CN106441663A - 一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，在与驱动电机通过同步带连接的主动轴上安装一个惯量盘，驱动电机通过同步带带动主动轴的惯量盘转动，在达到指定转速N时，控制刹车盘在指定刹车时间s内进行刹车，并利用扭矩传感器检测刹车过程中待测转动轴受到的扭矩大小；惯量盘设有多个，多个惯量盘可拆卸式连接。本发明利用质量较大的惯量盘提供转动惯量，驱动电机仅需将惯量盘带动到指定转速即可，因此驱动电机选用普通电机即可，极大的降低了设备的成本；本发明通过设置多个惯量盘极大的增加了扭矩测试范围，从而适应多种不同转动轴的冲击扭矩测量，提高了本发明的适用性。

Description

一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及装置

技术领域

本发明涉及扭矩测试技术领域，更具体的说，尤其涉及一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及装置。

背景技术

转动轴是连接产品零部主件必须用到的，用于转动工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴。转动轴能够承受的最大扭矩直接影响到转动轴的性能及使用，因此，在转动轴出厂前，必须要经过扭矩测试，即在转动轴给定最大扭矩的破坏性试验，检验在该最大扭矩值的情况下转动轴是否会被扭断，检验合格后才能作为合格品进行使用。通常来说，测量转动轴扭矩的方法为采用电机连接转动轴的一端带动转动轴的转动，转动轴的另一端连接刹车盘，在转动轴上还连接有用于测量扭矩的扭矩传感器。对于部分转矩需求较低的转动轴来说，这样的确可以测量出转动轴的扭矩，但是对于转矩较大的转动轴，这种方法便无法直接进行，因为达到最大扭矩时需要电机提供的功率非常的大，实际上无法买到现成的大功率电机或者使用大功率电机的成本太高，不符合实际生产降低成本的需求。因此，设计一种能够以普通电机实现较大扭矩的转动轴的扭矩测试方法和装置显得尤为必要。现有的通过一个惯量盘来进行测量扭矩的装置能够测量的冲击扭矩值范围比较窄，如何扩大冲击扭矩的测量范围是本领域的一个难点，惯量盘又受制于机械加工的问题无法做的太大，因此本发明设计一种具有多个可拆卸组合惯量盘的装置来实现惯量盘质量的增加。

发明内容

本发明的目的在于解决现有转动轴的扭矩测试方法中因电机功率限制导致无法进行大扭矩转动轴的测试问题，提供了一种使用普通电机即可实现的较大扭矩的转动轴测试的利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，在与驱动电机通过同步带连接的主动轴上安装一个惯量盘，并将主动轴的一端通过万向节连接待测转动轴的一端，待测转动轴的另一端依次连接第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器和刹车盘，驱动电机通过同步带带动主动轴的惯量盘转动，在达到指定转速N时，脱开驱动电机与主动轴，并控制刹车盘在指定刹车时间s内进行刹车，同时利用扭矩传感器检测刹车过程中待测转动轴受到的扭矩大小；所述惯量盘设有多个，多个惯量盘可拆卸式连接，其中一个惯量盘作为初始的惯量盘始终固定在主动轴上，能够取任意数量个惯量盘同轴心的套装在初始的惯量盘上并与初始惯量盘固定连接。

进一步的，刹车盘的制动刹车时间s、惯量盘的转动惯量J和惯量盘的数量n直接影响待测转动轴的最大扭矩值M；

当仅存在初始的一个惯量盘时，仅惯量盘在工作，此时待测转动轴的最大扭矩值M的计算公式为：

式中，w₀为惯量盘在制动时间s开始瞬间的角速度，w为惯量盘在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘最终状态是完全静止，所以w＝0；

当组合n个惯量盘作为一个整体使用时是，多个惯量盘同时工作，此时待测转动轴的最大扭矩值M_多的计算公式为：

式中，w₀为多个惯量盘在制动时间s开始瞬间的角速度，w为多个惯量盘在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘最终状态是完全静止，所以w＝0。

进一步的，所述驱动电机通过离合器连接主动轴，离合器在惯量盘达到指定转速N时将主动轴与驱动电机脱开。

一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，包括驱动电机、离合器、主动轴、主动轮、从动轮、同步带、惯量盘、待测转动轴、万向节、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、刹车盘和工作台，所述驱动电机通过离合器连接主动轮，所述主动轴上安装有从动轮，所述主动轮和从动轮通过同步带连接，所述主动轴通过设置在工作台上的第三轴承座和第四轴承座进行支撑，所述主动轴的一端装有惯量盘，主动轴的另一端通过万向节连接待测转动轴的一端，所述待测转动轴依次连接第一轴承座、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、第二轴承座和刹车盘，所述待测转动轴通过第一轴承座和第二轴承座进行支撑，所述待测转动轴与主动轴均水平设置；所述刹车盘、驱动电机、第一轴承座、第二轴承座、第三轴承座和第四轴承座均固定在工作台上，所述待测转动轴、第一轴承座、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、第二轴承座和刹车盘的轴心位于同一条直线上；所述惯量盘设有多个，多个惯量盘可组合拆卸式连接，能取任意数量个惯量盘连接到主动轴上。

