CN101852683B - 弹性联轴器摆振试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对弹性联轴器进行试验，检测其动、静态阻尼系数、刚度和耐久性(疲劳寿命)等相关参数的大扭矩多功能摆振试验机。该试验机包括液压伺服系统、测控硬件及软件、力/运动转换机构、传感器检测装置以及连接装置。其特征在于：液压缸通过连接装置与基于滚珠螺旋传动的力/运动转换机构相连，将活塞杆的往复直线运动转换为输出件的左右往复摆动，实现对弹性联轴器的静、动态扭摆试验；还可以将液压缸通过连接装置直接与弹性联轴器连接，实现对弹性联轴器的轴向和径向拉压试验；该试验机输出扭矩为0~30kN·m，液压缸输出力为0~150kN，频率0~12Hz，其值均可控可调，试验机精度1%。

Description

弹性联轴器摆振试验机

技术领域

本发明涉及一种用于对弹性联轴器进行静、动态拉压和扭摆试验及疲劳试验的大扭矩多功能摆振试验机。

背景技术

弹性联轴器是常用的动力传动部件，主要用于以柴油机为动力的传动轴系中，起到改变轴系固有频率，减小轴系振动危害，补偿轴系位移的作用，广泛运用于各类机械、舰船、石油、化工、矿山及有关武器装备等领域。由于弹性联轴器在生产过程中会受到材料、工艺、结构和环境等诸多因素的影响，其阻尼系数和刚度等重要参数会各不相同，为了保证每批产品都符合用户使用要求，出厂前都需要进行产品试验，检测出其阻尼系数和刚度等相关参数在多种工况下的数值，因此，需要专业的试验机对其进行试验。弹性联轴器的品种多样、结构各异。

对于用于连接飞轮和轴的弹性联轴器进行疲劳试验的设备，目前大体上有采用电力传动，也有采用液压传动的，但是其试验量程较小，达不到大扭矩疲劳试验要求，特别是对于大中型舰船用弹性联轴器更是如此。而国外少数几个发达国家的产品可以达到这个要求，但其内部结构未见公开，且价格一直居高不下。目前已有的扭摆疲劳试验机主要有如下几种：

①伺服摆动液压缸型试验机：它内部采用组合螺旋齿结构，特点是在很小的空间里运用液压集合了非常高的扭矩，其输出频率0.1~20Hz；输出扭矩±1kN·m；扭转角度±50°。采用电液伺服控制技术，自动控制试验过程，具有超载、超压、超温、试件断裂等保护功能。动态试验可选用不同的波形：正弦波、三角波、方波、斜波及自定义组合斜波，可确定试样的振动频率、动态扭转刚度和阻尼系数等。针对弹性联轴器测试，其输出扭矩不能满足弹性联轴器的要求，易漏油，受油温、流量等非力值因素的影响较严重。

②伺服电机型试验机：采用伺服电机驱动加载，即直接由伺服电机输出扭摆运动，通过行星减速器调节伺服电机转速。试验过程由计算机自动控制，自动描绘试验曲线，其输出频率≤0.3Hz；输出扭矩1kN·m；扭转角度0~100000°；采用独立的电子测控系统，具有扭转力值和扭转角自动跟踪测量和加载速度指示及峰值保持等功能，能实现扭矩及扭角控制。针对弹性联轴器测试，其频率太低，输出扭矩不能满足弹性联轴器的要求。

③摆臂联动机构型试验机：采用液压缸(或电机)驱动动力机构带动运动摆臂，由摆臂输出扭摆运动，摆臂主要由曲柄连杆及凸轮组成，其输出频率0~25Hz，摆动角度±65°，输出扭矩较小。

发明内容

针对现有用于弹性联轴器测试的扭摆疲劳试验机，结构复杂、功能单一之不足，本发明的目的是提供一种多功能弹性联轴器摆振试验机，既可对弹性联轴器的静、动态摆振进行测试，又可以对弹性联轴器及径向和轴向拉压试验。

