機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載試驗臺設(shè)計【全套圖紙】

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究目的和意義2</p><p>　　1.2 國內(nèi)外二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展概況2</p>

2、<p>　　1.3 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用及特點3</p><p>　　1.3.1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的的應(yīng)用3</p><p>　　1.3.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的特點4</p><p>　　1.4 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理5</p><p>　　1.5 減速器加載系統(tǒng)概述6</p><p>　　1.5.1 開放式

3、加載系統(tǒng)6</p><p>　　1.5.2 封閉式加載系統(tǒng)7</p><p>　　1.6 論文主要研究內(nèi)容9</p><p>　　2 減速器模擬加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型10</p><p><b>　　2.1 概述10</b></p><p>　　2.2 減速器模擬加載試驗臺組成與原理10&l

4、t;/p><p>　　2.2.1 試驗臺各部分組成及其功用10</p><p>　　2.2.2 模擬加載系統(tǒng)原理10</p><p>　　2.3 模擬加載系統(tǒng)的方塊圖模型12</p><p>　　2.3.1 二次元件閥控缸的方塊圖模型12</p><p>　　2.3.2 驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制的方塊圖模型15</

5、p><p>　　2.3.3 加載單元轉(zhuǎn)矩控制的方塊圖模型19</p><p>　　2.3.4 整個模擬加載系統(tǒng)的方塊圖模型22</p><p>　　2.4 本章小結(jié)23</p><p>　　3 減速器模擬加載系統(tǒng)特性分析24</p><p><b>　　3.1 概述24</b></p&

6、gt;<p>　　3.2 驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)剛度特性分析24</p><p>　　3.3 本章小結(jié)27</p><p>　　4 減速器加載試驗臺驅(qū)動變速箱的設(shè)計28</p><p><b>　　4.1 概述28</b></p><p>　　4.2 驅(qū)動變速箱的參數(shù)計算28</p>

7、<p>　　4.2.1 傳動方案的確定29</p><p>　　4.2.2 最大扭矩的計算29</p><p>　　4.2.3 最大轉(zhuǎn)速的計算29</p><p>　　4.3齒輪的設(shè)計30</p><p>　　4.3.1選擇齒輪材料30</p><p>　　4.3.2確定齒輪傳動精度等級30&l

8、t;/p><p>　　4.3.3齒輪傳動幾何尺寸計算31</p><p>　　4.3.4各軸齒輪中心距的計算35</p><p>　　4.3.5齒輪齒寬的計算35</p><p>　　4.3.6齒根彎曲疲勞強度校核36</p><p>　　4.4 軸的設(shè)計39</p><p>　　4.4.

9、1 Ⅰ軸的設(shè)計39</p><p>　　4.4.2 Ⅱ軸的設(shè)計41</p><p>　　4.4.3 Ⅲ軸的設(shè)計42</p><p>　　4.4.4 Ⅳ軸的設(shè)計43</p><p>　　4.4.5 Ⅴ軸的設(shè)計44</p><p>　　4.4.6 Ⅵ軸的設(shè)計45</p><p>　　4.

10、4.7 Ⅶ軸的設(shè)計45</p><p>　　4.5 軸的強度校核47</p><p>　　4.5.1 Ⅰ軸的校核47</p><p>　　4.5.2 Ⅶ軸的校核48</p><p>　　4.6 本章小結(jié)50</p><p><b>　　5 結(jié)論51</b></p><

11、;p><b>　　致謝52</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　靜液驅(qū)動二次調(diào)節(jié)技術(shù)是一項新型的液壓傳動技術(shù)。它具有控制方便、容易

12、組成類似于電氣系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行機構(gòu)以及液壓能回收與重新利用,甚至比電氣系統(tǒng)更為簡便等一系列突出的優(yōu)點。二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究將極大地提高液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用范圍和產(chǎn)品的競爭力。本文對基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析，建立減速器加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并繪制方框圖，由所建立的模型可以看出，該減速器模擬加載系統(tǒng)為單輸入單輸出系統(tǒng)，包括驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、二次輸出加載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)；本文還對驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)進(jìn)行剛度特性分析。詳細(xì)介紹了減

13、速器模擬加載試驗臺驅(qū)動變速箱及其變速器的軸和傳動零部件的設(shè)計及校核。試驗結(jié)果表明，該模擬加載系統(tǒng)具有良好的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)功能，軸和齒輪具有較好的承受載荷能力，能滿足減速器模擬加載要求，得出許多有參考價值的結(jié)論，為進(jìn)一步完善和提高二次調(diào)節(jié)加載技術(shù)提供了依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：靜液驅(qū)動；二次調(diào)節(jié)；加載；數(shù)學(xué)模型。</p><p><b>　　Abstract</b&

14、gt;</p><p>　　Static fluid-driven second- regulation technology is a new fluid drive technology. It has a lot of advantages, such as convenient control, network perform institution which can be easily formed

15、like electrical system and recovery or reuse of the hydraulic pressure energy, especially much more convenience than electrical system. The research on second-regulation technology can greatly advance the application of

16、the fluid drive technology and the competition of the product. This text bases on redu</p><p>　　Keywords: Static fluid-driven; second- regulation; load; Mathematical model.</p><p><b>　　前言&

17、lt;/b></p><p>　　靜液傳動由于具有功率大、密度大、易于實現(xiàn)工作過程的自動化等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。但由于靜液傳動存在著漏油、噪聲大和效率低等缺點，以及來自于機械傳動、電器傳動和交流伺服技術(shù)快速發(fā)展的競爭等原因，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，其增長速度明顯減慢。因此，如何在發(fā)揮其自身優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，借鑒于其他傳動技術(shù)的優(yōu)點、克服自身的不足，從而設(shè)計出新型的靜液傳動系統(tǒng)，并不斷地使其獲得進(jìn)一

18、步地發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵問題。</p><p>　　二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是近年新發(fā)展起來的節(jié)能系統(tǒng)。它具有一系列的獨特特點，越來越引起了人們的重視。二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，能在四個象限內(nèi)工作，回收與重新利用系統(tǒng)的制動動能和重物勢能；在系統(tǒng)中二次元件能無損地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得能量，因而大大地提高了系統(tǒng)效率；系統(tǒng)中可以同時并聯(lián)多個負(fù)載，在各負(fù)載端可分別實現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律；擴大了

