正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場和。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成轉(zhuǎn)矩。單相異步電機(jī)的功率比較少，主要制成小型電機(jī)，而且使用的電源單一，使用范圍有限。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運(yùn)動(dòng)而感生的電動(dòng)勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好

16、，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)相對普通電機(jī)來說，它可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和速度控制，無需反饋信號(hào)。但是步進(jìn)電機(jī)不適合使用在長時(shí)間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時(shí)通常都是短距離頻繁動(dòng)作較佳。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。步

17、進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控

18、制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機(jī)可分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。直流伺服電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)調(diào)速，控制精度高，但維護(hù)成本高、操作麻煩；交流伺服電機(jī)維護(hù)方便，但價(jià)格高，精度沒有直流的好。同步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)的伺服精度高，轉(zhuǎn)速范圍大，額定轉(zhuǎn)速內(nèi)恒扭矩輸出，多種控制模式；步進(jìn)精度低，轉(zhuǎn)速范圍小，控制模式只有脈沖，扭矩根據(jù)電流可調(diào)。永磁直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它是由一塊或多塊永磁體建立的

19、直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHz調(diào)制波的對稱交變矩形波。由于永磁直流電機(jī)是以自控是運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)那樣在轉(zhuǎn)

20、子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。永磁直流電動(dòng)機(jī)有一定的缺點(diǎn)。其壽命沒有異步電機(jī)的長，因?yàn)橛来烹姍C(jī)有永磁體，其磁性會(huì)慢慢減弱，會(huì)達(dá)不到額定功率。但永磁直流電動(dòng)機(jī)可以提供較大的扭矩，而且節(jié)能效果和轉(zhuǎn)速方面都比異步電機(jī)好。綜上所述，各種電動(dòng)機(jī)都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍也不盡相同。行星減速器機(jī)械效率測試儀的電動(dòng)機(jī)不需要特別大的輸出功率，只需要能便于調(diào)控輸入電壓，繼而實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速的作用，而且電動(dòng)機(jī)要與相關(guān)的電氣裝置連接，便于記錄相關(guān)的電壓數(shù)值。我采用的電動(dòng)機(jī)是交流電機(jī)，型號(hào)是51K40A-S3T。這種電動(dòng)機(jī)散熱性能好，可用于長期運(yùn)作的環(huán)境中；機(jī)體重量輕、振動(dòng)小、噪音低而且還具有防水

21、、防塵、防腐、節(jié)能、高性能、高效率和使用壽命長等特點(diǎn)，是普通電機(jī)無可替代的環(huán)保型產(chǎn)品；電機(jī)工作頻率為50Hz，電壓可按要求設(shè)計(jì)，便于控制輸入電壓，易用于試驗(yàn)中；可與相關(guān)的電子產(chǎn)品一起使用，便于試驗(yàn)。但該種電動(dòng)機(jī)價(jià)格較貴。電動(dòng)機(jī)的功率是4KW，轉(zhuǎn)速為2890r/min。一般的外觀圖如下:3.2 傳感器的選擇設(shè)計(jì)的行星減速器機(jī)械效率測試儀需要的傳感器是轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，主要功能是測量行星減速器輸入與輸出端的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，然后傳輸?shù)较嚓P(guān)的處理裝置里，最終直接得到所要的機(jī)械效率測量值。扭矩轉(zhuǎn)速的測量采用JN338型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號(hào)的輸出

22、，從而解決了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中能源及信號(hào)可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計(jì)算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。3.2.1 轉(zhuǎn)矩測量基本原理 傳感器扭矩?cái)?shù)值的測量采用應(yīng)變電測原理，當(dāng)應(yīng)變軸受扭力影響產(chǎn)生微小變形后，粘貼在應(yīng)變軸上的應(yīng)變計(jì)阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，我們將具有相同應(yīng)變特性的應(yīng)變計(jì)組成測量電橋，應(yīng)變電阻的變化即可轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的變化進(jìn)行測量。由于采用了能源與信號(hào)的無接觸耦合，完美解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下扭矩（轉(zhuǎn)矩）數(shù)值的測量。下圖是扭矩測量的主要原理框圖: 電源經(jīng)過處理后送1，經(jīng)耦合將能源送到應(yīng)變軸上，由