本发明的另一目的是解决现有扭摆疲劳试验机，输出扭矩不能满足弹性联轴器的要求的问题，实现输出扭矩大、测试精度高，尤其是用于连接飞轮和轴的弹性联轴器测试之用的大扭矩多功能摆振试验机。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种弹性联轴器摆振试验机，包括液压驱动部件、力传感器、球铰耳环、球铰座、连接装置和用于固定被测弹性联轴器的定位件；其特征在于，所述液压驱动部件提供拉压和扭摆试验的动力，液压驱动部件的液压缸其输出端依次通过力传感器、球铰耳环和球铰座与连接装置相连；所述连接装置包括第一连接装置、第二连接装置和第三连接装置；第一连接装置的输出端通过连接力/运动转换机构和检测装置与被测弹性联轴器的轴向主动端相连，用于对弹性联轴器的静、动态摆振进行试验；第二连接装置的输出端与被测弹性联轴器的轴向主动端相连，用于对被测弹性联轴器的轴向拉压试验；第三连接装置的输出端与被测弹性联轴器的径向主动端相连，用于对被测弹性联轴器的径向拉压试验；被测弹性联轴器各从动端分别由定位件固定。

本发明用连接装置将液压缸活塞杆与弹性联轴器主动端相连，实现对弹性联轴器的轴向及径向拉压试验。用力/运动转换机构将液压缸活塞杆的往复直线运动转变为弹性联轴器动态扭摆试验所需的扭摆运动；通过伺服控制器控制伺服阀的换向频率，实现拉压及扭摆运动所需的频率；通过改变液压缸活塞杆的直线输出位移，实现力/运动转换机构的扭摆输出角度和拉压试验运动幅值的调节。

本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：

其一.不需要对试验机做太多的调整即可在同一试验机上进行弹性联轴器的轴向、径向拉压和动态扭摆试验。

其二.用力(运动)转换机构实现弹性联轴器性能试验所需的扭摆运动。该装置基于滚珠螺旋传动设计，转换机构动态响应快、精度高，单位重量下输出扭矩大，其输出扭矩可达30kN·m。

其三.通过伺服控制器控制伺服阀的换向频率，易于实现拉压及扭摆运动所需的频率调节，改变液压缸活塞杆的直线输出位移，实现力(运动)转换机构的扭摆输出角度和拉压试验运动幅值调节，从而为动态试验提供了必要条件。

附图说明

图1为试验机整体装配图（其中，包含力/运动转换机构）。

图2为力(运动)转换机构结构图。

图3为力(运动)转换机构A-A剖面图。

图4为力(运动)转换机构中轴的结构图。

图5为支撑轴部分结构图。

图6为轴向拉压试验时试验机装配图。

图7为径向拉压试验时试验机装配图。

图8为径向拉压试验联轴器固定图。

图中：1.直线位移传感器；2.液压缸；3.力传感器；4.球铰耳环；5.球铰座；6.第一连接装置；7.底座；8.法兰A；9.扭矩传感器；10.法兰B；11.支承轴；12.轴承座；13.固定板；14.被测弹性联轴器；15.角度传感器；16.法兰C；17.底座；18.油箱；19.液压泵；20.电机；21.溢流阀；22.压力表；23.储能罐；24.过滤器；25.伺服阀；26.直套；27.滚珠保持架A；28.滚珠A；29.螺旋套；30.滚珠B；31.滚珠保持架B；32.轴；33.轴承座；34.推力球轴承；35.套筒A；36.端盖；37. 套筒B；38螺纹挡圈.；39.深沟球轴承；40.端盖；41.套筒C；42.垫圈；43.第二连接装置；44.第三连接装置；45.高强度套筒；46.螺纹挡圈；47.夹具。

具体实施方式

参见图1：本发明提供一个能进行弹性联轴器静态性能试验、疲劳试验、拉压和动态扭摆试验的大扭矩多功能摆振试验机，包括液压驱动部件、力传感器3、球铰耳环4、球铰座5、连接装置和用于固定被测弹性联轴器的定位件；所述液压驱动部件提供拉压和扭摆试验的动力，液压驱动部件的液压缸2其输出端依次通过力传感器3、球铰耳环4和球铰座5与连接装置相连；所述连接装置包括第一连接装置6、第二连接装置43和第三连接装置44；第一连接装置6的输出端通过连接力/运动转换机构和检测装置与被测弹性联轴器14的轴向主动端相连，用于对弹性联轴器的静、动态摆振进行试验；

参见图6，第二连接装置43的输出端与被测弹性联轴器14的轴向主动端相连，用于对被测弹性联轴器14的轴向拉压试验。

参见图7，第三连接装置44的输出端与被测弹性联轴器14的径向主动端相连，用于对被测弹性联轴器的径向拉压试验。

被测弹性联轴器14各从动端分别由定位件固定。

本发明通过变换不同的连接装置，将液压缸2(液压驱动部件)提供的拉压和扭摆试验动力，通过球铰耳环4和球铰座5及连接装置的转换，实现对被测弹性扭振联轴器的静、动态摆振及轴向和径向拉压试验。