19、系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系統(tǒng)的控制特性，減少了設(shè)備總投資，降低了工作過程中的能耗，節(jié)約冷卻費用。在能源日益緊缺的今天，基于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要的理論研究意義和實際應(yīng)用價值。</p><p>　　國外從70年代末開始此項技術(shù)的研究，現(xiàn)已將它應(yīng)用于造船工業(yè)、車輛傳動、大型試驗臺等領(lǐng)域，取得了顯著的節(jié)能效果。我國從80年代末從事二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究，目前尚處于實驗室研究階段。本文簡要回顧了這一領(lǐng)域

20、的發(fā)展過程及最新成就，并對基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載試驗臺驅(qū)動單元進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計，并對驅(qū)動單元的系統(tǒng)剛度特性進(jìn)行了分析。不當(dāng)之處希望得到老師的批評指正。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究目的和意義</p><p>　　世界在發(fā)展，科技在進(jìn)步。對于新設(shè)計制造的減速器，需要利用專門的固定試驗臺對其進(jìn)

21、行加載試驗，檢測各項工作性能和可靠性指標(biāo)是否滿足要求。減速器是用于原動機和工作機之間的獨立的封閉傳動裝置。由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、傳動準(zhǔn)確可靠、使用維護方便等特點，故在各種機械設(shè)備中應(yīng)用甚廣。以往對較簡單的單項試驗如疲勞壽命試驗等，可在傳統(tǒng)的液壓式加載試驗臺上進(jìn)行，但其功率消耗很大，效率很低。對稍復(fù)雜一些的綜合性能試驗，可在電封閉加載試驗臺上進(jìn)行，但在相同加載功率下，所用電器設(shè)備龐大復(fù)雜，另外雖然可實現(xiàn)功率回收，提高了效率，

22、可由于其回收功率以電能形式回饋給電網(wǎng)，因而在動載變化較大時，對電網(wǎng)的沖擊較大，某些電器元件被燒壞的情況時有發(fā)生，所以我們要盡量避免它的發(fā)生。這也成為了我們的主要任務(wù)。由于近年來加載試驗臺技術(shù)的不斷發(fā)展，使得許多試驗都可以在具有高動態(tài)性能的固定試驗臺上完成，而利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓伺服加載試驗臺就是近年來為人們所重視的一類加載試驗臺。這種加載系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變量泵-定量馬達(dá)系統(tǒng)不同，它采用帶有儲能器的恒壓中心油源（一次元件）實現(xiàn)與各個單獨調(diào)節(jié)

23、回路（二次元件）之間的壓力藕聯(lián)，該系統(tǒng)具有</p><p>　　近年來我國開始利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)研制新型加載試驗設(shè)備，在這種二次調(diào)節(jié)加載技術(shù)的理論與應(yīng)用方面，取得了一定成果和進(jìn)展，但還存在許多需要進(jìn)一步解決的問題。所以對此的研究有一定的實用和經(jīng)濟價值。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展概況[1]</p><p>　　德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)的H.W

24、.Nikolaus[2]教授于1977年首先提出了二次調(diào)節(jié)靜液傳動的概念。國外從事這方面研究的單位主要有德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)靜液傳動和控制實驗室（LHAS）、亞琛工業(yè)大學(xué)流體傳動與控制研究所（RWTH）和曼內(nèi)斯曼力士樂有限公司（Mannesm ann Rexroth GmbH）。</p><p>　　1980年W.Backe和H.Murrenhoff教授進(jìn)行了液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的研究，他們用的

25、二次元件的變量油缸單出桿活塞缸。</p><p>　　1981年至1987年間，R.Kordark、W.Backe、H.Murrenhoff、W.Nikolaus和F.Metzner等人先后提出了液壓直接控制系統(tǒng)、液壓先導(dǎo)控制調(diào)速系統(tǒng)和機液調(diào)速系統(tǒng)。但這些調(diào)速系統(tǒng)的控制性能不太理想，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)較困難。</p><p>　　1982年至1987年間，H.Murrenhoff、Backe和

26、H.J.Haas等人為提高系統(tǒng)的控制性能，對二次調(diào)節(jié)電液轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和電液轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。這種系統(tǒng)可以是單反饋控制回路，但其阻尼比較小，控制性能不太好。為提高系統(tǒng)的阻尼，改善系統(tǒng)的控制性能，引入二次元件變量油缸位移反饋，組成雙反饋回路電液轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。</p><p>　　1987年F.Metzner提出了數(shù)字模擬混合轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)，將經(jīng)過電液力反饋轉(zhuǎn)速控制的二次元件作為被控對象，控制算法采用數(shù)字PID控制

27、，它能實現(xiàn)二次元件的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩和功率控制。</p><p>　　1988年W.Holz先生發(fā)表文章介紹此系統(tǒng)，并給出其應(yīng)用的可能性。</p><p>　　1993年W.Backe教授和Ch.Koegl又研究了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制的二次調(diào)節(jié)靜液傳動問題，其中包括對這兩個系統(tǒng)中參數(shù)的解耦問題研究。1994年R.Kodak研究了具有高動態(tài)特性的電液轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。</p><p

28、>　　近年來，德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)與力士樂公司合作進(jìn)行了實用性研究，把二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)應(yīng)用到多種機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)中，取得了顯著的節(jié)能效果。</p><p>　　我國從80年代末開始從事二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國農(nóng)機研究院以及同濟大學(xué)等單位都對該技術(shù)進(jìn)行了不同形式的研究。</p><p>　　1990年哈爾濱工業(yè)大學(xué)謝卓偉等用單片機組成數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)，并

29、用變結(jié)構(gòu)PID控制算法來控制二次元件的輸出轉(zhuǎn)速；中國農(nóng)機研究所閻雨良等進(jìn)行過二次元件調(diào)速特性的實驗研究；同濟大學(xué)范基等進(jìn)行過二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)能液壓實驗系統(tǒng)研制。 </p><p>　　1.3 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用及特點</p><p>　　1.3.1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的的應(yīng)用</p><p>　　由于二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有諸多優(yōu)點，使它在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第一套配備有二次調(diào)

30、節(jié)閉環(huán)控制的產(chǎn)品是建在鹿特丹歐洲聯(lián)運碼頭（ECT）的無人駕駛集裝箱轉(zhuǎn)運車CT40；德國的科那西山特號海上浮油及化學(xué)品清污船的液壓傳動設(shè)備配備有二次調(diào)節(jié)反饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使預(yù)選的撇沫泵和傳輸泵設(shè)備的轉(zhuǎn)速保持恒定，并使之不受由于傳輸介質(zhì)黏度的變化而引起的外加轉(zhuǎn)矩變化的影響；德累斯頓工業(yè)大學(xué)通用試驗臺應(yīng)用了二次調(diào)節(jié)反饋控制的四象限運轉(zhuǎn)、能量回收及高反饋控制精度等特點。該試驗臺能滿足實際中的嚴(yán)格要求；奔馳汽車公司也將二次調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于行駛

