PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台

摘要

本发明公开了一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台，包括依次连接的电机、齿轮传动系统、传感器系统、轮系传动箱和磁粉制动器，齿轮传动系统具体结构为：包括齿轮传动箱，齿轮传动箱之后连接有单自由度传动系统，单自由度传动系统作为P单元，轮系传动箱作为X单元，本发明还公开了一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台，结构上是将PX型功率分汇流行星传动系统测试台的输入端与输出端互换，即电机和磁粉制动器位置互换，本发明解决了现有技术中存在的缺乏用于单环路行星传动系统的实验测试系统的问题。

说明书

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台，本发明还涉及一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台。

背景技术

行星传动系统能够以紧凑的结构实现大传动比，以较高的传动效率实现较大功率的传递，故而在现代工业中得到了广泛的应用，成为现代传动技术主要发展方向之一，引起了人们的广泛关注。

行星齿轮传动的类型很多，按行星齿轮传动机构自由度的不同，可分为自由度为1的行星轮系，自由度为2的差动轮系和自由度大于等于3的多自由度行星轮系。在差动轮系中，按中心轮与转臂或两个中心轮之间是否形成封闭运动链，可分为具有封闭运动链的封闭差动传动和不存在封闭运动链的开链式行星传动。封闭差动传动是一种复合式行星齿轮传动，这种传动系统功率传递路线中仅存在一条可能的闭合回路，故又称其为单环路行星传动系统，由一个差动轮系单元X和一个单自由度封闭单元P组成。有输出汇流式(XP型)和输入分流式(PX型)，这两种传动类型结构上完全相同，区别是两种传动系统的输入端和输出端恰好相反。单环路行星系统内部各支路上功率的流向与单元X和P的传动比密切相关，一方面不同的单元传动比组合可得到不同功率流状态的传动方案，另一方面同一种功率流向的传动方案可以有不同的单元特性参数。

但是，目前国内没有用于单环路行星传动系统的实验测试系统，也没有查阅到国外有相关的测试实验台。

发明内容

本发明的目的是提供一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台，解决了现有技术中存在的缺乏用于单环路行星传动系统的实验测试系统的问题。

本发明的另一目的是提供一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台。

本发明所采用的第一技术方案是，一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台，包括依次连接的电机、齿轮传动系统、传感器系统、轮系传动箱和磁粉制动器，齿轮传动系统具体结构为：包括齿轮传动箱，齿轮传动箱之后连接有单自由度传动系统，单自由度传动系统作为P单元，轮系传动箱作为X单元。

本发明第一技术方案的特点还在于：

单自由度传动系统具体结构为：包括固定在底板上的支座，支座上通过轴承连接有带轮，带轮和平行设置的转轴一端之间通过皮带连接，转轴通过支座固定在底板上，转轴的另一端连接有第一变速齿轮组，第一变速齿轮组通过转轴与第二变速齿轮组连接，第二变速齿轮组通过转轴与第三变速齿轮组连接，第三变速齿轮组通过支座固定于底板上，第三变速齿轮组又通过转轴与所述传感器系统连接，带轮还与齿轮传动箱的P单元输入轴连接，P单元输入轴上设置有P单元分流齿轮，P单元分流齿轮又与电机端中间齿轮啮合，电机端中间齿轮又与X单元分流齿轮啮合，X单元分流齿轮通过X单元输入轴与所述传感器系统连接，电机端中间齿轮还通过中间轴与反向齿轮组的其中一个齿轮连接，反向齿轮组的另一齿轮通过转轴与电机连接。

传感器系统包括五个传感器，第一传感器和第二传感器分别与所述第三变速齿轮组和X单元输入轴连接，第三传感器与电机相连，第四传感器与P单元输入轴连接，第五传感器与磁粉制动器连接。

轮系传动箱具体结构为：包括差动轮系X单元，差动轮系X单元包括设置于X单元轴一端的驱动齿轮，驱动齿轮和X单元轴之间设置有驱动齿轮键，太阳轮两侧分别啮合设置有三个行星轮，每个行星轮均通过行星轮轴安装在行星架上，用于驱动内外齿圈和行星架的驱动齿轮通过轴连接至传感器系统的第一传感器，X单元轴的另一端还连接有驱动齿轮组，驱动齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和被动齿轮，被动齿轮通过轴连接至传感器系统的第二传感器。

