CN102183420A - 一种高速扭转试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速扭转试验机，包括由电机驱动的主动轴以及与所述主动轴同轴布置的从动轴，所述主动轴上设有主动齿轮，所述从动轴上设有从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮通过设有传动齿轮的传动轴传动连接，所述传动轴设有控制其轴向移动的伺服系统，所述主动齿轮和/或从动齿轮为斜齿轮。该设备能够使试验工件在高速运转情况下承受扭转试验，并且与实际工况相符，从而真实检测工件扭转性能和疲劳寿命。此外，使用较小功率的电机即可驱动主动轴空载旋转，有助于节约试验耗能。

Description

一种高速扭转试验机

技术领域

本发明涉及机械测试技术领域，特别是涉及一种用于对零部件进行往复扭转性能或疲劳试验的扭转试验机。

背景技术

机械行业中的大多数系统都通过旋转工件进行动力传递，由于旋转工件是传递动力的关键部件，因此常常需要进行扭转性能或疲劳试验，以获得其性能参数。

目前，针对旋转工件的试验方法基本分为两类：一类是在工件静止状态下进行，另一类是在工件低速转动状态下进行。这两种试验方法均不能体现出被试验工件在实际高速工况下的真实扭转状态，即上述两种检测方法得出试验结果数据与实际工况有较大差异。

以双质量飞轮为例，双质量飞轮是中高档汽车配置的具有减振、隔振功能的动力传递部件，在使用中承受复杂的动态扭转负荷，需要模拟使用状态进行考核试验，而上述两种试验方法均不能体现出双质量飞轮在实际高速工况下承受极大离心力时的真实工作状态。

理论上来讲，要想在高速状态下实现扭转试验，最常规的方法是使用大功率电机升速后高速驱动工件一侧，工件另一侧使用伺服系统进行制动实现扭转，若要实现反向扭转则需要电机反转。此方案对于高转速大扭矩的传动部件在实际试验台设计及制作上很难实现，比如在5000rpm、1000Nm工况下拖动电机功率需要500KW，且试验过程会消耗很大的电能。

因此，如何在高速状态下对旋转工件等零部件进行扭转试验，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速扭转试验机。该设备能够对旋转工件进行高速扭转试验。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高速扭转试验机，包括由电机驱动的主动轴以及与所述主动轴同轴布置的从动轴，所述主动轴上设有主动齿轮，所述从动轴上设有从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮通过设有传动齿轮的传动轴传动连接，所述传动轴设有控制其轴向移动的伺服系统，所述主动齿轮和/或从动齿轮为斜齿轮。

优选地，所述传动轴上设有第一传动齿轮和第二传动齿轮，其中所述第一传动齿轮与主动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与从动齿轮相啮合，所述传动轴的一端与所述伺服系统的输出端转动连接。

优选地，所述传动轴上设有位于所述第一传动齿轮和第二传动齿轮之间的扭矩传感器。

优选地，所述传动轴包括第一传动轴、第二传动轴以及第三传动轴，所述第一传动轴上设有能够绕轴转动的第一传动齿轮，所述第二传动轴上设有第二传动齿轮和第三传动齿轮，所述第三传动轴上设有能够绕轴转动的第四传动齿轮，其中所述第一传动齿轮与主动齿轮和第二传动齿轮啮合，所述第四传动齿轮与第三传动齿轮和从动齿轮啮合，所述第一传动轴或第三传动轴的一端与所述伺服系统的输出端连接。

优选地，所述第二传动轴上设有位于所述第二传动齿轮和第三传动齿轮之间的扭矩传感器。

优选地，所述第一传动齿轮和第四传动齿轮均为联体齿轮。

优选地，所述主动齿轮和从动齿轮均为斜齿轮且斜齿旋向相反。

优选地，所述主动轴与从动轴相对并间隔一定距离的两端分别设有主动轮和被动轮。

优选地，所述从动轴为空心轴，并通过轴承套装于所述主动轴的一端。

优选地，所述从动齿轮一体成形于所述从动轴上。

本发明提供的高速扭转试验机将加载系统与转动系统在机械结构上进行分离，在进行试验时，试验工件的一端与主轴连接，另一端与从动轴连接，并且由电机驱动其高速旋转，使试验工件在离心力作用下模拟实际工况，待试验工件的转速达到预定值后，通过伺服系统控制传动轴轴向移动或转动。当伺服系统按直线位移方式控制传动轴轴向移动时，由于主动齿轮保持旋转状态，通过斜齿轮的特性可改变从动轴相对于主动轴的旋转相位角度，从而实现角度扭转试验；当伺服系统按扭矩方式控制传动轴转动时，则可以实现扭矩扭转试验。由于伺服系统可以输入不同形态、不同程度的交变载荷，因此能够使试验工件在高速运转情况下承受扭转试验，并且与实际工况相符，从而真实检测工件扭转性能和疲劳寿命。此外，使用较小功率的电机即可驱动主动轴空载旋转，有助于节约试验耗能。