31、模擬試驗臺、以及在無人駕駛運輸系統(tǒng)的行駛驅(qū)動。它還被用于近海起重機的驅(qū)動、油田用抽油機和精軋機組的液壓系統(tǒng)中。德國在市區(qū)公共汽車上配備二次調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)后取得顯著的節(jié)能效果。如圖1-1所示，改造后的市區(qū)公共汽車由恒壓變量泵2和二次元件4組成的軸向柱塞單元驅(qū)動。它在滿載啟動時能給出大約180Kw的功率，由此可使汽車在20s內(nèi)加速到它的最大速度50km/h。而發(fā)動機1的功率卻只有30Kw，其中150Kw的差值是從液壓蓄能器3中獲得的。液壓蓄能

32、器的充壓是在制動過程中進(jìn)行的，在這個過程中二</p><p>　　1. 發(fā)動機 2. 恒壓變量泵 3. 蓄能器 4. 二次元件 5. 汽車后橋</p><p>　　圖1-1二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)在公共汽車中應(yīng)用原理圖</p><p>　　Fig.1-1 second-quiet fluid drivetrain system in the applicatio

33、n of principles of the bus</p><p>　　綜上所述，二次調(diào)節(jié)技術(shù)可實現(xiàn)能量回收和重新利用，其主要應(yīng)用在以下幾個方面：</p><p>　　1）位能回收 如液壓驅(qū)動的卷揚起重機械。由于卷揚機械中有位能變化，采用二次調(diào)節(jié)傳動技術(shù)可以回收其位能。它可用于起重機械和礦井提升機械，纜索機械的索道傳動，船用甲板機械等；</p><p>　　2）

34、慣性能回收 如液壓驅(qū)動擺動機械和實驗裝置。應(yīng)用二次調(diào)節(jié)技術(shù)可對擺動機械在頻繁起動、制動過程中產(chǎn)生的慣性能進(jìn)行回收和再利用；</p><p>　　3）綜合節(jié)能 群控作業(yè)機械和實驗裝置。對于多臺周期性工作設(shè)備可共用一個動力能源,這樣既節(jié)省了費用,又節(jié)約了能源,這在流水作業(yè)的機械和液壓實驗裝置中十分常見。</p><p>　　1.3.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的特點[3]</p><

35、;p>　　1）同傳統(tǒng)的加載系統(tǒng)相比，二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)有如下一些特點：</p><p>　?。?）通過改變二次元件的排量來改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩和功率的控制。通過改變二次元件斜盤擺角的方向（過零點）來改變二次元件的轉(zhuǎn)向；</p><p>　?。?）由于二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，所以二次元件的流量與其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積成比例；</p><p&g

36、t;　?。?）它是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的壓力基本保持不變。二次元件直接與恒壓油源相連，因此在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)效率；</p><p>　?。?）二次元件（液壓馬達(dá)/泵）可在四個象限內(nèi)運行工作，既可以工作在液壓馬達(dá)工況，也可以工作在液壓泵工況，為能量的回收和重新利用創(chuàng)造了條件；</p><p>　?。?）蓄能器回收的液壓能可滿足間歇性大功率的需要，在設(shè)備的啟動過程中能利用蓄

37、能器釋放出的能量來加速啟動過程，由此來提高系統(tǒng)的工作效率；</p><p>　?。?）由于蓄能器的存在使系統(tǒng)中不會形成壓力尖峰，可減少壓力限制元件的發(fā)熱，從而降低用于系統(tǒng)冷卻的功率消耗；</p><p>　　（7）與電力系統(tǒng)相似，二次元件工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)，在這個恒壓網(wǎng)絡(luò)中可以并聯(lián)多個互不相關(guān)的負(fù)載，并可實現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律，而液壓泵站只需按負(fù)載的平均功率之和進(jìn)行設(shè)計安裝；</p>

38、;<p>　　（8）二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了新的控制規(guī)律和控制結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　2）與電傳動相比：</b></p><p>　?。?）閉環(huán)控制動態(tài)響應(yīng)快；</p><p>　?。?）高功率密度，重量輕，安裝空間??；</p><p><b>　?。?）安裝功率小。</b>&l

39、t;/p><p>　　1.4 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理[4]</p><p>　　二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)（簡稱為二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)）一般由恒壓油源、二次元件（液壓泵/馬達(dá)）、工作機構(gòu)和控制調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，其工作原理是：在恒壓網(wǎng)絡(luò)中，通過調(diào)節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量，以適應(yīng)負(fù)載（工作機構(gòu)）轉(zhuǎn)矩的變化，從而使負(fù)載按設(shè)定的規(guī)律變化。</p>&

40、lt;p>　　二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理如圖1-2所示?？赡媸奖?馬達(dá)元件與電液伺服閥、變量液壓缸、位移傳感器等組合在一起，統(tǒng)稱為二次元件。電動機、恒壓變量泵、蓄能器、安全閥及相應(yīng)的管路等元件構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)，為整個加載系統(tǒng)提供穩(wěn)定的恒壓動力源。兩個可逆式泵/馬達(dá)元件以壓力耦聯(lián)方式并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上，兩元件機械端口之間通過轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器以及加載對象剛性地連接在一起。</p><p>　　轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系

41、統(tǒng)為典型的電液伺服系統(tǒng)二者相互獨立，可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足加載系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的不同要求。系統(tǒng)工作時，由控制器11和14分別向電</p><p>　　1─電動機 2─恒壓變量泵 3─蓄能器 4─安全閥 5─油箱 6,18─位移傳感器</p><p>　　7,16─變量液壓缸 8,17─電液伺服閥 9,15─可逆式泵/馬達(dá)元件 10─轉(zhuǎn)速傳感器</p>&

42、lt;p>　　11,14─控制器 12─加載對象 13─轉(zhuǎn)矩傳感器</p><p>　　圖1-2 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理</p><p>　　Fig.1-2 Principle diagram of loading system with secondary regulation</p><p>　　液伺服閥8和17發(fā)出電信號，通過閥控缸機構(gòu)（前置級排量