下面对各主要部件分别作详细说明：

如图1所示，所述液压驱动部件(此为成熟技术)，它提供拉压和扭摆试验的动力，包括液压缸2、直线位移传感器1、力传感器3、油箱18、液压泵19、电机20、溢流阀21、压力表22、储能罐23、过滤器24和伺服阀25。

位置和力伺服控制系统：由伺服阀25及相关控制器、液压缸2、直线位移传感器1和力传感器3构成。

角度和扭矩伺服控制系统：由伺服阀25及相关控制器、液压缸2、球铰耳环4、球铰座5、第一连接装置6、力/运动转换机构、法兰A8、扭矩传感器9、法兰B10、支撑轴部分、法兰C16和角度传感器15构成。

拉压及摆振试验时，通过伺服控制器控制伺服阀的换向频率，从而控制伺服缸作动器的往复运动频率，进而实现拉压及摆振运动频率的调节；通过改变液压缸2的直线输出位移，从而改变拉压试验运动幅值。由于液压缸的直线输出位移与力/运动转换机构的摆振输出角度成线性比例关系，通过改变液压缸2 的直线输出位移，从而改变力/运动转换机构的扭摆输出角度幅值。

所述的力/运动转换机构基于滚珠螺旋传动设计，如图2和图3所示。力/运动转换机构由滚珠螺旋传动部分和止推部分组成，滚珠螺旋传动部分包括轴32（参见图４）、螺旋套29和直套26；止推部分包括推力球轴承34、轴承座33和端盖36。轴32的一端（左端）与螺旋套29、直套26采用三轴套结构，其三轴线重合，轴32位于螺旋套29内，螺旋套29位于直套26内，螺旋套29内壁有沿轴线均匀分布的螺旋槽，外壁有沿轴线均匀分布的直线槽，轴32与螺旋套29配合端有沿轴线均匀分布的螺旋槽，直套26内壁有沿轴线均匀分布的直线槽，在各自的槽内分布滚珠A 28和滚珠B 30，滚珠A 28 和滚珠B 30之间安装保持架A 27和保持架B 31；滚珠A 28、滚珠B 30使轴32与螺旋套29、直套26滚动配合；螺旋套29与轴32形成螺旋副，直套26与螺旋套29形成花键副，花键副承受轴32摆动带来的反作用力。轴32与螺旋套29内壁螺旋线升角                                                

，布置螺旋滚道布置螺旋滚道10～15条，如12条；滚珠B30为80～90颗，如84颗，直套26与螺旋套29外圈分布直线槽6～12条，如10条，滚珠A28为48～72颗，如60颗。

如图2、图3和图4所示，轴32的中段设计轴肩，安装推力球轴承34；推力球轴承34由轴肩、套筒A35、套筒B 37、螺纹挡圈38和端盖36定位；直套26和轴承座33安装在底座7上（参见图１），推力球轴承34承受轴32扭摆带来的双向轴向力。轴32的另一端（右端）设有花键结构与法兰８相连接输出左右摆动。

被测弹性联轴器及连接装置：被测弹性联轴器14由内圈、外圈及高弹性元件组成（参见图５或图６），内圈为其主动端，外圈为其从动端。在对弹性联轴器分别进行扭转、轴向和径向静动态试验时，第一连接装置6、第二连接装置43、第三连接装置44左端分别通过螺纹与球铰座5连接：第一连接装置6右端通过螺栓连接到螺旋套29上，第二连接装置43右端通过螺栓固定在弹性联轴器14主动端上，第三连接装置44右端则通过高强度套筒45和螺纹挡圈46连接弹性联轴器14主动端。

检测装置及其他部件：包括扭矩传感器9、角度传感器15及支撑轴部分。扭矩传感器9通过螺栓连接法兰A 8、法兰B 10；角度传感器15采用非接触式，包含磁块和传感器两部分，其磁块与弹性联轴器14主动端连接，扭摆试验时随弹性联轴器14主动端一起摆动，角度传感器15固定在固定板13上。

支撑轴部分由支承轴11、深沟球轴承39、套筒C 41、端盖40、轴承座12组成（参见图5所示），其中轴承座12由支承轴11上的轴肩定位，深沟球轴承39由轴承座12和套筒C 41和端盖40定位，端盖40由螺栓固定在轴承座12上，轴承座12安装在支撑轴底座17上（图１所示）。支撑轴部分在扭摆试验中起到支撑作用，防止力/运动转换机构输出端连接扭矩传感器9后由于重力产生轴线偏移。

