CN104764658A - 一种带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置 - Google Patents

Abstract

一种带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置，包括支撑结构和位于支撑结构上方的加载结构两部分；所述支撑结构包括支撑头、调整垫片、支撑基座、定位环、支撑架、心轴、轴压盖；所述支撑头的下端固定于支撑基座上；所述支撑架位于支撑头一侧，试验齿轮通过定位环、心轴和轴压盖安装于可调支架顶部；所述加载结构包括与所述支撑头共轴线由上而下依次设置的压头基座、限位套筒、自调整压头和加载圆板；所述压头基座与限位套筒之间通过连接件固接在一起；所述自调整压头则坐装于限位套筒内，其上端的外凸柱面与压头基座和限位套筒的内凹弧面形成可自由转动的配合关系；所述加载圆板通过防脱螺钉固定于自调整压头下端。

Description

一种带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置

技术领域

  本发明涉及一种齿轮齿根弯曲强度试验装置，具体说是涉及一种即带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置，该装置可应用于齿轮静强度的校核、齿形刚度的测试、材料极限应力的成组试验、齿根几何形貌对弯曲强度影响的评价，以及轮齿弯曲承载能力的校核等，所得试验数据和评判结论，可为新产品的开发提供设计依据，属于齿轮传动的基础应用技术范畴。

背景技术

  齿根弯曲强度校核是齿轮传动新产品开发的重要组成部分。目前，在齿轮箱设计过程中针对齿根弯曲强度的计算，国内均是依据国标GB/T3480-1997进行的，该标准等效于国际标准ISO6336-1988。但是，随着近年齿轮产品不断朝着轻量化、长寿命、高可靠性方向的发展，我国在齿轮传动设计过程中缺乏基础试验数据的问题，暴露得更加明显，已经对我国高端齿轮产品的开发产生了严重的制约作用。这个问题主要体现在以下两个方面：一是国内与国外在齿轮材料的合金成份、冶炼水平以及热处理能力等方面均存在一定的差异，套用国外齿轮材料的试验数据进行产品开发，会产生较大的误差；二是标准也已经是二十多年前的试验数据，随着近年来新材料、新工艺的不断出现，也急需符合当前齿轮制造水平的试验数据。拉压疲劳试验机是常用的金属材料加载试验设备，在工业试验测试中，有着广泛的应用，但属于通用设备，如应用于齿轮的弯曲承载能力试验，需进行专用固定工装和加载部件的设计。

发明内容

  本发明的目的正是为满足国际标准ISO6336-2006对齿轮试验的技术要求，并在充分利用已有的拉压疲劳试验机的前提下，提供一种带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置。

本发明的齿轮弯曲疲劳强度试验装置主要有以下技术特点：一是能够实现单齿均布加载；二是具有纵向、横向调整能力，适用于不同规格齿轮的试验；三是采用平面加载，渐开面支撑的结构设计，具有加载位置易于保证，支撑齿承载能力高的特点。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置包括支撑结构和位于支撑结构上方的加载结构两部分；所述支撑结构包括支撑头、调整垫片、支撑基座、定位环、支撑架、心轴、轴压盖；所述支撑头的下端固定于支撑基座上；所述支撑架位于支撑头一侧，包括通过固定连接件安装于支撑基座上的固定平板、安装在固定平板上加工出的导槽内的可调支架、设置在固定平板与可调支架之间的定位销和锁死螺栓；所述支撑基座通过下床身大螺母与下床身连为一体，试验齿轮通过定位环、心轴和轴压盖安装于可调支架顶部；所述加载结构包括与所述支撑头共轴线由上而下依次设置的压头基座、限位套筒、自调整压头和加载圆板；所述压头基座与限位套筒之间通过连接件固接在一起，所述自调整压头坐装于限位套筒内，自调整压头顶部与压头基座的底面之间呈弧面配合关系，使得自调整压头与压头基座和限位套之间构成铰接方式，实现自调整压头相对于试验齿轮齿槽的横向小幅摆动，以满足对试验齿轮沿齿向均布加载的试验要求；所述加载圆板通过防脱螺钉固定于自调整压头下端；所述压头基座的上端通过上床身大螺母固定于上床身上；所述加载圆板下端的平面和支撑头上端的渐开线内凹面与试验齿轮的轮齿形成平面加载、渐开面支撑的试验加载支撑结构，具有加载位置易于保证，支撑齿承载能力高的特点。

本发明所述的可调支架通过底部的燕尾头安装在固定平板上加工出的燕尾槽内。用于实现所述支撑架相对于支撑头之间距离的纵向调整能力，可实现不同规格齿轮的弯曲疲劳试验，适用范围广。