23、2變成穩(wěn)定電壓供應(yīng)給應(yīng)變軸上各電子器件。3將應(yīng)變軸的微小變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過4放大送到5，經(jīng)6輸出，通過7整形后輸出方波頻率信號(hào)。X（t）、Y（t）分別為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器提供的兩路同頻信號(hào)，則：式中：Rx（0）為x（t）的自相關(guān)函數(shù)在=0時(shí)的估計(jì)值；Ry（0）為y（t）的自相關(guān)函數(shù)在=0時(shí)的估計(jì)值；Rxy（0）為x（t）、y（t）的互相關(guān)函數(shù)在=0時(shí)的估計(jì)值。扭矩為 式中K為比例系數(shù)，由傳感器生產(chǎn)廠家確定。3.2.2 轉(zhuǎn)速測量基本原理當(dāng)測速碼盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過光電開關(guān)輸出具有一定周期寬度的脈沖信號(hào)，根據(jù)碼盤的齒數(shù)和輸出信號(hào)的頻率，即可計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速可采用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測量，如下： 式中

24、：z為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器齒數(shù)；w為信號(hào)頻率，Hz；n為轉(zhuǎn)速，r/min。采用快速傅里葉變換（FFT）提取信號(hào)頻率，該頻率與軸的轉(zhuǎn)速成正比。3.2.3 行星減速器的機(jī)械效率輸入傳感器和輸出傳感器分別將測得的輸入扭矩P1、輸入轉(zhuǎn)速n1、輸出扭矩P2、輸出轉(zhuǎn)速n2等信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器，檢測裝置的機(jī)械效率為 由于安裝需要，在實(shí)際檢測裝置中，輸入傳感器與減速器之間，行星減速器與輸出傳感器之間各有一個(gè)聯(lián)軸器。考慮到聯(lián)軸器的機(jī)械效率l的影響，若行星減速器的機(jī)械效率為，則有： 則行星減速器的機(jī)械效率為 3.2.4 相關(guān)計(jì)算 根據(jù)選擇的電動(dòng)機(jī)可知，電動(dòng)機(jī)的額定功率是40W，額定轉(zhuǎn)速是2800r/min。此儀器是用來

25、測量行星減速器的機(jī)械效率，所以沒有固定的行星減速器，這里為了計(jì)算方便，選用傳動(dòng)比為246的行星減速器。大概計(jì)算各傳感器所在處的扭矩：扭矩T，轉(zhuǎn)速n，功率P之間存在以下關(guān)系： P=Tn9550高速區(qū): T1=955042890=13.22N.m轉(zhuǎn)速最大不超過2800r/min低速區(qū)：取行星減速器的功率傳動(dòng)為0.8，則有： T2=955040.82890246=2.6N.m轉(zhuǎn)速不超過2890246=11.75r/min根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選擇適當(dāng)量程的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。所選傳感器的量程比計(jì)算結(jié)果稍大一點(diǎn)即可。由于行星減速器是可以跟換的，所以低速區(qū)的傳感器的型號(hào)沒法最終確定下來。高速區(qū)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的

26、型號(hào)可以確定下來，即規(guī)格為100，以下是主要技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確度0.5% F.S；過載能力為150% F.S；滯后0.5% F.S；重復(fù)性0.5% F.S；工作溫度為-2060；轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確度為光電碼盤（60個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)或120個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)）或旋轉(zhuǎn)編碼器（900-2700個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)），無積累誤差；轉(zhuǎn)矩測量范圍0-20N.m；測量轉(zhuǎn)速范圍0-4000r/min。下圖是轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖：3.2.5 傳感器的主要特性設(shè)計(jì)的行星減速器機(jī)械效率測試儀采用的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是JN338型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。它的主要特性如下：1. 檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)；2. 測量精度高，信號(hào)檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)；3