伺服阀25及相关控制器，液压缸2，直线位移传感器1，力传感器3构成位置和力伺服控制系统；伺服阀25及相关控制器，液压缸2，球铰耳环4，球铰座5，连接装置6，力/运动转换机构，法兰A8，扭矩传感器9，法兰B10，支撑轴11，法兰C16，角度传感器15构成角度和扭矩伺服控制系统。

本发明试验机的工作过程由于不同的试验，其过程略有差异，各个试验过程如下：

1.静、动态扭摆试验：如图1、图2和图3所示，液压缸2的活塞杆通过球铰耳环4、球铰座5、第一连接装置6和力/运动转换机构相连，力/运动转换机构即可将液压缸活塞杆的往复直线运动转换为输出件的左右往复摆动，轴32通过花键与法兰A 8连接，法兰A 8由螺栓连接扭矩传感器9，扭矩传感器9通过螺栓连接法兰B 10，法兰B 10与支撑轴部分通过花键连接，支撑轴部分通过花键连接法兰C16，法兰C16由螺栓与被测弹性联轴器14主动端相连，被测弹性联轴器14被动端通过螺栓紧固在固定板13上。角度传感器15采用非接触式，其磁块与被测弹性联轴器14主动端连接，传感器则由螺栓固定在固定板13上，角度传感器15的磁块与传感器主体间有安装间隙要求。

其运动传递过程为：液压缸2活塞经球铰耳环4、球铰座5、第一连接装置6带动螺旋套29进行往复直线运动，直套26固定不动，滚珠A 28、滚珠B 30在滚道中滚动，通过滚珠B 30带动轴32输出左右往复摆动；推力球轴承34防止轴32发生轴向移动并承受轴向力，直套26部分花键副承受螺旋套29带动轴32运动的反作用力。扭矩通过花键连接法兰A 8与扭矩传感器9、法兰B 10、支撑轴部分、法兰C 16传递到被测弹性联轴器14主动端。

2. 轴向拉压试验：如图5所示，液压缸2经拉压力传感器3、球铰耳环4、球铰座5通过螺纹与第二连接装置43相连，被测弹性联轴器14主动端通过螺栓与第二连接装置43相连，被动端通过螺栓固定在固定板13上。

其运动传递过程为：拉压力由液压缸2活塞经拉压力传感器3、球铰耳环4、球铰座5、第二连接装置43传递到被测弹性联轴器14的主动端。

3.径向拉压试验：如图6和图7所示，液压缸2经拉压力传感器3、球铰耳环4、球铰座5通过螺纹与第三连接装置44相连，试验时第三连接装置44通过高强度套筒45与被测弹性联轴器14主动端相连，高强度套筒45末端攻有螺纹与螺纹挡圈46相配合，被测弹性联轴器14被动端通过螺栓固定在夹具47上。

其运动传递过程为：拉压力由液压缸2活塞经拉压力传感器3、球铰耳环4、球铰座5、第三连接装置44传递到被测弹性联轴器14的主动端。

拉压及扭摆试验频率调节的实现：拉压及摆振试验时，通过伺服控制器控制伺服阀25的换向频率，从而控制伺服缸作动器的往复运动频率，进而实现拉压及摆振运动频率的调节。

拉压及扭摆试验幅值调节的实现：通过改变液压缸活塞2的直线输出位移，从而改变拉压试验运动幅值。由于液压缸2活塞的直线输出位移与力(运动)转换机构的扭摆输出角度成线性比例关系，通过改变液压缸2活塞的直线输出位移，改变力/运动转换机构的扭摆输出角度幅值，从而改变扭摆试验角度幅值。该试验机输出扭矩为0~30kN·m，液压缸输出力为0~150kN，频率0~12Hz，其值均可控可调，试验机精度1%。

Claims (8)

1.一种弹性联轴器摆振试验机，包括液压驱动部件、力传感器(3)、球铰耳环(4)、球铰座(5)、连接装置和用于固定被测弹性联轴器的定位件；其特征在于，所述液压驱动部件提供拉压和扭摆试验的动力，液压驱动部件的液压缸(2)其输出端依次通过力传感器(3)、球铰耳环(4)和球铰座(5)与连接装置相连；所述连接装置包括第一连接装置(6)、第二连接装置 (43)和第三连接装置 (44)；第一连接装置 (6)的输出端通过连接力/运动转换机构和检测装置与被测弹性联轴器(14)的轴向主动端相连，用于对弹性联轴器的静、动态摆振进行试验；第二连接装置 (43) 的输出端与被测弹性联轴器(14)的轴向主动端相连，用于对被测弹性联轴器(14)的轴向拉压试验；第三连接装置 (44) 的输出端与被测弹性联轴器(14)的径向主动端相连，用于对被测弹性联轴器的径向拉压试验；被测弹性联轴器(14)各从动端分别由定位件固定。 