进一步的，所述主动轴与待测转动轴之间成120-180度角。

进一步的，所述驱动电机通过电机座固定在工作台上。

进一步的，每个惯量盘均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，每个惯量盘的质量和半径均相等。

进一步的，每相邻两个惯量盘上设有有相配合的卡槽，所有惯量盘的轴心线均位于同一条直线上，的轴心线位于同一条直线上，所述任意相邻两个惯量盘组合时通过卡槽配合连接并通过螺栓固定。

本发明的有益效果在于：本发明利用质量较大的惯量盘提供转动惯量，驱动电机仅需将惯量盘带动到指定转速即可，无时间要求，因此驱动电机选用普通电机即可，极大的降低了设备的成本；采用惯量盘作为冲击源，实际所需的扭矩直接由惯量盘提供，控制惯量盘的质量和刹车盘的刹车时间即可控制不同大小的冲击扭矩力的大小，从而适应不同扭矩的测试；扭矩传感器用于检测破坏性试验中待测转动轴受到的实际扭矩值，便于了解试验过程中扭矩值的大小和变化；本发明通过设置多个惯量盘极大的增加了扭矩测试范围，从而适应多种不同转动轴的冲击扭矩测量，提高了本发明的适用性；本发明不仅能测量待测转动轴的扭矩，也能测量由转动轴、万向节和主动轴构成的特定汽车零件等工件上的转动轴的最大扭矩。

附图说明

图1是本发明一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置的结构示意图。

图中，1-驱动电机、2-离合器、3-主动轮、4-从动轮、5-同步带、6-主动轴、7-待测转动轴、8-惯量盘、9-万向节、10-第一联轴器、11-第二联轴器、12-扭矩传感器、13-刹车盘、14-工作台、15-第一轴承座、16-第二轴承座、17-第三轴承座、18-第四轴承座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置包括驱动电机1、离合器2、主动轴6、主动轮3、从动轮4、同步带5、惯量盘8、待测转动轴7、万向节9、第一联轴器10、扭矩传感器12、第二联轴器11、刹车盘13和工作台14，所述驱动电机1通过离合器2连接主动轮3，所述主动轴6上安装有从动轮4，所述主动轮3和从动轮4通过同步带5连接，所述主动轴6通过设置在工作台14上的第三轴承座17和第四轴承座18进行支撑，所述主动轴6的一端装有惯量盘8，主动轴6的另一端通过万向节9连接待测转动轴7的一端，所述待测转动轴7依次连接第一轴承座15、第一联轴器10、扭矩传感器12、第二联轴器11、第二轴承座16和刹车盘13，所述待测转动轴7通过第一轴承座15和第二轴承座16进行支撑，所述待测转动轴7与主动轴6均水平设置；所述刹车盘13、驱动电机1、第一轴承座15、第二轴承座16、第三轴承座17和第四轴承座18均固定在工作台14上，所述待测转动轴7、第一轴承座15、第一联轴器10、扭矩传感器12、第二联轴器11、第二轴承座16和刹车盘13的轴心位于同一条直线上；所述惯量盘8设有多个，多个惯量盘8可组合拆卸式连接，能取任意数量个惯量盘8连接到主动轴6上。

所述主动轴6与待测转动轴7之间成120-180度角。在该范围内的任意角度都能准确对待测转动轴7的最大冲击扭矩进行测量。主动轴6与待测转动轴7之间的最佳角度为150度。

所述驱动电机1通过电机座固定在工作台14上。驱动电机1通过螺栓固定在电机座上，电机座通过螺栓固定在工作台14上。

每个惯量盘8均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，每个惯量盘8的质量和半径均相等。每相邻两个惯量盘8上设有有相配合的卡槽，所有惯量盘的轴心线均位于同一条直线上，的轴心线位于同一条直线上，所述任意相邻两个惯量盘8组合时通过卡槽配合连接并通过螺栓固定。

本发明采用的测试方法如下：

一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，在与驱动电机1通过同步带5连接的主动轴6上安装一个惯量盘8，并将主动轴6的一端通过万向节9连接待测转动轴7的一端，待测转动轴7的另一端依次连接第一联轴器10、扭矩传感器12、第二联轴器11和刹车盘13，驱动电机1通过同步带5带动主动轴6的惯量盘8转动，在达到指定转速N时，脱开驱动电机与主动轴，并控制刹车盘13在指定刹车时间s内进行刹车，同时利用扭矩传感器12检测刹车过程中待测转动轴7受到的扭矩大小；所述惯量盘8设有多个，多个惯量盘8可拆卸式连接，其中一个惯量盘8作为初始的惯量盘8始终固定在主动轴6上，能够取任意数量个惯量盘8同轴心的套装在初始的惯量盘8上并与初始惯量盘8固定连接。

刹车盘13的制动刹车时间s、惯量盘8的转动惯量J和惯量盘8的数量n直接影响待测转动轴7的最大扭矩值M；

当仅存在初始的一个惯量盘8时，仅惯量盘8在工作，此时待测转动轴7的最大扭矩值M的计算公式为：

式中，w₀为惯量盘8在制动时间s开始瞬间的角速度，w为惯量盘8在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘8最终状态是完全静止，所以w＝0；