27、. 抗干擾能力強(qiáng)，無需調(diào)零即可工作；4. 可靠性高，信噪比高，工作壽命長；5. 既可以測量靜態(tài)扭矩，也可測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；6. 能夠測量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測量過渡過程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；7. 無需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)矩；8. 無集流環(huán)、電刷等磨損件，可高速超長運(yùn)行；9. 轉(zhuǎn)矩信號(hào)的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速大小及旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)；10. 測量彈性體強(qiáng)度大，可承受150%的過載；11. 體積小、重量輕、安裝方便，有套裝式、卡裝式、聯(lián)軸式等多種安裝方式；12. 輸出信號(hào)以頻率形式給出，便于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行接口。3.2.6 安裝要求傳感器的安裝必須由專業(yè)機(jī)械安裝人員進(jìn)行。下圖是安裝示意圖： 安裝方法：1. 測量傳感器的軸徑

28、和中心高，待裝；2. 使用兩組聯(lián)軸器，將傳感器安裝在動(dòng)力設(shè)備與負(fù)載之間；3. 分別調(diào)整動(dòng)力設(shè)備、負(fù)載、傳感器的中心高和同軸度，要求同軸度小于0.05mm，然后將其固定，并緊固可靠，不允許有松動(dòng)。使用小量程或高轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，更要嚴(yán)格保證連接的中心高和同軸度，否則可能造成測量誤差及傳感器的損壞；4. 連接時(shí)可選用剛性或彈性聯(lián)軸器，在震動(dòng)較大或同軸度無法保證安裝要求時(shí)（大于0.05mm，小于0.2mm），建議選用彈性聯(lián)軸器，安裝同軸度超過0.2mm時(shí)，嚴(yán)禁使用；5. 安裝底臺(tái)面應(yīng)有一定的強(qiáng)度，以保證安裝的穩(wěn)定性，避免造成過大的震動(dòng)，否則可能造成測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，影響測量精度；6. 聯(lián)軸器應(yīng)緊靠傳感器兩

29、端的軸肩；7. 傳感器使用時(shí)推薦采用水平安裝，進(jìn)行其他角度的安裝時(shí)，請慎重安裝傳感器，不允許承受過大的軸向力或彎矩，否則可能影響傳感器的使用，甚至造成傳感器的損壞。下圖是聯(lián)軸器安裝方法示意圖：聯(lián)軸器與傳感器連接時(shí)需要注意以下問題：1、 安裝人員測量聯(lián)軸器內(nèi)徑確定達(dá)到安裝要求。2、 量程大于等于10牛米的傳感器安裝聯(lián)軸器法蘭時(shí)，應(yīng)將傳感器軸垂直放置，將上端聯(lián)軸器垂直壓入。如現(xiàn)場無壓力機(jī)，可用銅棒將聯(lián)軸器均勻輕輕打入，然后依次安裝另一端聯(lián)軸器。3、 量程小于10牛米的傳感器安裝聯(lián)軸器時(shí)，傳感器軸水平放置，將聯(lián)軸器用手輕輕推入。3.3 高速區(qū)聯(lián)軸器的選擇 電動(dòng)機(jī)與行星減速器之間的區(qū)域就是高速區(qū)，剩下