本发明所采用的第二技术方案是，一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台，包括依次连接的磁粉制动器、齿轮传动箱、传感器系统、轮系传动箱和电机，齿轮传动系统具体结构为：包括齿轮传动箱，齿轮传动箱之后连接有单自由度传动系统，单自由度传动系统作为P单元，轮系传动箱作为X单元。

本发明第二技术方案的特点还在于，

单自由度传动系统具体结构为：包括固定在底板上的支座，支座上通过轴承连接有带轮，带轮和平行设置的转轴一端之间通过皮带连接，转轴通过支座固定在底板上，转轴的另一端连接有第一变速齿轮组，第一变速齿轮组通过转轴与第二变速齿轮组连接，第二变速齿轮组通过转轴与第三变速齿轮组连接，第三变速齿轮组通过支座固定于底板上，第三变速齿轮组又通过转轴与所述传感器系统连接，带轮还与所述齿轮传动箱的P单元输入轴连接，P单元输入轴上设置有P单元分流齿轮，P单元分流齿轮又与电机端中间齿轮啮合，电机端中间齿轮又与X单元分流齿轮啮合，X单元分流齿轮通过X单元输入轴与所述传感器系统连接，电机端中间齿轮还通过中间轴与反向齿轮组的其中一个齿轮连接，反向齿轮组的另一齿轮通过转轴与磁粉制动器连接。

传感器系统包括五个传感器，第一传感器和第二传感器分别与所述第三变速齿轮组和X单元输入轴连接，第三传感器与电机相连，第四传感器与P单元输入轴连接，第五传感器与磁粉制动器连接。

轮系传动箱具体结构为：包括差动轮系X单元，差动轮系X单元包括设置于X单元轴一端的驱动齿轮，驱动齿轮和X单元轴之间设置有驱动齿轮键，太阳轮两侧分别啮合设置有三个行星轮，每个行星轮均通过行星轮轴安装在行星架上，用于驱动内外齿圈和行星架的驱动齿轮通过轴连接至传感器系统的第一传感器，X单元轴的另一端还连接有驱动齿轮组，驱动齿轮组包括相互啮合的主动齿轮和被动齿轮，被动齿轮通过轴连接至传感器系统的第二传感器。

本发明的有益效果是，PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台，以差动轮系X单元和单自由度传动系统P单元核心，通过合理的结构设计，可真实测试PX型系统和XP型系统，在该测试实验台的关键节点安装转速扭矩传感器可实时测量系统的转速和扭矩信息，以实验测试数据来分析单环路行星传动系统中功率的流动方向，并可分析循环功率的来源。

附图说明

图1是本发明一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台的结构示意图；

图2是本发明一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台的结构示意图图；

图3是本发明PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台中单自由度传动系统的结构示意图；

图4是本发明PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台中齿轮传动箱的结构示意图；

图5是本发明PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台中轮系传动箱的结构示意图。

图中，1.电机，2.单自由度传动系统，3.齿轮传动箱，4.传感器系统，5.轮系传动箱，6.磁粉制动器，7.底板，8.齿轮传动系统，9.支座，10.带轮，11.皮带，12.第一变速齿轮组，13.第二变速齿轮组，14.第三变速齿轮组，15.P单元输入轴，16.P单元分流齿轮，17.电机端中间齿轮，18.X单元分流齿轮，19.中间轴，20.反向齿轮组，21.第一传感器，22.第二传感器，23.差动轮系X单元，24.X单元轴，25.太阳轮，26.太阳轮键，27.行星轮，28.行星轮轴，29.主动齿轮，30.被动齿轮，31.X单元输入轴，32.驱动齿轮组，33.第三传感器，34.第四传感器，35.第五传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种PX型功率分汇流行星传动系统测试台，结构如图1所示，包括依次连接的电机1、齿轮传动系统8、传感器系统4、轮系传动箱5和磁粉制动器6，齿轮传动系统8具体结构为：包括齿轮传动箱3，齿轮传动箱3内部设置有单自由度传动系统2，单自由度传动系统2作为P单元，轮系传动箱5作为X单元。