43、控制）改變兩個可逆式泵/馬達(dá)元件的斜盤擺角，從而使其排量發(fā)生變化，以適應(yīng)外負(fù)載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化。另外，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行工作時，元件9（馬達(dá)）由恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機械能來驅(qū)動加載對象和元件15（泵），實現(xiàn)加載，元件15（泵）將機械能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來驅(qū)動元件9（馬達(dá)），在兩個可逆式泵/馬達(dá)元件之間形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的液壓能只是用來補償系統(tǒng)的容積損失和機械損失，而驅(qū)動元件9（馬達(dá)）所需的大部

44、分能量都來自元件15（泵）。此外，在該加載系統(tǒng)中，沒有節(jié)流元件，因而避免了節(jié)流損失。由此可見，該加載系統(tǒng)在工作中不僅減少系統(tǒng)發(fā)熱，而且還可以達(dá)</p><p><b>　　到節(jié)能目的。</b></p><p>　　從以上分析可以得出，實現(xiàn)各種控制目的的最終控制量是作用在變量液壓缸上，變量液壓缸不同的位置使二次元件有不同的斜盤傾角，即有不同的排量。因此，二次調(diào)節(jié)的最終控

45、制是實現(xiàn)對變量液壓缸位置控制。</p><p>　　1.5 減速器加載系統(tǒng)概述[5]</p><p>　　減速器的種類很多、應(yīng)用范圍廣，用以滿足各種機械傳動的不同要求。因此，減速器加載試驗臺系統(tǒng)應(yīng)具備扭矩、轉(zhuǎn)速可變化的條件，且其扭矩、轉(zhuǎn)速的變化應(yīng)是可單獨調(diào)節(jié)的。減速器試驗加載系統(tǒng)主要分為開放式和封閉式兩大類。</p><p>　　1.5.1 開放式加載系統(tǒng)</

46、p><p>　　開放式加載系統(tǒng)原理如圖1-3所示。驅(qū)動單元由電動機(或內(nèi)燃機、液壓馬達(dá)等)、及附屬裝置組成，它負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供動力(功率)，驅(qū)動轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機調(diào)速來實現(xiàn)；試驗單元主要由被測裝置、減速器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量裝置以及其它一些測量裝置組成；負(fù)載模擬單元主要由測功機(或液壓加載器、磁粉制動器等)及附屬裝置組成，加載轉(zhuǎn)矩由測功機(或液壓加載器、磁粉制動器)調(diào)定。</p><p>　　圖1-3

47、開放式加載系統(tǒng)原理示意圖</p><p>　　Fig.1-3 Principle diagram of open type loading system</p><p>　　開放式加載系統(tǒng)的工作原理及工作過程比較簡單，整套設(shè)備的技術(shù)含量低，制造成本相對較低，但它的致命弱點是需要大功率動力，能量無法回收利用，效率低，因此其試驗成本相對于后面所述的封閉式加載系統(tǒng)來說較高。</p>

48、<p>　　1.5.2 封閉式加載系統(tǒng)</p><p>　　封閉式加載系統(tǒng)又分為電力封閉式、機械封閉式和液壓封閉式幾種。</p><p>　　1）電力封閉式加載系統(tǒng)　這種加載系統(tǒng)的原理如圖1-4所示。驅(qū)動單元由交流（或直流）電動機及附屬裝置組成，驅(qū)動轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機調(diào)速來實現(xiàn)；試驗單元與開放式相同；負(fù)載模擬單元由交流（或直流）發(fā)電機及附屬裝置組成，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由發(fā)電機形成。<

49、/p><p>　　負(fù)載發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)加以回收并反饋給驅(qū)動電機，形成封閉的功率流，從而降低試驗?zāi)芎?，系統(tǒng)效率高。但由于功率回收技術(shù)是一項專業(yè)性非常強的技術(shù)，整套裝置的成本非常高，又由于回收過程的回收效率受加載負(fù)荷的影響較大，而且對于大功率加載系統(tǒng)來說，試驗臺及電動機體積龐大，試驗不同型號減速器時調(diào)整困難。另外，在系統(tǒng)動載變化較大時，可能對電網(wǎng)造成較大的沖擊。</p><p>　　2）機

50、械封閉式加載系統(tǒng) 這種加載系統(tǒng)的原理圖如圖1-5所示。它將原來單純由電機提供功率（轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速），分解為由兩套裝置分別向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)速提供裝置(電動機)向系統(tǒng)提供所需要的轉(zhuǎn)速，同時由轉(zhuǎn)矩施加裝置（液壓加載器）向系統(tǒng)提供試驗所需要的轉(zhuǎn)矩。在這個過程中，轉(zhuǎn)矩被封閉在一個由兩個變速傳動裝置、兩個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量裝置、一個轉(zhuǎn)矩施加裝置、被試件和陪試件所組成的封閉機械系統(tǒng)中，它不再對轉(zhuǎn)速提供裝置(電動機)產(chǎn)生影響，電動機所提供的動力，僅僅是

51、用來平衡系統(tǒng)運動過程中產(chǎn)生的機械損耗，從而降低了電動機的功率消耗。這種加載系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速通過電機調(diào)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)矩通過調(diào)節(jié)液壓加載器油源系統(tǒng)溢流閥的開啟壓力來設(shè)定，不易實現(xiàn)自動控制。因此，這種加載系統(tǒng)不適用于動態(tài)模擬加載試驗。</p><p>　　圖1-4 電力封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖</p><p>　　Fig.1-4 Principle diagram of closed type ele

52、ctric loading system</p><p>　　圖1-5 機械封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖</p><p>　　Fig.1-5 Principle diagram of closed type mechanical loading system</p><p>　　3）液壓封閉式加載系統(tǒng) 這種加載系統(tǒng)的原理如圖1-6所示。驅(qū)動單元由油源、液壓馬達(dá)及相關(guān)液

53、壓元件組成，它負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供動力(功率)，通過對液壓馬達(dá)流量和斜盤擺角的調(diào)節(jié)，來滿足對不同驅(qū)動轉(zhuǎn)速的要求；試驗單元與前述系統(tǒng)相同；負(fù)載模擬單元由液壓泵及相關(guān)液壓元件等組成，通過控制液壓泵的斜盤擺角，可模擬各種工況下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載模擬單元產(chǎn)生的液壓能通過液壓網(wǎng)絡(luò)加以回收，并直接反饋給驅(qū)動單元，形成封閉的功率流，從而降低試驗?zāi)芎?，系統(tǒng)效率高。系統(tǒng)加載過程中所形成的動載影響，基本被限制在液壓系統(tǒng)內(nèi)部，對電網(wǎng)的沖擊很小。</p>

