立式扭转试验机的研制

随着我国汽车行业的发展，汽车零部件的检验变得十分重要，所以，汽车零部件的检测设备也需要不断改进，以代替传统检验设备，实现更快速的检测，克服安装不方便、占地面积大等缺点 。

立式扭转试验机主要用于双质量飞轮等汽车零部件轴向扭转刚度试验 ，此前可供此类制 品试验 的设备只有普通卧式扭转试验机和电液伺服疲劳试验机 ，利用这两者也能完成试验 ，但有检测件安装不方便、试验机占地面积较大等缺点。

生产厂家需要-种在生产线上频繁使用而且占地面积较小的外观规整 的试验机，因此 ，急需研制-种检测件安装方便、占地面积小的扭转试验机。在此需求背景下，研制了 5000N·m立式扭转试验机，并准备在双质量飞轮生产厂家进行应用。

2 工作原理立式扭转试验机由主机部分、计算机单元、检测单元、交流调速单元、环境箱组成。

该机工作时，由计算机给出指令，通过交流伺服调速系统控制电机的转速和转向，通过减速机轴 ，使动夹头旋转，对试样施加扭矩。同时，由扭矩传感器和光电编码器输出参量信号，经测量系统进行放大转换处理，检测结果反映在计算机的显示器上，并绘制出相应的曲线，数据 自动存储。系统控制框图如图 1所示 。

2.1 主机部分主机部分主要由机架、伺服电机、减速机、扭矩传感器、夹具、活动尾座、尾座配重装置等几部分组成 ，其 中伺服电机与减速机 之间通过 同步带传动连接，活动尾座通过直线导轨与机架上的工作台板连接 ，活动尾座与配重物之 间用钢丝绳连接 ，机械原理[收稿日期] 2013-O1-16[作者简介] 张宇翔(1981-)，男，吉林长春人，工程师，专业方向：机械工程及自动化。

· 51 ·工程与试验川户试 参数设 和验程序 控制渊试程序I T软件部分I t 主控制程序 动态连接库) 机- - -J- ·甲. 机 械豳 部分l l图如图 2所示 。

图 l 控 制原理图1.同步带 2.减速机 3.试件 4.扭矩传感器 5.尾座6.钢丝绳 7.导轨 8.配重物 9.伺服电机图 2 机械原理图2.2 计算机单元计算机作为智能处理器主要有 以下功能：用于扭矩、扭 角、转速 的测量和控制、转换计算及显示，包括试验过程中对扭矩最大值的采集、保持 ，并具有扭矩超限和试样破断保护功能。由计算机控制实现对主机的转动、停止以及对转速 的无级调速 。操作界面采用虚拟 面板 的形式 ，在显示器上显示各种操作提示，实现对主机的控制及各测量参数的显示，因此具有操作方便、形式直观等优点。

软件 是在 中文 Windows平 台下 开发 的 Win-dows应用程序，-切操作均符合 Windows操作规范。图 3是试验的主界面。

2.3 检测单元扭矩检测单元由扭矩传感器、直流测量放大器组成。扭角检测单元采用无触点光电检测技术，由光电编码器检测输出脉冲后给计算机进行计数、计算 ，将结果送显 。

2.4 交流调速单元该单元由宽调速交流电机作动力源，采用全数· 52 ·图 3 试验主界面字交流伺服脉宽调速系统 ，对主轴无级调速。该系统具有过流、失控、超温 、过压 自动保护功能。在启动按键有效时 ，可通过调节调速按钮设定转速 。

3 结构特点立式扭转试验机(如图 4所示)在普通扭转试验机的基础上采用 了-些特殊结构和部件，并增加了专用夹具，充分保证试样安装的方便快捷、主机占地面积小的优势。

61.同步带 2.减速机 3.试件 4.扭矩传感器 5.尾座6.钢丝绳 7.导轨 8.配重物 9.伺服电机图 4 立式扭转试验机外形 图对 比普通扭转试验机 ，本机具有 以下结构特点 ：(1)立式扭转试验机不 同于普通的卧式试验机 ，采用立式结构，从而减少了主机的占地面积，节省了空间，适合在要求占地较小的环境中使用。

(2)尾座与台面板之间直线导轨连接，选用带有预紧力的直线导轨，保证滑动顺畅的同时，不会产生倾翻间隙。

(3)安装试样时不需要两人配合安装 ，从而节省张字翔 ，等：立式扭转试验机 的研制了人力以及安装的时间，适合经常使用该机的企业或生产线 。

(4)传动系统采用高可靠性的伺服电机和伺服控制系统，以利于传动的平稳性，并保证较高的控制精度 。

(5)设计专用夹具 。由于双质量飞轮形式多样 ，夹具的设计难度较大，既要夹持可靠，同时又要保证安装方便快捷及通用性 。

(6)此试验机可以对多种试样进行检测，只需改变夹具即可，而且可以使用环境箱，对有试验环境要求的试样也可以满足其要求。

4 受力分析根据试验机的结构特点，主要分析主机框架的受力情况。在此，使用 Autodesk Inventor建立模型，之后给上夹具施加-个 6000N·m 的扭矩及两个 2000N的 Y轴负方 向的力 ，得到如图 5所示的分析结果。从图中可以看出，最大受力为 413.7 MPa，主要集中在夹具中，但对于试验机的机架，最大受力不到 83MPa，符合框架的受力要求 。

类型：Mises等效应力单化：MPa2012.7.5，9：00：05413.7最大值33l248.2165.582.70最小值图 5 受力分析框架的位移分析如图 6所示，从图 6中可以看出，位移最大不超过 0.5mm，而且主要位移集 中在夹具上，框架的最大位移不超过 0.1mm，饮合框架位移要求。

类型：位移单位：mm20I2-7-5.9：30：0810.4939最小值l0395l10.296410.1976Il0.098 l0最小值5 结束语图 6 受 力分析 的位移 分析实际表明，立式扭转试验机 的设计 和制造达到了预期的设计 目标，可以满足用户的要求。立式扭转试验机性能与普通扭转试验机几乎相 同，在试样安装及占地面积上有很大的优势，且经济实用，但也存在不足，如没有采用液压夹具，否则可以在被试件的安装方式上更加方便快捷。