在一种具体实施方式中，所述传动轴上设有位于所述第一传动齿轮和第二传动齿轮之间的扭矩传感器。如此，加载系统通过伺服系统，与扭矩传感器闭环可实现正负恒定扭矩控制，从而达到适时监测试验数据和精确控制的目的。

附图说明

图1为本发明所提供高速扭转试验机的第一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供高速扭转试验机的第二种具体实施方式的结构示意图；

图3是本发明所提供高速扭转试验机的第三种具体实施方式的结构示意图；

图4是图3中I部位的局部放大示意图。

图1至图4中：

1.主动轴 1-1.主动齿轮 1-2.主动轮 2.传动轴 2-1.第一传动齿轮 2-2.第二传动齿轮 3.从动轴 3-1.从动齿轮 3-2.被动轮 4.电机5.伺服系统 6.扭矩传感器 7.双质量飞轮 7-1.初级飞轮 7-2.次级飞轮

10.主动轴 10-1.主动齿轮 20-1.第一传动轴 20-1-1.第一传动齿轮20-2.第二传动轴 20-2-2.第二传动齿轮 20-2-3.第三传动齿轮 20-3.第三传动轴 20-3-4.第四传动齿轮 30.从动轴 30-1.从动齿轮 40.电机50.伺服系统 60.扭矩传感器 70.实心轴

100.主动轴 300.从动轴 301.从动齿轮 700.碟形带中心孔工件

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种能够对旋转工件进行高速扭转试验的高速扭转试验机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的“上、下、左、右”等表示方位的用语是基于附图的位置关系，不应将其理解为对保护范围的绝对限定，“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

请参考图1，图1为本发明所提供高速扭转试验机的第一种具体实施方式的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施方式中，本发明提供的高速扭转试验机主要由电机4、主动轴1、传动轴2、从动轴3以及伺服系统5等构成，适于对双质量飞轮进行高速扭转试验。

主动轴1、传动轴2、从动轴3分别通过轴承可转动地安装于箱体内部，箱体中间的“U”形区域用于安放试验工件，主动轴1和从动轴3同轴布置，主动轴1的右端与从动轴3的左端相对，两者从“U”形区域两侧向外伸出并间隔一定距离，其上分别设有主动轮1-2和被动轮3-2，以便固定试验工件。

主动轴1的左端由电机4通过皮带和皮带轮驱动，传动轴2的左端与伺服系统5的输出端通过轴承转动连接。

主动轴1上设有主动齿轮1-1，从动轴3上设有从动齿轮3-1，传动轴2上设有第一传动齿轮2-1和第二传动齿轮2-2，其中第一传动齿轮2-1与主动齿轮1-1相啮合，第二传动齿轮2-2与从动齿轮3-1相啮合，主动齿轮1-1与从动齿轮3-1通过第一传动齿轮2-1、第二传动齿轮2-2和传动轴2传动连接。

传动轴2分为两段并通过扭矩传感器6连接，电机4通过伺服系统5与扭矩传感器6闭环可实现正负恒定扭矩控制，从而达到适时监测试验数据和精确控制的目的。

主动齿轮1-1和从动齿轮3-1为斜齿轮，与之相啮合的第一传动齿轮2-1和第二传动齿轮2-2也为斜齿轮，且主动齿轮1-1和从动齿轮3-1的斜齿旋向相反。这样，可以使主动轮1-2和被动轮3-2之间的相对旋转相位角度值得到加大，从而满足试验要求。

当然，也可以仅将主动齿轮1-1和第一传动齿轮2-1设计为斜齿轮，或者仅将从动齿轮3-1和第二传动齿轮2-2设计为斜齿轮，与上述方式相比，后两种方式所能控制的旋转相位角度相对较小。

进行试验时，将双质量飞轮7的初级飞轮7-1与主动轮1-1连接、次级飞轮7-2与被动轮3-1连接，电机4通过传动皮带带动主动轴1旋转，主动轴1带动初级飞轮7-1旋转，同时带动第一传动齿轮2-1旋转，第一传动齿轮2-1带动传动轴左段旋转，传动轴左段通过扭矩传感器6带动传动轴右段旋转，传动轴右段带动第二传动齿轮2-2旋转，第二传动齿轮2-2带动从动齿轮3-1旋转，从动齿轮3-1带动从动轴3旋转，从动轴3带动双质量飞轮的次级飞轮7-2旋转，形成双质量飞轮动态旋转状态。

伺服系统5可采用直线移动伺服电机，通过传动轴左段、扭矩传感器6、传动轴右段带动第一传动齿轮2-1和第二传动齿轮2-2做轴向往复移动。

当第一传动齿轮2-1和第二传动齿轮2-2做轴向往复移动时，对主动齿轮1-1和从动齿轮3-1形成反作用力，由于主动齿轮1-1是主动轮，保持旋转状态不变，而第一传动齿轮2-1和第二传动齿轮2-2的斜齿旋向相反，则从动齿轮3-1被迫改变旋转相位角度，形成所设定的扭转振动。这样就可以使双质量飞轮在高速旋转动态情况下进行扭转振动性能和疲劳试验。