54、<p>　　如果將圖1-6中的液壓馬達(dá)和液壓泵換成二次元件，就構(gòu)成了二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)。由于二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)可充分利用計算機控制的優(yōu)越性，使加載參數(shù)（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速）的調(diào)節(jié)非常靈活方便，所以系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能好，可對各種復(fù)雜工況進(jìn)行模擬。因此，將這種二次調(diào)節(jié)式加載系統(tǒng)用于減速器加載試驗，是十分理想的。</p><p>　　圖1-6液壓封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖</p><p>　　Fi

55、g.1-6 Principle diagram of closed type hydraulic loading system</p><p>　　1.6 論文主要研究內(nèi)容</p><p>　　1）對基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析，建立減速器加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并繪制方框圖；</p><p>　　2）對對驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)進(jìn)行剛度特性分析；<

56、/p><p>　　3）對驅(qū)動變速箱的軸及齒輪等傳動零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，并對其作校核。</p><p>　　2 減速器模擬加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　減速器加載試驗按減速器的重要性分為型式檢驗、出廠檢驗、溫升檢驗等幾種檢驗方式。型式檢驗主要針對最新研制的減速器的一種

57、檢驗方式，包括裝配及連接尺寸檢驗，空載試驗，效率試驗，溫升試驗，噪聲試驗，超載試驗，耐久試驗；出廠檢驗針對現(xiàn)有成熟減速器進(jìn)行的出廠前檢驗，包括裝配及連接尺寸檢驗，出廠空載試驗，出廠溫升試驗，出廠噪聲試驗；溫聲試驗主要針對檢修完畢的減速器進(jìn)行的性能測試。</p><p>　　本章針對減速器模擬加載系統(tǒng)，建立較為精確的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型包括有微分方程、狀態(tài)方程及變量圖、傳遞函數(shù)及方塊圖等。</p>&l

58、t;p>　　2.2 減速器模擬加載試驗臺組成與原理</p><p>　　2.2.1 試驗臺各部分組成及其功用</p><p>　　減速器加載試驗臺如圖2-1所示，由恒壓油源及管路系統(tǒng)、模擬加載系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機械臺架四部分組成。恒壓油源為整個模擬加載單元提供恒定壓力，同各種液壓元件及管路一起構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)。恒壓油源主要由兩臺Rexroth公司的A4VSO180DP型軸向柱塞式恒壓變量

59、泵和一臺雙聯(lián)葉片式定量泵組成，柱塞泵為系統(tǒng)提供恒定的高壓油源，葉片泵為二次元件及主泵提供背壓，并通過給系統(tǒng)補充冷油的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的冷卻。當(dāng)然，油源部分還包括高低壓溢流閥、卸荷閥、蓄能器、油液過濾器及風(fēng)冷卻器等。模擬加載系統(tǒng)實現(xiàn)對試驗對象減速器的驅(qū)動和加載的模擬，它包括驅(qū)動單元、二次輸出加載單元。驅(qū)動單元主要由兩個Rexroth公司的A4VSO250型軸向柱塞元件串聯(lián)而成的雙聯(lián)二次元件、兩個彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成，該單元用來模擬

60、減速器的驅(qū)動。二次輸出加載單元主要由雙聯(lián)二次元件、兩個彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成，該單元用來模擬傳感器二次輸出端的負(fù)載?？刂葡到y(tǒng)由PC計算機、工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字顯示儀和用來控制油源啟停的PLC控制器等組成，該部分主要完成整個系統(tǒng)的連續(xù)量和開關(guān)量的控制、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)狀態(tài)超</p><p>　　2.2.2 模擬加載系統(tǒng)原理</p><p>　　由圖2-2可見，

61、二套二次元件的液壓端口共同并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上，機械端口通過各轉(zhuǎn)</p><p>　　1-PC機（上位機） 2-工控機（下位機） 3-采集卡</p><p>　　4-彈性聯(lián)軸器（4個） 5-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（2個） 6-齒輪聯(lián)軸器（2個）</p><p>　　圖2-1減速器加載實驗臺組成</p><p>　　Fig. 2-1 The reducer

62、 gear experiments composition</p><p>　　速轉(zhuǎn)矩傳感器、彈性聯(lián)軸器、變速器、加載試件等連接在一起。二次元件1工作于馬達(dá)工況，用來模擬減速器發(fā)動機驅(qū)動軸動力，它同轉(zhuǎn)速傳感器、控制器1等構(gòu)成驅(qū)動轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)；二次元件2工作于泵工況，用來對減速器二次輸出端加載，為轉(zhuǎn)矩控制方式，它同相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩傳感器2、控制器2，構(gòu)成二次輸出加載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，都包含有內(nèi)

63、環(huán)和外環(huán)兩種控制回路，由對應(yīng)于各二次元件的電液伺服閥、變量液壓缸、位移傳感器LVDT構(gòu)成閥控缸回路（內(nèi)環(huán)），再加上相應(yīng)的二次元件、轉(zhuǎn)速感器或轉(zhuǎn)矩傳感器，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速控制回路或轉(zhuǎn)矩控制回路（外環(huán)）。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行工作時，二次元件1（馬達(dá)）由恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機械能來驅(qū)動加載試件和二次元件2（泵），實現(xiàn)模擬加載。同時，二次元件2（泵）將機械能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來

64、驅(qū)動二次元件1（馬達(dá)），在二次元件1（馬達(dá)）和二次元件2（泵）之間，功率流形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的液壓能只是用來補償系統(tǒng)的容積損失和機械損失，而驅(qū)動二次元件1（馬達(dá)）所需的大部分能量都來自二次元件2（泵）。因此，該加載系統(tǒng)實現(xiàn)了能量回收與利用，系統(tǒng)效率高。</p><p>　　由于二套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器，可以任意將其調(diào)整為轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)（作為驅(qū)動單元）和轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)（作為加載單

65、元），因此可以按被試件的要求，設(shè)置其中一套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為驅(qū)動單元，另外1套作為加載單元。</p><p>　　圖2-2模擬加載系統(tǒng)原理圖</p><p>　　Fig.2-2 Principle diagram of simulation loading system</p><p>　　2.3 模擬加載系統(tǒng)的方塊圖模型</p><p>　　

66、2.3.1 二次元件閥控缸的方塊圖模型</p><p>　　減速器模擬加載系統(tǒng)所用核心部件為Rexroth公司的A4VS0250 DS型二次元件，其原理如圖2-3所示。它由可逆式軸向柱塞泵，馬達(dá)單元、電液伺服閥、變量油缸、安全保護閥、位移傳感器(LVDT)、濾油器以及防氣蝕單向閥等組成。它具有快速的響應(yīng)特性，能工作在四個象限，既可用做馬達(dá)也可用做泵，具有很好的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制特性，沒有節(jié)流損失，功率損失小。<