其中，如图3所示，单自由度传动系统2具体结构为：包括固定在底板7上的支座9，支座9上通过轴承连接有带轮10，带轮10和平行设置的转轴一端之间通过皮带11连接，转轴通过支座固定在底板7上，转轴的另一端连接有第一变速齿轮组12，第一变速齿轮组12通过转轴与第二变速齿轮组13连接，第二变速齿轮组13通过转轴与第三变速齿轮组14连接，第三变速齿轮组14通过支座固定于底板7上，第三变速齿轮组14又通过转轴与所述传感器系统4连接，如图4所示，带轮10还与齿轮传动箱3的P单元输入轴15连接，P单元输入轴15上设置有P单元分流齿轮16，P单元分流齿轮16又与电机端中间齿轮17啮合，电机端中间齿轮17又与X单元分流齿轮18啮合，X单元分流齿轮18通过X单元输入轴31与传感器系统4连接，电机端中间齿轮17还通过中间轴19与反向齿轮组20的其中一个齿轮连接，反向齿轮组20的另一齿轮通过转轴与电机1连接。

如图1所示，传感器系统4包括第一传感器21和第二传感器22两个传感器，第一传感器21和第二传感器22分别与第三变速齿轮组14和X单元输入轴31连接。

如图5所示，轮系传动箱5具体结构为：包括差动轮系X单元23，差动轮系X单元23包括设置于X单元轴24一端的太阳轮25，太阳轮25和X单元轴24之间设置有太阳轮键26，太阳轮25上下两侧还分别啮合设置有一个行星轮27，每个行星轮27均安装在行星轮轴28上，设置于太阳轮25上侧的行星轮27通过轴连接至所述传感器系统4的第一传感器21，设置于太阳轮25下侧的行星轮27通过轴连接至所述磁粉制动器6，X单元轴24的另一端还连接有驱动齿轮组32，驱动齿轮组32包括相互啮合的主动齿轮29和被动齿轮30，被动齿轮30通过轴连接至传感器系统4的第二传感器22。

本发明一种XP型功率分汇流行星传动系统测试台，结构如图2所示，包括依次连接的磁粉制动器6、齿轮传动系统8、传感器系统4、轮系传动箱5和电机1，齿轮传动系统8具体结构为：包括齿轮传动箱3，齿轮传动箱3内部设置有单自由度传动系统2，所述单自由度传动系统2作为P单元，轮系传动箱5作为X单元。

如图3所示，其中，单自由度传动系统2具体结构为：包括固定在底板7上的支座9，支座9上通过轴承连接有带轮10，带轮10和平行设置的转轴一端之间通过皮带11连接，转轴通过支座固定在底板7上，转轴的另一端连接有第一变速齿轮组12，第一变速齿轮组12通过转轴与第二变速齿轮组13连接，第二变速齿轮组13通过转轴与第三变速齿轮组14连接，第三变速齿轮组14通过支座固定于底板7上，第三变速齿轮组14又通过转轴与所述传感器系统4连接，如图4所示，带轮10还与齿轮传动箱3的P单元输入轴15连接，P单元输入轴15上设置有P单元分流齿轮16，P单元分流齿轮16又与电机端中间齿轮17啮合，电机端中间齿轮17又与X单元分流齿轮18啮合，X单元分流齿轮18通过X单元输入轴31与传感器系统4连接，电机端中间齿轮17还通过中间轴19与反向齿轮组20的其中一个齿轮连接，反向齿轮组20的另一齿轮通过转轴与磁粉制动器6连接。

如图2所示，传感器系统4包括第一传感器21和第二传感器22两个传感器，第一传感器21和第二传感器22分别与第三变速齿轮组14和X单元输入轴31连接。

如图5所示，轮系传动箱5具体结构为：包括差动轮系X单元23，差动轮系X单元23包括设置于X单元轴24一端的太阳轮25，太阳轮25和X单元轴24之间设置有太阳轮键26，太阳轮25上下两侧还分别啮合设置有一个行星轮27，每个行星轮27均安装在行星轮轴28上，设置于太阳轮25上侧的行星轮27通过轴连接至所述传感器系统4的第一传感器21，设置于太阳轮25下侧的行星轮27通过轴连接至所述电机1，X单元轴24的另一端还连接有驱动齿轮组32，驱动齿轮组32包括相互啮合的主动齿轮29和被动齿轮30，被动齿轮30通过轴连接至所述传感器系统4的第二传感器22。

