CN102053014A - 一种模拟齿轮弯冲试验方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟齿轮弯冲试验方法，通过弯冲试验装置的摆锤冲击装夹于试验装置下部的齿形试样，获取弯冲强度数据，其试样受力端矩形截面的长边一侧与下摆锤头刀口相匹配；并且试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。同时本发明提供了一种用于上述模拟齿轮弯冲试验方法的模拟齿轮弯冲试验装置。本发明的模拟齿轮弯冲试验方法使得试验设备具有结构简单、安装精准、快捷的特点。改变原先模拟齿宽中部一点受力为齿宽方向受力，其更加符合齿轮啮合时线接触受力的实际，获得的实验数据将更加具有性能参考价值。

Description

一种模拟齿轮弯冲试验方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种机械性能试验的方法及其装置，尤其涉及一种弯冲试验的方法及其装置。
背景技术
本发明为进行模拟齿轮弯冲试验夹持特定试样而专门设计。该试验方法为德国ZF公司的H.Brugge创新的，在齿轮制造行业中用简易的弯冲试验，可以替代齿轮的疲劳试验，对评价齿轮钢以及齿轮的渗碳淬火效果，有重要意义。
但仅有的文献中，介绍的试验方法在应用中缺少对弯冲试样精准、快捷的夹持方法。本发明设计了一种安装在MTS美斯特工业系统(中国)有限公司制造的ZBC2302-D型金属冲击试验机上，置换其右砧，即可便捷进行弯冲试验。已在上海市科委应用技术开发项目上应用。
齿轮是一种广泛应用的机械传动零件，在机械装备中齿轮起着传递动力、改变转速和旋转方向的重要作用。一般按齿轮的传动形式将其分为三类：圆柱齿轮用于平行两轴之间的传动；锥齿轮用于相交两轴之间的传动；蜗轮与蜗杆用于交叉两轴之间的传动。与依靠摩擦力传递动力的带传动、通过链条与链轮齿啮合传递运动的链传动相比，齿轮传动具有结构简单、传动比相对固定、传动比精准、传递负荷大等优点。
齿轮的失效主要是齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳，为了检验齿轮的可靠性，要求按GB/T14299-齿轮接触疲劳试验方法和GB/T14230-齿轮弯曲疲劳强度试验方法对齿轮进行接触疲劳和弯曲疲劳，但通常时间冗长、数据离散。德国ZF公司的H.Brugger在大量试验的基础上，提出用冲击强度测定渗碳钢的疲劳曲线及齿轮的突发断裂强度。通过对渗碳淬硬模拟齿样进行冲击试验，测出冲断力，计算出冲击强度，可以为材料提供一个接近实际使用条件的评估指标，尤其是作为评估渗碳淬硬齿轮钢性能的一种方法。
为此，H.Brugger设计了一种仿齿形的弯冲试样，在普通的冲击试验机上测定冲击强度。
在如何夹持弯冲试样的方法上，以往均改动搁置试样的基座，在目前有限的介绍齿轮弯冲试验的文献中介绍有图1图2示两种夹持方法，均不便于快速精准的安装试样。
图1为最初的弯冲试验机简图。它与一般摆锤式材料冲击试验机主体结构相似，所不同的是试样轴线与水平方向(冲击切向)呈60°倾斜安装，冲击机摆锤刀口水平冲击齿形试样(图3-呈点接触)。冲击刀口上装有与放大器、存储器、示波器或绘图仪等测量传感器，可以测出冲击试验过程中与时间的关系曲线，该曲线上力的峰值即为材料的弯冲值。
图2另一种弯冲试验台钳。试样夹持在试验机机座里，试样夹紧前，需要必须对准摆锤调整试样，努力使受冲击的模拟齿部与冲击机锤头精准吻合，确保模拟齿试样的轴线与摆锤冲击切向呈30°，冲击机摆锤刀口水平冲击齿形(图3-呈点接触)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种更加简单、合理，获取的试验数据更加具有实际应用价值的模拟齿轮弯冲试验方法及其装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种模拟齿轮弯冲试验方法，通过弯冲试验装置的摆锤冲击装夹于试验机下部的齿形试样，获取弯冲强度数据，所述的摆锤锤头设置有刀口，齿形试样通过固定砧固定于弯冲试验装置下部并使得齿形试样的受力端对应于摆锤头部刀口的纵向轨迹上，所述的齿形试样受力端为呈矩形截面的一段长方体，
所述齿形试样固定的方式为：其试样受力端矩形截面的长边一侧与下摆锤头刀口相匹配；
并且试样长方体受力端的轴向延伸方向与锤头刀口摆动方向的夹角设置为：刀口与试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
所述的摆锤锤头最好设置有沿锤头摆动径向延伸的刀口。
同时本发明提供了一种用于上述模拟齿轮弯冲试验方法的模拟齿轮弯冲试验装置，包括支架、旋转轴心设置于支架上端的摆锤，摆锤的末端设置有锤头，锤头设置有刀口，在弯冲试验装置支架的下部、设置有试样固定砧，弯冲试样通过固定砧固定于摆锤刀口下摆的运行轨迹上，所述的固定砧在沿锤头圆周运动的冲击点切向平面上设置有一试样卡槽，弯冲试样匹配设置于该试样卡槽内，并通过紧固件固定，试样卡槽的延伸方向设置为保证刀口与安装在卡槽内的试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
所述的摆锤锤头设置有沿锤头摆动径向延伸的刀口。
本发明的模拟齿轮弯冲试验方法使得试验设备具有结构简单、安装精准、快捷的特点。改变原先模拟齿宽中部一点受力为齿宽方向受力(见图5)，其更加符合齿轮啮合时线接触受力的实际，获得的实验数据将更加具有性能参考价值。
因为齿轮在实际使用过程中其受力状态都是线接触啮合，所以使用现有技术的试验装置，其传统冲击方式与受力分析其实与实际齿轮受力情况是有差异的，这导致弯冲试验的数据对实际的材料分析带来很大的误差，而本发明的试验方法和装置提供的受力分析基本完全贴合齿轮的实际受力状态，使得模拟齿轮弯冲试验更加精确、更具实用价值。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是最初的弯冲试验机的结构示意图；
图2a、图2b是现有技术中另一种弯冲试验机的试样固定部件的结构示意图；
图3是现有技术弯冲试验中试样与摆锤刀口的接触示意图；
图4是本发明的模拟齿轮弯冲试验装置的结构示意图；
图5是本发明的模拟齿轮弯冲试验装置固定砧的结构示意图；
图6是本发明的模拟齿轮弯冲试验方法中摆锤刀口与弯冲试样长方体受力端接触的示意图。
图中：
1、试样        2、台钳       3、挡块     4、卡规
5、紧固螺栓    10、支架      11、摆锤    111、刀口
20固定砧       201、试样卡槽
具体实施方式
图4示出了本发明的一种用模拟齿轮弯冲试验的装置，包括支架10、旋转轴心设置于支架上端的摆锤11，摆锤11的末端设置有锤头，锤头设置有沿锤头摆动径向延伸的刀口111，在弯冲试验装置支架10的下部、设置有试样固定砧20(如图5所示)，弯冲试样通过固定砧20固定于摆锤刀口下摆的运行轨迹上，本实施例中试样1设置于摆锤刀口111下摆的最低点。所述的固定砧20在沿锤头圆周运动的冲击点切向平面上设置有一试样卡槽201(本实施例中为在冲击点的切向水平面上)，弯冲试样1匹配设置于该试样卡槽201内，并通过试样紧固螺栓固定，试样卡槽201的延伸方向设置为保证刀口111与安装在卡槽201内的试样1相碰时，试样1前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
利用上述的装置，我们做模拟齿轮弯冲试验的方法如下：
所述模拟齿轮弯冲试样1的齿形试样受力端为呈矩形截面的一段长方体，所述齿形试样固定的方式为：其试样受力端矩形截面的长边一侧与下摆锤头刀口111相匹配，使刀口与试样受力端接触时形成线接触(如图6所示)；
并且试样长方体受力端的轴向延伸方向与锤头刀口摆动方向的夹角设置为：刀口与试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
当试样1固定后，摆动摆锤11，通过摆锤11冲击装夹于试验装置下部的齿形试样1，获取弯冲强度数据。
这样在弯冲试验时，刀口111和试样1之间产生受力端长边一侧的线接触，其更加符合齿轮啮合时线接触受力的实际，获得的实验数据将更加具有性能参考价值。
上述摆锤锤头设置的刀口的延伸方向也可以是摆锤的摆动轴线平行，此时，试样与支架的固定方式同样保证当摆锤下摆时，试样受力端矩形截面的长边一侧与下摆锤头刀口相匹配，使刀口与试样受力端接触时形成线接触，并且刀口与试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。