本发明所述的支撑头的下端通过螺纹配合的方式固定于支撑基座上，且在支撑头与支撑基座设置有用于调整支撑头高度的调整垫片。

更具体说：本发明所述的压头基座的端面和限位套筒的内孔面均设计为内凹面，通过两者的配合可组成圆柱内孔；同时，自调整压头的非加载端设计成圆柱体。最终，通过圆柱内孔和圆柱体的配合，即可实现自调整压头沿试验齿轮齿宽方向的小幅自由摆动，从而避免试验过程中由于制造和安装误差造成的加载不均。

    本发明加载和支撑结构作用载荷的合理匹配，则是由以下技术方案实施的：加载圆板与渐开线试验齿轮为沿齿宽方向的线接触，加载位置明确；支撑头则采用与试验轮齿相同的内凹渐开面，与线接触相比，具有更大的承载面积和更短的弯曲力臂。试验过程中，不但可有效降低支撑结构的变形，也易于保证加载轮齿先于支撑轮齿断裂失效。

本发明的有益效果如下：

  由于本发明的装置不但实现了齿轮弯曲疲劳强度试验的单齿均布加载，还具有适用对象广、加载位置明确的特点。因此，本发明装置的应用，在降低试验设备制造成本的同时，还可有效降低试验数据的离散性，有利于试验的成功完成。

附图说明

  图1是本发明的总体结构示意图。

  图2是本发明的侧面结构示意图。

  图3是加载结构的结构示意图。

  图4是压头基座的局部结构图。

  图5是限位套筒的结构示意图。

  图6是自调整压头的结构示意图。

  图7是加载圆板的结构示意图。

  图8是支撑位置调节结构的结构示意图。

图9是可调支架的结构示意图。

图10是固定平板的结构示意图。

  图11是支撑头的结构示意图。

图12是用于调节支撑头高度的调整垫片的拆分图。

  图1-7中序号：1是上床身、2是上床身大螺母、3是压头基座、4是限位套筒、5是自调整压头、6是加载圆板、7是支撑头、8是调整垫片、9是支撑基座、10是试验齿轮、11是定位环、12是支撑架、13是心轴、14是轴压盖、15是小圆螺母、16是下床身大螺母、17是下床身。

  图8-10中序号：12-1是可调支架、12-2是固定平板、12-3是定位销、12-4是锁死螺栓。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）做进一步的描述。

  如图1和图2所示，本发明的带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置包括支撑结构和位于支撑结构上方的加载结构两部分；所述支撑结构包括支撑头7、调整垫片8、支撑基座9、定位环11、支撑架12、心轴13、轴压盖14；所述支撑头7的下端固定于支撑基座9上；所述支撑架12位于支撑头7一侧，包括通过小圆螺母15固定安装于支撑基座9上的固定平板12-2、安装在固定平板上加工出的导槽内的可调支架12-1、设置在固定平板与可调支架之间的定位销12-3和锁死螺栓12-4（参见图8-10）；所述支撑基座9通过下床身大螺母16与下床身17连为一体，试验齿轮10通过定位环11、心轴13和轴压盖14安装于可调支架12-1顶部；所述加载结构包括与所述支撑头7共轴线由上而下依次设置的压头基座3、限位套筒4、自调整压头5和加载圆板6；所述压头基座3与限位套筒4之间通过连接件固接在一起，所述自调整压头5坐装于限位套筒4内，自调整压头5顶部与压头基座3的底面之间呈弧面配合关系，使得自调整压头5与压头基座3和限位套4之间构成铰接方式，实现自调整压头5相对于试验齿轮10齿槽的横向小幅摆动，以满足对试验齿轮10沿齿向均布加载的试验要求；所述加载圆板6通过防脱螺钉固定于自调整压头5下端（参见图3-7）；所述压头基座3的上端通过上床身大螺母2固定于上床身1上；所述加载圆板6下端的平面和支撑头7上端的渐开线内凹面与试验齿轮10的轮齿形成平面加载、渐开面支撑的试验加载支撑结构，具有加载位置易于保证，支撑齿承载能力高的特点。

本发明所述的可调支架12-1通过底部的燕尾头安装在固定平板12-2上加工出的燕尾槽内。用于实现所述支撑架相对于支撑头之间距离的横向调整能力，可实现不同规格齿轮的弯曲疲劳试验，适用范围广（参见图8-10）。

本发明所述的支撑头7的下端通过螺纹配合的方式固定于支撑基座9上，且在支撑头7与支撑基座9之间设置有用于调整支撑头7高度的调整垫片8（参见图11、12）。

更具体地说：自调整压头5实现的齿向均匀加载的结构原理图如图3-7所示，压头基座3和限位套筒4的内表面均为内凹面，限位套筒4通过螺钉连接固定于压头基座3上后，两个半径相同的内凹面形成中心线共线的圆柱孔，自调整压头5顶端和中段的两个外凸面则为同一圆柱面的两个部分，同时，圆柱面和圆柱孔的回转半径也相同，自调整压头5装配于压头基座3和限位套4组成的圆柱孔内后，可实现小幅摆动，摆动量则由给定的结构间隙决定。在实际应用中，由于齿轮的齿根弯曲试验均为压力加载，限位套筒4的内凹面和自调整压头5中段的外凸面也可设计为有一定间隙配合的平面，自调整压头5的小幅摆动，可由压头基座3的内凹面和自调整压头5顶面的外凸面配合实现。