该功率分汇流行星传动系统测试台主要由电气控制系统、传感器系统、动力和负载系统和齿轮传动系统组成。其主要目的在于测试复合行星传动系统的综合传动性能，结合实际测试需求，本功率分汇流行星传动系统测试台具备以下技术要求：

1.电气控制系统

电气控制系统主要用来控制功率分汇流行星传动系统的启动，停止，并且实现数据的实时采集和处理。主要由控制箱、控制按钮、数据采集卡等组成。

技术参数：0.4kV供电系统。

数据采集卡：采用16通道，模拟量采集卡

电路功能：具有事故急停功能、具有工作指示功能、具有电动机过载、低电压、过热保护功能。

2.传感器系统

传感器系统主要用来测量系统运行时各关键节点的转速和扭矩。在实验台运行的某一瞬时，同时采样各节点的转速和扭矩信号，将采集的信号输入计算机，即可获得当前系统的运行行效率和功率流动。

技术参数：0～200N.m传感器测量范围，测量精度0.2％，要求测量数据同步上传至上位机。

3.动力和负载系统

功率分汇流行星传动系统测试台的动力由电机提供，配置变频器后可实现电机无级调速。负载系统采用磁粉制动器，给功率分汇流行星传动系统测试实验台提供负载扭矩，并消耗系统多余的能量。

电机技术参数：YVFE2-112M-44kW

变频调速电动机和YVFE2-112M-62.2kW变频调速电动机

变频器技术参数：LSLV-0040-4-iG5，采用0.4kV电源供电。

磁粉制动器技术参数：采用CZ-20水冷式磁粉制动器，制动扭矩最大200N.m。

4.传动系统

齿轮传动系统是功率分汇流行星传动系统测试台的核心部分。主要包括单自由度传动系统、齿轮传动箱和轮系传动箱三部分。

(1)单自由度传动系统作为P单元，分为正传动比传动系统和负传动比传动系统，要求能够实现正传动比和负传动比的变化，包括带传动过载保护部分和齿轮传动部分，用以实现单自由度传动系统传动比的变化。

(2)轮系传动箱作为X单元，采用2K-H机构，在一个箱体内实现太阳轮、行星架输入，齿圈输出；太阳轮、齿圈输入，行星架输出；行星架、齿圈输入，太阳轮输出3种输入输出关系，共6种传动比。

(3)齿轮传动箱用来实现动力的合成和分配。齿轮传动箱在作为动力输入箱时实现输入转速的等速反向和输入动力的分配；在作为动力输出箱时实现输出转速的等速反向和输出动力的合成。

X单元中，差动轮系中太阳轮、行星轮采用对称布置形式，参与动力传递的行星轮与行星轮轴装配行星轮键，不参与动力传递的行星轮与行星轮轴可相互转动，增强了轮系的强度和运行平稳性，同时也消除了两侧行星轮啮合相位角的偏差问题。

底板采用50mm厚成型钢板，在底板的相应位置打孔将其与各部件通过螺栓连接起来。

本发明PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台，在保证单自由度传动系统不变的情况下，改变轮系传动箱的输入方式，可分别测试单环路行星系统在当前状态下的运行效率及功率的分配方式；在保证轮系传动箱输入状态不变的情况下，改变单自由度传动系统的传动比，系统可出现同向增速、同向减速、反向减速、反向增速4种运动状态，并且通过转速扭矩传感器可分析在当前状态下系统的功率流向，验证循环功率。

本发明PX型功率分汇流和XP型功率分汇流行星传动系统测试台，能够实现图1所示的PX型传动方式和图2所示的XP型传动方式，其特点在于通过对整体结构的合理设计，使得系统输入和输出端做到对称平衡布置，实际使用时只需更换电机和磁粉制动器的位置即可。针对电机和磁粉制动器安装中心高度不同的问题，以安装中心较高的磁粉制动器中心高为准，将所有其他部件全部和磁粉制动器安装面重合，通过垫块提高电机的安装面，保证电机和磁粉制动器安装中心高度相同。