当组合n个惯量盘8作为一个整体使用时是，多个惯量盘8同时工作，此时待测转动轴7的最大扭矩值M_多的计算公式为：

式中，w₀为多个惯量盘8在制动时间s开始瞬间的角速度，w为多个惯量盘8在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘8最终状态是完全静止，所以w＝0。惯量盘的角速度w与由惯量盘的转速N计算得出。

所述驱动电机1通过离合器2连接主动轴6，离合器2在惯量盘8达到指定转速N时将主动轴6与驱动电机1脱开。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，其特征在于：在与驱动电机(1)通过同步带(5)连接的主动轴(6)上安装一个惯量盘(8)，并将主动轴(6)的一端通过万向节(9)连接待测转动轴(7)的一端，待测转动轴(7)的另一端依次连接第一联轴器(10)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(11)和刹车盘(13)，驱动电机(1)通过同步带(5)带动主动轴(6)的惯量盘(8)转动，在达到指定转速N时，脱开驱动电机与主动轴，并控制刹车盘(13)在指定刹车时间s内进行刹车，同时利用扭矩传感器(12)检测刹车过程中待测转动轴(7)受到的扭矩大小；所述惯量盘(8)设有多个，多个惯量盘(8)可拆卸式连接，其中一个惯量盘(8)作为初始的惯量盘(8)始终固定在主动轴(6)上，能够取任意数量个惯量盘(8)同轴心的套装在初始的惯量盘(8)上并与初始惯量盘(8)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，其特征在于：刹车盘(13)的制动刹车时间s、惯量盘(8)的转动惯量J和惯量盘(8)的数量n直接影响待测转动轴(7)的最大扭矩值M；

当仅存在初始的一个惯量盘(8)时，仅惯量盘(8)在工作，此时待测转动轴(7)的最大扭矩值M的计算公式为：

$M=J\mathrm{\α}=J\frac{dw}{dt}=J\frac{w-w_0}{s}=J\frac{w_0}{s},$

式中，w₀为惯量盘(8)在制动时间s开始瞬间的角速度，w为惯量盘(8)在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘(8)最终状态是完全静止，所以w＝0；

当组合n个惯量盘(8)作为一个整体使用时是，多个惯量盘(8)同时工作，此时待测转动轴(7)的最大扭矩值M_多的计算公式为：

式中，w₀为多个惯量盘(8)在制动时间s开始瞬间的角速度，w为多个惯量盘(8)在制动时间s结束瞬间的角速度，因惯量盘(8)最终状态是完全静止，所以w＝0。

3.根据权利要求1所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，其特征在于：所述驱动电机(1)通过离合器(2)连接主动轴(6)，离合器(2)在惯量盘(8)达到指定转速N时将主动轴(6)与驱动电机(1)脱开。

4.一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：包括驱动电机(1)、离合器(2)、主动轴(6)、主动轮(3)、从动轮(4)、同步带(5)、惯量盘(8)、待测转动轴(7)、万向节(9)、第一联轴器(10)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(11)、刹车盘(13)和工作台(14)，所述驱动电机(1)通过离合器(2)连接主动轮(3)，所述主动轴(6)上安装有从动轮(4)，所述主动轮(3)和从动轮(4)通过同步带(5)连接，所述主动轴(6)通过设置在工作台(14)上的第三轴承座(17)和第四轴承座(18)进行支撑，所述主动轴(6)的一端装有惯量盘(8)，主动轴(6)的另一端通过万向节(9)连接待测转动轴(7)的一端，所述待测转动轴(7)依次连接第一轴承座(15)、第一联轴器(10)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(11)、第二轴承座(16)和刹车盘(13)，所述待测转动轴(7)通过第一轴承座(15)和第二轴承座(16)进行支撑，所述待测转动轴(7)与主动轴(6)均水平设置；所述刹车盘(13)、驱动电机(1)、第一轴承座(15)、第二轴承座(16)、第三轴承座(17)和第四轴承座(18)均固定在工作台(14)上，所述待测转动轴(7)、第一轴承座(15)、第一联轴器(10)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(11)、第二轴承座(16)和刹车盘(13)的轴心位于同一条直线上；所述惯量盘(8)设有多个，多个惯量盘(8)可组合拆卸式连接，能取任意数量个惯量盘(8)连接到主动轴(6)上。

5.根据权利要求4所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：所述主动轴(6)与待测转动轴(7)之间成120-180度角。

6.根据权利要求4所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：所述驱动电机(1)通过电机座固定在工作台(14)上。

7.根据权利要求4所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：每个惯量盘(8)均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，每个惯量盘(8)的质量和半径均相等。

8.根据权利要求4所述的一种利用多个惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：每相邻两个惯量盘(8)上设有有相配合的卡槽，所有惯量盘的轴心线均位于同一条直线上，的轴心线位于同一条直线上，所述任意相邻两个惯量盘(8)组合时通过卡槽配合连接并通过螺栓固定。