67、/p><p>　　1-軸向柱塞單元 2-變量液壓缸 3-電液伺服閥 4-安全保護閥 5-濾油器 6-位移傳感器</p><p>　　7-碼盤 8-防氣蝕單向閥 9-二位三通電磁閥 B-高壓油口 S-低壓油口</p><p>　　圖2-3 A4VSO250DS型二次元件原理圖</p><p>　　Fig.2-3 Picture and princ

68、iple diagram of A4VSO250DS type secondary unit</p><p>　　由上所說，二次元件用作馬達(dá)時，其控制方式為轉(zhuǎn)速控制；用作泵時，其控制方式為轉(zhuǎn)矩控制，但兩種控制方式的閥控缸(內(nèi)環(huán))是相同的，都是由電液伺服閥、變量液壓缸、位移傳感器LVDT構(gòu)成的。由圖2-3可見，閥控缸回路就是對稱伺服閥控制對稱液壓缸回路，下面分別列寫出該回路各元件的數(shù)學(xué)模型[5]。</p>

69、;<p><b>　　1）電液伺服閥</b></p><p>　　電液伺服閥的傳遞函數(shù)通常用二階振蕩環(huán)節(jié)表示，即</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　如果系統(tǒng)的頻寬較低時，伺服閥的傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，即</p><p><b>　　(

70、2-2)</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)的頻寬遠(yuǎn)小于伺服閥的固有頻率時，伺服閥的傳遞函數(shù)可近似為比例環(huán)節(jié)，即 </p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中 ——第個二次元件電液伺服閥的輸出流量（m/s）；</p><p>　　——第個二次元件電液伺服閥的輸入電壓(v)；

71、</p><p>　　——第個二次元件電液伺服閥的固有頻率(rad／s)；</p><p>　　——第個二次元件電液伺服閥的阻尼比(無因次)；</p><p>　　——第個二次元件電液伺服閥的流量增益（（m／s）／v）；</p><p>　　——第個二次元件電液伺服閥的時問常數(shù)（s）；</p><p>　　——二次元件

72、序號，=1，2，分別對應(yīng)于驅(qū)動、二次輸出加載二次元件。</p><p><b>　　2）變量液壓缸 </b></p><p>　　變量液壓缸的流量連續(xù)性方程為</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中 ——變量液壓缸的流量（m／s）；</p><

73、;p>　　——變量液壓缸活塞的位移（m）；</p><p>　　——變量液壓缸的有效作用面積（m）；</p><p>　　——變量液壓缸的泄漏系數(shù)((m/s)/ Pa)；</p><p>　　——變量液壓缸兩腔的總?cè)莘e（m）；</p><p>　　——液壓油的體積彈性模量(N/m2)；</p><p>　　——第

74、i個變量液壓缸的進(jìn)出口壓差（bar）。</p><p>　　變量液壓缸的力平衡方程為</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中 ——變量液壓缸活塞與斜盤的等效質(zhì)量（kg）；</p><p>　　——變量液壓缸的阻尼系數(shù)(N/（m/s）)；</p><p>　　——

75、作用于變量液壓缸活塞上的外負(fù)載力（N）；</p><p>　　——負(fù)載的彈簧剛度（N/m），沒有彈性負(fù)載時，=0；</p><p>　　——第i個變量液壓缸的進(jìn)出口壓差（bar）。</p><p><b>　　3）位移傳感器</b></p><p>　　位移傳感器視為比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為</p><

76、p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　式中 ——位移傳感器的變換系數(shù)（V/m）；</p><p>　　對式(2-4)、式（2-5）進(jìn)行拉式變換得</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p

77、><p>　　由式(2-1)、式(2-6)、式(2-7)和式(2-8)，可畫出閥控缸的傳遞函數(shù)方塊圖，如圖2-4所示，輸入的是電壓量，輸出的是液壓缸的位移，經(jīng)過一套連桿機構(gòu)，將液壓缸的位移轉(zhuǎn)換為可逆式泵馬達(dá)元件的斜盤擺角，因此將排量控制也稱為擺角控制。</p><p>　　圖2-4閥控缸方塊圖</p><p>　　Fig.2-4 Block diagram of pre

78、stage displacement control</p><p>　　2.3.2 驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制的方塊圖模型</p><p>　　減速器模擬加載系統(tǒng)驅(qū)動單元物理模型如圖2-5 a)所示，驅(qū)動單元的組成如圖2-5 b)所示，它包括雙聯(lián)驅(qū)動二次元件、彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)速傳感器、驅(qū)動變速器以及齒輪聯(lián)軸器等。下面分別列出它們的有關(guān)方程。</p><p>　　1）二次元件排

79、量方程為</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　且有如下關(guān)系式</b></p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　式中 ——二次元件的排量（m/rad）；</p><p>　　——二次元

80、件的最大排量（m/rad）；</p><p>　　——二次元件變量斜盤的擺角(deg)；</p><p>　　——二次元件變量斜盤的最大擺角（deg）； </p><p>　　——二次元件變量液壓缸活塞的位移（m）；</p><p>　　——二次元件變量液壓缸活塞的最大位移（m）；</p><p>　　——變量液壓缸

81、活塞位移對斜盤擺角的變換系數(shù)（deg／m）。</p><p>　　腳標(biāo)是二次元件的序號，此處指的是驅(qū)動單元二次元件，故應(yīng)取扣=1。</p><p><b>　　a）</b></p><p><b>　　b）</b></p><p>　　圖2-5驅(qū)動單元組成與物理模型</p><p

82、>　　Fig.2-5 Constitution and physical model of drive unit</p><p>　　2）雙聯(lián)驅(qū)動二次元件的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　式中 ——二次元件的理論輸出轉(zhuǎn)矩(N·m)； </p><p&g

83、t;　　——二次元件的實際輸出轉(zhuǎn)矩（N·m）；</p><p>　　——二次元件轉(zhuǎn)動件和彈性聯(lián)軸器輸入軸的等效轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；</p><p>　　——二次元件的等效阻尼系數(shù)(N·m/(rad/s))；</p><p>　　——二次元件的轉(zhuǎn)角（rad）；</p><p>　　——二次元件的進(jìn)出油口壓差（N