本发明的加载和支撑功能是由以下结构原理图实现的（参见图3-7和图11、12所示）：加载圆板6的下底面采用平面设计，在齿宽方向与试验齿轮10的加载齿形成线接触；支撑头7的上端面则采用与试验轮齿10相同的渐开面，试验过程中，支撑头7的内凹渐开面与支撑轮齿的外凸渐开面全贴合接触，与加载试验轮齿相比，支撑轮齿具有更大的承载能力。同时，加载圆板6采用可拆卸的螺钉连接，该结构利于试验过程中出现加载圆板6变形过大失效的快速更换。

位于固定平板12-2上的与定位销相配合的定位孔之间的相对位置尺寸则按常用规格试验齿轮的加载要求设计，在应用中，便于快速确定可调支架12-1的位置，从而减少找正时间；可调支架12-1的横向位置确定后，则可由锁死螺栓12-4对其进行固定。图11、12为实现试验齿轮纵向加载位置改变的调整结构，同样为了便于快速找正纵向加载位置，调整垫片8也按常用规格试验齿轮的加载要求设计，通过不同尺寸调整垫片8的选用，也可准确快速地改变支撑头7的纵向支撑位置。

本发明装置的具体使用方法如下：

  在应用中，首先由压头基座3、限位套筒4、自调整压头5和加载圆板6组成试验装置的加载结构，并通过上床身大螺母2固定于上床身1上；其次根据所要求试验齿轮10的规格和参数，确定所需的横向和纵向加载位置，找正可调支架12-1的位置后，通过锁死螺栓12-4将其连接于固定平板12-2上组成支撑架12，并通过小圆螺母15固定于支撑基座9上，同时，选用合适的调整垫片8，经螺纹配合将支撑头7和调整垫片8也固定于支撑基座9上，形成一体的支撑结构，最终由下压身大螺母16将支撑结构固定于下床身17上。试验齿轮10则根据所选择的试验轮齿从侧面通过定位环11、心轴13和轴压盖14固定于支撑架12上。至此，可启动拉压疲劳试验机，使加载结构从上往下移动，按要求的载荷值对试验齿轮进行加载。

Claims (3)

1.一种带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置，其特征在于：它包括支撑结构和位于支撑结构上方的加载结构两部分；所述支撑结构包括支撑头（7）、调整垫片（8）、支撑基座（9）、定位环（11）、支撑架（12）、心轴（13）、轴压盖（14）；所述支撑头（7）的下端固定于支撑基座（9）上；所述支撑架（12）位于支撑头7的一侧，包括通过固定连接件安装于支撑基座（9）上的固定平板（12-2）、安装在固定平板上加工出的导槽内的可调支架（12-1）、设置在固定平板与可调支架之间的定位销（12-3）和锁死螺栓（12-4）；所述支撑基座（9）通过下床身大螺母（16）与下床身（17）连为一体，试验齿轮（10）通过定位环（11）、心轴（13）和轴压盖（14）安装于可调支架（12-1）顶部；所述加载结构包括与所述支撑头（7）共轴线由上而下依次设置的压头基座（3）、限位套筒（4）、自调整压头（5）和加载圆板（6）；所述压头基座（3）与限位套筒（4）之间通过连接件固接在一起，所述自调整压头（5）坐装于限位套筒（4）内，自调整压头（5）顶部与压头基座（3）的底面之间呈弧面配合关系，使得自调整压头（5）与压头基座（3）和限位套（4）之间构成铰接方式，所述加载圆板（6）通过防脱螺钉固定于自调整压头（5）下端；所述压头基座（3）的上端通过上床身大螺母（2）固定于上床身（1）上；所述加载圆板（6）下端的平面和支撑头（7）上端的渐开线内凹面，与试验齿轮（10）的轮齿形成平面加载、渐开面支撑的试验加载支撑结构。

2.根据权利要求1所述的带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置，其特征在于：所述可调支架（12-1）通过底部的燕尾头安装在固定平板（12-2）上加工出的燕尾槽内。

3.根据权利要求1所述的带有均载功能的齿轮单齿加载试验装置，其特征在于：所述支撑头（7）的下端通过螺纹配合的方式固定于支撑基座（9）上，且在支撑头（7）与支撑基座（9）设置有用于调整支撑头（7）高度的调整垫片（8）。