上述高速扭转试验机不仅可以用于双质量飞轮动态扭转振动试验，也可用于对弹性联轴器等具有缓冲减振功能的旋转动力传动部件进行动态扭转振动试验。

请参考图2，图2为本发明所提供高速扭转试验机的第二种具体实施方式的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，本发明提供的高速扭转试验机对传动部分做了进一步改进，其传动轴一共有三根，分别为第一传动轴20-1、第二传动轴20-2以及第三传动轴20-3，第一传动轴20-1上通过轴承安装有第一传动齿轮20-1-1，第一传动齿轮20-1-1能够绕轴旋转，第二传动轴20-2分为左、右两段，左段安装第二传动齿轮20-2-2，右段安装第三传动齿轮20-2-3，且左段和右段通过扭矩传感器60连接，第三传动轴20-3上通过轴承安装有第四传动齿轮20-3-4，第四传动齿轮20-3-4同样能够绕轴旋转。

第一传动齿轮20-1-1和第四传动齿轮20-3-4均为联体齿轮，其中第一传动齿轮20-1-1的右侧齿部与主动齿轮10-1啮合、左侧齿部与第二传动齿轮20-2-2啮合，第四传动齿轮20-3-4的左侧齿部与第三传动齿轮20-2-3啮合、右侧齿部与从动齿轮30-1啮合，第一传动轴20-1的外端与伺服系统50的输出端连接，其余结构与上述第一种具体实施方式基本相同，这里就不再重复描述。

进行试验时，上述传动系统通过两对斜齿轮传递扭矩，主动轴10为高速驱动轴，右端连接实心轴70的左端，通过主动齿轮10-1、第一传动齿轮20-1-1、第二传动齿轮20-2-2传递到扭矩传感器60，再通过第三传动齿轮20-2-3、第四传动齿轮传20-3-4递到从动轴30，从动轴30连接实心轴70的右端，第一传动轴20-1为伺服机构直线驱动轴，不随第一传动齿轮20-1-1转动，第一传动轴20-1的直线运动通过斜齿轮在主动轴10和从动轴30之间形成扭转，电机40通过升速使主动轴10高速旋转，调节主动轴10的转速可以在不同转速下对工件进行扭转试验。

请参考图3、图4，图3为本发明所提供高速扭转试验机的第三种具体实施方式的结构示意图，图4是图3中I部位的局部放大示意图。

为了使本发明提供的高速扭转试验机同样能够适用于碟形带中心孔工件，可以在第二种具体实施方式的基础上对从动轴做进一步改进。

如图所示，从动轴300为空心轴，通过轴承套装在主动轴100的右端，其与箱体之间也设有轴承，并在左端直接加工形成从动齿轮301，即从动齿轮301与从动轴300为一体式结构，从动轴300右端相对于主动轴100右端向内缩进一定距离，并分别设有连接盘，在进行试验时，从动轴300的连接盘与碟形带中心孔工件700的外缘连接，主动轴100的连接盘与碟形带中心孔工件700的内缘连接，其余结构请参考上文。

以上对本发明所提供的高速扭转试验机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速扭转试验机，其特征在于，包括由电机驱动的主动轴以及与所述主动轴同轴布置的从动轴，所述主动轴上设有主动齿轮，所述从动轴上设有从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮通过设有传动齿轮的传动轴传动连接，所述传动轴设有控制其轴向移动的伺服系统，所述主动齿轮和/或从动齿轮为斜齿轮。

2.根据权利要求1所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述传动轴上设有第一传动齿轮和第二传动齿轮，其中所述第一传动齿轮与主动齿轮相啮合，所述第二传动齿轮与从动齿轮相啮合，所述传动轴的一端与所述伺服系统的输出端转动连接。

3.根据权利要求2所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述传动轴上设有位于所述第一传动齿轮和第二传动齿轮之间的扭矩传感器。

4.根据权利要求1所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述传动轴包括第一传动轴、第二传动轴以及第三传动轴，所述第一传动轴上设有能够绕轴转动的第一传动齿轮，所述第二传动轴上设有第二传动齿轮和第三传动齿轮，所述第三传动轴上设有能够绕轴转动的第四传动齿轮，其中所述第一传动齿轮与主动齿轮和第二传动齿轮啮合，所述第四传动齿轮与第三传动齿轮和从动齿轮啮合，所述第一传动轴或第三传动轴的一端与所述伺服系统的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述第二传动轴上设有位于所述第二传动齿轮和第三传动齿轮之间的扭矩传感器。

6.根据权利要求5所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述第一传动齿轮和第四传动齿轮均为联体齿轮。

7.根据权利要求1至6任一项所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述主动齿轮和从动齿轮均为斜齿轮且斜齿旋向相反。

8.根据权利要求1至6任一项所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述主动轴与从动轴相对并间隔一定距离的两端分别设有主动轮和被动轮。

9.根据权利要求1至6任一项所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述从动轴为空心轴，并通过轴承套装于所述主动轴的一端。

10.根据权利要求9所述的高速扭转试验机，其特征在于，所述从动齿轮一体成形于所述从动轴上。

Images