2.根据权利要求1所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述第一连接装置(6)一端设有螺纹与球铰座(5)配合连接，另一端与力/运动转换机构配合连接；力/运动转换机构通过法兰A (8)连接扭矩传感器(9)，扭矩传感器(9)通过法兰B(10)连接支撑轴部分，被测弹性联轴器(14)主动端通过法兰C(16)与支撑轴部分相连，被测弹性联轴器(14)从动端固定在固定板(13)上；角度传感器(15)采用非接触式，其磁块与被测弹性联轴器(14)主动端连接，角度传感器（15）固定在固定板(13)上；液压驱动系统通过球铰耳环(4)，球铰座(5)、第一连接装置(6)、力/运动转换机构和检测装置与被测弹性联轴器(14)相连，实现对弹性联轴器的静、动态摆振试验。

3.根据权利要求1所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述第二连接装置 (43)左端通过螺纹连接球铰座(5)，右端通过螺栓固定被测弹性联轴器(14)；液压驱动系统通过球铰耳环(4)，球铰座(5)、第二连接装置 (43)与被测弹性联轴器(14)相连，实现对弹性联轴器的轴向拉压试验。

4.根据权利要求1所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述第三连接装置 (44)左端通过螺纹连接球铰座(5)，右端则通过高强度套筒(45)和螺纹挡圈(46)连接弹性联轴器(14)主动端；液压驱动系统通过球铰耳环(4)，球铰座(5)、第三连接装置(44)与被测弹性联轴器(14)相连，实现对弹性联轴器的径向拉压试验。

5.根据权利要求1或2所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述力/运动转换机构由滚珠螺旋传动部分和止推部分组成，滚珠螺旋传动部分包括轴(32)、螺旋套(29)和直套(26)；止推部分包括推力球轴承(34)、轴承座(33)和端盖(36)；轴(32)的一端与螺旋套(29)、直套(26)采用三轴套结构，其三轴线重合，轴(32)位于螺旋套(29)内，螺旋套(29)位于直套(26)内，螺旋套(29)内壁有沿轴线均匀分布的螺旋槽，外壁有沿轴线均匀分布的直线槽，轴(32)与螺旋套(29)配合端有沿轴线均匀分布的螺旋槽，直套(26)内壁有沿轴线均匀分布的直线槽，在各自的槽内分布滚珠A(28)和滚珠B(30)，滚珠A(28)和滚珠B(30)之间安装保持架A(27)和安装保持架B(31)；滚珠A(28)、滚珠B(30)使轴(32)与螺旋套(29)、直套(26)滚动配合；螺旋套(29)与轴(32)形成螺旋副，直套(26)与螺旋套(29)形成花键副，花键副承受轴(32)摆振带来的反作用力；轴(32)的中段设计轴肩，安装推力球轴承(34)；止推部分的推力球轴承(34)由轴肩、套筒A (35)、套筒B (38)、螺纹挡圈(37)和端盖(36)定位；直套(26)和轴承座(33)安装在底座(7)上，推力球轴承(34)承受轴(32)扭摆带来的双向轴向力；轴(32)的另一端设有花键结构与法兰(8)相连接输出左右摆动；扭矩传感器(9)与被测试件(14)之间加装支撑轴部分。

6.根据权利要求2所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述支撑轴部分包括支承轴(11)、深沟球轴承(39)、套筒C (41)、端盖(40)和轴承座(12)；其中，轴承座(12)由支承轴(11)上的轴肩定位，深沟球轴承(39)由轴承座(12)、套筒C (41)和端盖(40)定位，端盖(40)由螺栓固定在轴承座(12)上，轴承座(12)安装在支撑轴底座(17)上。

7.根据权利要求5所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述力转换机构滚珠螺旋副与滚珠花键副所用的滚珠A(28)和滚珠B(30)直径相同，滚珠A(28)和滚珠B(30)之间加装保持架。

8.根据权利要求5所述的弹性联轴器摆振试验机，其特征在于，所述轴(32)与螺旋套(29)内壁螺旋线升角                                               

，布置螺旋滚道10～15条，滚珠B(30) 80～90颗，直套(26)与螺旋套(29)外圈分布直线槽6～12条，滚珠A(28) 48～72颗。

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