Claims (4)

1.一种模拟齿轮弯冲试验方法，通过弯冲试验装置的摆锤冲击装夹于试验装置下部的齿形试样，获取弯冲强度数据，所述的摆锤锤头设置有刀口，齿形试样通过固定砧固定于弯冲试验装置下部并使得齿形试样的受力端对应于摆锤头部刀口的纵向轨迹上，所述的齿形试样受力端为呈矩形截面的一段长方体，其特征在于：
所述齿形试样固定的方式为：其试样受力端矩形截面的长边一侧与下摆锤头刀口相匹配，使刀口与试样受力端接触时形成线接触；
并且试样长方体受力端的轴向延伸方向与锤头刀口摆动方向的夹角设置为：刀口与试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
2.根据权利要求1所述的模拟齿轮弯冲试验方法，其特征在于：所述的摆锤锤头设置有沿锤头摆动径向延伸的刀口。
3.一种用于权利要求1的模拟齿轮弯冲试验方法的模拟齿轮弯冲试验装置，包括支架、旋转轴心设置于支架上端的摆锤，摆锤的末端设置有锤头，锤头设置有刀口，在弯冲试验装置支架的下部、设置有试样固定砧，弯冲试样通过固定砧固定于摆锤刀口下摆的运行轨迹上，其特征在于：所述的固定砧在沿锤头圆周运动的冲击点切向平面上设置有一试样卡槽，弯冲试样匹配设置于该试样卡槽内，并通过紧固件固定，试样卡槽的延伸方向设置为保证刀口与安装在卡槽内的试样相碰时，试样前端一侧与刀口一侧刀口运动轨迹的切线呈30度夹角。
4.根据权利要求3所述的模拟齿轮弯冲试验方法，其特征在于：所述的摆锤锤头设置有沿锤头摆动径向延伸的刀口。
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