84、/m）；</p><p>　　——二次元件的排量（m/rad）。 </p><p>　　3）彈性聯(lián)軸器的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　式中 ——彈性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)(N·m/rad)；</p><p

85、>　　——彈性聯(lián)軸器的輸出軸轉(zhuǎn)角(rad)。</p><p>　　4）轉(zhuǎn)速傳感器的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)速傳感器的輸出軸轉(zhuǎn)矩(N·m)；</p><p>　　——彈性聯(lián)軸器輸出軸、轉(zhuǎn)速傳感器和彈性聯(lián)軸器輸入軸的轉(zhuǎn)動慣量之和（

86、kg·m2）。</p><p>　　5）轉(zhuǎn)速傳感器視為比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)速傳感器的變換系數(shù)V/（rad／s）。</p><p>　　6）彈性聯(lián)軸器的力矩平衡方程為</p><p><b>

87、　　(2-15)</b></p><p>　　式中 ——驅(qū)動變速器的輸入軸轉(zhuǎn)矩（N·m）；</p><p>　　——彈性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)(N·m/rad)；</p><p>　　——驅(qū)動變速器的輸入軸轉(zhuǎn)角(rad)。</p><p>　　7）驅(qū)動變速器及齒輪聯(lián)軸器的力矩平衡方程為</p>

88、<p><b>　　(2-16)</b></p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　式中 ——減速器輸入軸轉(zhuǎn)矩(N·m)；</p><p>　　——減速器輸入軸轉(zhuǎn)角(rad)；</p><p>　　——驅(qū)動變速器的總傳動比(無因次)；</p

89、><p>　　——彈性聯(lián)軸器輸出軸、驅(qū)動變速器、齒輪聯(lián)軸器 (包括試件輸入加載軸)的等效轉(zhuǎn)動慣量(向驅(qū)動變速器輸入軸等效)（kg·m2）； </p><p>　　——變速器及齒輪聯(lián)軸器的等效阻尼系數(shù)（N·m/（rad/s））。</p><p>　　對式(2-9)～式(2-13)和式(2-15)～式(2-17)進(jìn)行拉氏變換得</p>&l

90、t;p><b>　　(2-18)</b></p><p><b>　　(2-19)</b></p><p><b>　　(2-20)</b></p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　(2-22)<

91、/b></p><p><b>　　(2-23)</b></p><p><b>　　(2-24)</b></p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　由式(2-14)、式(2-18)、式(2-25)和閥控缸方塊圖，可以畫出驅(qū)動單元轉(zhuǎn)遽控制系統(tǒng)(

92、至試件輸入端)的傳遞函數(shù)方塊圖，如圖2-6所示。和表示兩個柔性環(huán)節(jié)彈性聯(lián)軸器的影響。</p><p>　　圖2-6驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　Fig.2-6 Block diagram of drive unit speed control system</p><p>　　2.3.3 加載單元轉(zhuǎn)矩控制的方塊圖模型</p><

93、p>　　二次輸出加載單元采用雙聯(lián)二次元件進(jìn)行加載，下面建立它的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　二次輸出加載單元轉(zhuǎn)矩控制物理模型如圖2-7 a)所示。轉(zhuǎn)矩控制的方塊圖模型如圖2-7 b)所示，二次輸出加載單元由雙聯(lián)加載二次元件、彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩傳感器、二次輸出變速器及齒輪聯(lián)軸器等組成。</p><p><b>　　a)</b></p><p&g

94、t;<b>　　b)</b></p><p>　　圖2-7二次輸出加載單元組成與物理模型 </p><p>　　Fig.2-7 Constitution and physical model of secondary output loading unit</p><p>　　1）二次輸出變速器和齒輪聯(lián)軸器C的力矩平衡方程為</p&g

95、t;<p><b>　　(2-26)</b></p><p><b>　　(2-27)</b></p><p>　　式中 ——減速器二次輸出軸轉(zhuǎn)矩(N*m)；</p><p>　　——二次輸出變速器的輸出軸(彈性聯(lián)軸器輸入軸)轉(zhuǎn)矩（N·m）；</p><p>　　——二

96、次輸出變速器的總傳動比(無因次)；</p><p>　　——齒輪聯(lián)軸器 (包括二次輸出加載軸)、二橋變速器和彈性聯(lián)軸器 輸入軸的等效轉(zhuǎn)動慣量(向二次輸出變速器的輸入軸等效)( kg·m2)</p><p>　　——試件二次輸出軸轉(zhuǎn)角(rad)；</p><p>　　——齒輪聯(lián)軸器二次輸出變速器和彈性聯(lián)軸器的等效阻尼系數(shù)（N·m/(rad/s)）；

97、</p><p>　　——二次輸出變速器的輸出軸(彈性聯(lián)軸器的輸入軸)轉(zhuǎn)角（rad）。</p><p>　　2）彈性聯(lián)軸器的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-28)</b></p><p>　　式中 ——彈性聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)（N·m/rad）；</p><p>

98、　　——彈性聯(lián)軸器的輸出軸轉(zhuǎn)角（rad）；</p><p>　　——轉(zhuǎn)矩傳感器的輸入軸轉(zhuǎn)矩（N·m）。</p><p>　　3）轉(zhuǎn)矩傳感器的力矩平衡方程為 </p><p><b>　　(2-29)</b></p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出軸轉(zhuǎn)矩，也是雙聯(lián)二次元件的實際輸入</p&

99、gt;<p><b>　　轉(zhuǎn)矩(N·m);</b></p><p>　　——轉(zhuǎn)矩傳感器的轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)。</p><p>　　4）彈性聯(lián)軸器的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-30)</b></p><p>　　式中 ——雙聯(lián)二次元件的輸

100、入軸轉(zhuǎn)角(rad)。</p><p>　　5）二次輸出單元二次元的力矩平衡方程為</p><p><b>　　(2-31)</b></p><p>　　式中 ——二次元件的進(jìn)出油口壓差(N/m)；</p><p>　　——二次元件的排量(m／rad)；</p><p>　　——二次元件的轉(zhuǎn)動件

101、、輸入軸及彈性聯(lián)軸器輸出軸的等效轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)；</p><p>　　——二次元件是的阻尼系數(shù)(N·m/(rad/s))。</p><p>　　6）轉(zhuǎn)矩傳感器視為比例環(huán)節(jié)、其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(2-32)</b></p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)矩傳感器的變換系數(shù)(

102、V/(N·m))。 </p><p>　　對式(2-26)～式(2-31)進(jìn)行拉氏變換得</p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　(2-34)</b></p><p><b>　　(2-35)</b></p>