30、的區(qū)域就是低速區(qū)。在高速區(qū)，由于軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度很快，因此此區(qū)域各部件之間的同軸度只要稍微過大一點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生劇烈震蕩。這個(gè)區(qū)域連接著一個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，需要很高的同軸度，以免由于高速震蕩導(dǎo)致傳感器損壞。高速區(qū)對部件的同軸度和裝配精度有著比低速區(qū)更高的要求。為了更好的使機(jī)械效率測量儀的使用，我在高速區(qū)采用梅花形彈性聯(lián)軸器，在低速區(qū)采用普通的剛性聯(lián)軸器。這是由于高速區(qū)轉(zhuǎn)速太快，使用剛性聯(lián)軸器容易造成震蕩，損壞傳感器；在低速區(qū)由于轉(zhuǎn)速不高，不易產(chǎn)生劇烈震蕩，使用普通的剛性聯(lián)軸器就能滿足功能要求。我選用的是ML系列梅花形彈性聯(lián)軸器。它主要有兩個(gè)帶凸齒密切嚙合并承受徑向擠壓以傳遞扭矩，當(dāng)兩軸線有相對偏移時(shí)，彈性

31、元件發(fā)生相應(yīng)的彈性變形，起到自動(dòng)補(bǔ)償作用。這方面很適合設(shè)計(jì)的傳感器連接，除此之外，彈性聯(lián)軸器還有以下特點(diǎn)：1.工作穩(wěn)定可靠，具有良好的減振、緩沖和電絕緣性能；2.結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于中高速場合；3.具有較大的軸向、徑向和角向補(bǔ)償能力；4.高強(qiáng)度聚氨酯彈性元件耐磨耐油，承載能力大，使用壽命長，安全可靠；5.聯(lián)軸器無需潤滑，維護(hù)工作量少，可連續(xù)長期運(yùn)行。下圖是彈性聯(lián)軸器的二維圖：3.4 行星減速器的選擇設(shè)計(jì)的儀器就是行星減速器機(jī)械效率測試儀，原則上應(yīng)該對行星減速器應(yīng)該具有一定的普遍適用性，應(yīng)該對多數(shù)行星減速器都有適用性。實(shí)際上，由于選擇的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器有一定的適用范圍，

32、不可能對所有的行星減速器都適用。這里為了傳感器選擇的方便，我選定了傳動(dòng)比為246的行星減速器。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中，只要傳感器的量程滿足需求，一般常用的行星減速器都可以在這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)上適用，這兩者是相互適應(yīng)的關(guān)系。下圖是行星減速器的圖片：3.5 制動(dòng)負(fù)載的選擇任何一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)都需要負(fù)載，來完成整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。我設(shè)計(jì)的機(jī)械效率試驗(yàn)臺(tái)也需要一個(gè)通用性復(fù)雜。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，行星減速器可以任意調(diào)換，而制動(dòng)負(fù)載不行，所以我選擇了一個(gè)固定的通用負(fù)載_磁粉制動(dòng)器。下面簡述一下它的一些特點(diǎn)：1.高精度的轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)矩的控制范圍非常廣，而且控制精度高，傳達(dá)轉(zhuǎn)矩和激勵(lì)電流成正確的比例，可實(shí)現(xiàn)高精度的控制。2.優(yōu)越的耐久性、壽命長。采用耐熱、耐磨耗、耐氧化、耐腐蝕超強(qiáng)的超合金磁粉，壽命長。3.穩(wěn)定性超群的定轉(zhuǎn)矩特性。磁粉的磁氣特性甲，而且粉粒相互之間的結(jié)合力安定，滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩非常穩(wěn)定，與相互回轉(zhuǎn)數(shù)沒有關(guān)系能持久保持恒定的轉(zhuǎn)矩。4.連續(xù)滑動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)使用。散熱效果優(yōu)良而且采用熱變形均一的冷卻構(gòu)造，加上磁粉的高耐熱性，容許連結(jié)與制動(dòng)功率及滑動(dòng)功率大，能夠圓滑的滑動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)引起震動(dòng)。5.連結(jié)圓滑，無沖擊。連結(jié)時(shí)的沖擊極小，能夠無沖擊的圓滑啟動(dòng)、停止，而且阻力轉(zhuǎn)矩極小，不會(huì)引起無用的發(fā)熱量。6.適合高頻運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)答敏捷快捷及特別的散熱構(gòu)造