103、<p><b>　　(2-36)</b></p><p><b>　　(2-37)</b></p><p><b>　　(2-38)</b></p><p>　　由式(2-32)～式(2-38)以及閥控缸方塊圖，可以畫出二次輸出加載單元轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖，如圖2-8所示。</

104、p><p>　　圖2-8二次輸出加載單元轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　Fig.2-8 Block diagram of torque control system of secondary outout loading unit</p><p>　　2.3.4 整個模擬加載系統(tǒng)的方塊圖模型</p><p>　　整個減速器模擬加載系統(tǒng)的物

105、理模型如圖2-9所示，它由前述加載驅(qū)動及加載單元的物理模型綜合而成。另外通過對驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制方塊圖的分析可知，驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)矩由負(fù)裁決定，負(fù)載轉(zhuǎn)速由驅(qū)動轉(zhuǎn)速決定，所以還應(yīng)推導(dǎo)出驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間；負(fù)載轉(zhuǎn)速與驅(qū)動轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　由式(2-16)、式(2-17)、式(2-26)、式(2-27)可得</p><p><b>　　(2-39)</b&g

106、t;</p><p><b>　　(2-40)</b></p><p><b>　　(2-41)</b></p><p><b>　　(2-42)</b></p><p>　　式中 ——各變速器、試件及它們之間連接件在驅(qū)動變速器輸入軸上的等效</p><

107、p>　　轉(zhuǎn)動慣量(kg·m2)；</p><p>　　——各變速器、試件及它們之間連接件在驅(qū)動變速器輸入軸上的等效阻尼系數(shù)(N·m/(rad/s))。</p><p>　　圖2-9整個模擬加載系統(tǒng)的物理模型</p><p>　　Fig.2-9 Physical model of entire simulation loading syste

108、m</p><p>　　根據(jù)式(2-42)所確立的與之間關(guān)系和式(2-23)、式（2-24）、式(2-39)所確立的與之間關(guān)系，可將圖2-6、圖2-7所示的各單元方塊圖模型、在輸出端聯(lián)接在一起，得到整個減速器模擬加載系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖模型，如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 整個模擬加載系統(tǒng)的方塊圖</p><p>　　Fig.2-10 Bloc

109、k diagram of entire simulation loading system</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了減速器模擬加載試驗臺的組成與原理，著重考慮系統(tǒng)各柔性環(huán)節(jié)等的影響，建立了整個模擬加載系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方塊圖模型。</p><p>　　由所建立的模型可以看出，該減速器模擬加

110、載系統(tǒng)為單輸入單輸出系統(tǒng)，包括驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、二次輸出加載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。每一系統(tǒng)都為雙閉環(huán)控制，兩個內(nèi)閉環(huán)閥控缸完全相同。方塊圖模型清晰地描述了2個彈性聯(lián)軸器柔性環(huán)節(jié)的影響，體現(xiàn)出各系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系，另外通過傳遞函數(shù)方塊圖模型清楚地看出，驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)矩由負(fù)裁決定，負(fù)載轉(zhuǎn)速由驅(qū)動轉(zhuǎn)速決定，所以驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間、負(fù)載轉(zhuǎn)速與驅(qū)動轉(zhuǎn)速之間有著耦合關(guān)系。</p><p>　　3 減速器模擬加載系統(tǒng)特性分析

111、</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　由第2章可知，本減速器模擬加載系統(tǒng)為單輸入單輸出、雙閉環(huán)控制的耦合系統(tǒng)，內(nèi)閉環(huán)為閥控缸，外閉環(huán)分別為驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制、二次輸出加載單元轉(zhuǎn)矩控制。</p><p>　　該模擬加載系統(tǒng)的性能主要取決于如下幾方面因素：</p><p>　　1）系統(tǒng)固有參數(shù)

112、，如電液伺服閥的固有頻率和阻尼比、機械系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量和等效阻尼系數(shù)、變量液壓缸活塞的有效作用面積以及各傳感器的變換系數(shù)等；</p><p>　　2）內(nèi)外控制器參數(shù)；</p><p>　　3）系統(tǒng)柔性環(huán)節(jié)，如彈性聯(lián)軸器等；</p><p>　　4）耦合干擾，即系統(tǒng)壓力波動、驅(qū)動轉(zhuǎn)速波動和加載轉(zhuǎn)矩波動的影響；</p><p><b>

113、　　5）管路動態(tài)；</b></p><p><b>　　6）控制方法。</b></p><p>　　本章主要對驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)剛度特性分析。</p><p>　　3.2 驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)剛度特性分析</p><p>　　對于如圖2-4所示的閥控缸模型方塊圖，若忽略作用于變量液壓缸活塞上的外負(fù)載力，則可

114、得電液伺服閥輸出流量對活塞位移的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中的參數(shù)為主要由變量液壓缸泄漏產(chǎn)生的系數(shù)，其值一般都比大得多，因此項與1相比可忽略不計。另外，本閥控缸中的彈性負(fù)載較小，可認(rèn)為≈0。于是式(3-1)可簡化為</p><p><b>　　(3-2)</b><

115、;/p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中 ——第個變量液壓缸的固有頻率(rad/s)；</p><p>　　——第個變量液壓缸的阻尼比(無因次)；</p><p>　　若小到可以忽略不計時，則可用下

116、式表示</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，變量液壓缸的活塞有效作用面積較大，有效容積和活塞質(zhì)量都較小，由式(3-3)可知，變量液壓缸的固有頻率很高，同固有頻率相對較低的伺服閥相比，可將其二階振蕩環(huán)節(jié)略去，于是變量液壓缸可簡化為一個積分環(huán)節(jié)。電液伺服閥作為二階振蕩環(huán)節(jié)來考慮，則閥控缸方塊圖如圖3-1所示。 </p>

117、;<p>　　圖3-1 閥控缸簡化方塊圖</p><p>　　Fig. 3-1 Simplified block diagram of prestage displacement control</p><p>　　閥控缸閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　式

118、中 ——閥控缸一階慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率(rad/s)；</p><p>　　——閥控缸二階振蕩環(huán)節(jié)的固有頻率(rad/s)；</p><p>　　——閥控缸二階振蕩環(huán)節(jié)的阻尼比(無因次)。</p><p>　　由式(3-6)可知，本系統(tǒng)的閥控缸由一階慣性環(huán)節(jié)和二階振蕩環(huán)節(jié)復(fù)合而成。</p><p>　　參照圖2-6所示的驅(qū)動單元轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方