CN106482882A - 一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法及其装置，通过在与驱动电机连接的主动轴上安装一个飞轮，通过驱动电机带动主动轴上的飞轮转动，在飞轮达到指定转速时，脱开驱动电机与主动轴，并控制刹车盘在指定制动时间内完成制动，同时利用与待测转动轴连接的扭矩传感器检测制动过程中待测转动轴受到的扭矩大小和扭矩极限。本发明利用质量较大的飞轮提供转动惯量，驱动电机仅需将飞轮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；采用飞轮作为冲击源，实际所需的扭矩直接由飞轮提供，控制飞轮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。

Description

一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法及其装置

技术领域

本发明涉及扭矩测试技术领域，更具体的说，尤其涉及一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法及其装置。

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。

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给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法及其装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，在与驱动电机连接的主动轴上安装一个飞轮，并将主动轴的另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，通过驱动电机带动主动轴上的飞轮转动，在飞轮达到指定转速N时，脱开驱动电机与主动轴，并控制刹车盘在指定制动时间s内完成制动，同时利用与待测转动轴连接的扭矩传感器检测制动过程中待测转动轴受到的扭矩大小和扭矩极限。

进一步的，刹车盘的制动刹车时间s和飞轮的转动惯量J直接影响待测转动轴的最大扭矩值M，其计算公式为：

式中，w₀为飞轮在制动时间s开始瞬间的角速度，w为飞轮在制动时间s结束瞬间的角速度，因飞轮最终状态是完全静止，所以w＝0。

进一步的，飞轮为质量均匀分布且呈圆盘状，飞轮的转动惯量J的计算公式为：

式中，M为飞轮的质量，R为飞轮的半径。

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

一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，包括驱动电机、离合器、主动轴、飞轮、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轴的一端，所述主动轴上安装有飞轮，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，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。

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，所述飞轮为质量均匀分布的圆盘状飞轮。

本发明的有益效果在于：本发明利用质量较大的飞轮提供转动惯量，驱动电机仅需将飞轮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；采用飞轮作为冲击源，实际所需的扭矩直接由飞轮提供，控制飞轮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，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；本发明不仅能测量待测转动轴的扭矩，也能测量包括转动轴、万向节和主动轴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是本发明所述一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置的结构示意图。

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

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，一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，包括驱动电机1、离合器15、主动轴2、飞轮3、待测转动轴4、万向节5、第一联轴器6、扭矩传感器7、第二联轴器8、刹车盘13和工作台14，所述驱动电机1通过离合器15连接主动轴2的一端，所述主动轴2上安装有飞轮3，所述主动轴2通过设置在工作台14上的第三轴承座11和第四轴承座12进行支撑，主动轴2的另一端通过万向节5连接待测转动轴4的一端，所述待测转动轴4依次连接第一轴承座9、第一联轴器6、扭矩传感器7、第二联轴器8、第二轴承座10和刹车盘13，所述待测转动轴4通过第一轴承座9和第二轴承座10进行支撑，所述待测转动轴4与主动轴2均水平设置；所述刹车盘13、驱动电机1、第一轴承座9、第二轴承座10、第三轴承座11和第四轴承座12均固定在工作台14上，所述待测转动轴4、第一轴承座9、第一联轴器6、扭矩传感器7、第二联轴器8、第二轴承座10和刹车盘13的轴心位于同一条直线上。

所述主动轴2与待测转动轴4之间成120-180度角，主动轴2与待测转动轴4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。电机座通过螺栓固定在工作台14上，驱动电机1通过螺栓固定在电机座上。

所述飞轮3为质量均匀分布的圆盘状飞轮。飞轮3的质量较大，驱动电机1仅需提供普通转速带动飞轮3转动即可对飞轮3提供较大的转动惯量，从而实现待测转动轴4紧急制动时产生较大的冲击扭矩。

本发明适用于待测转动轴的冲击扭矩测量，同时也适用于待测转动轴与主动轴和万向节整体组成的汽车零部件的冲击扭矩测量，测量准确性高，整套设备成本低。

本发明具体的测试方法如下：

一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，在与驱动电机1连接的主动轴2上安装一个飞轮3，并将主动轴2的另一端通过万向节5连接待测转动轴4的一端，待测转动轴4的另一端依次连接第一联轴器6、扭矩传感器7、第二联轴器8和刹车盘13，通过驱动电机1带动主动轴2上的飞轮3转动，在飞轮3达到指定转速N时，控制刹车盘13在指定制动时间s内完成制动，并利用与待测转动轴4连接的扭矩传感器7检测制动过程中待测转动轴4受到的扭矩大小和扭矩极限。

刹车盘13的制动刹车时间s和飞轮3的转动惯量J直接影响待测转动轴4的最大扭矩值M，其计算公式为：

式中，w₀为飞轮3在制动时间s开始瞬间的角速度，w为飞轮3在制动时间s结束瞬间的角速度，因飞轮3最终状态是完全静止，所以w＝0。

飞轮3为质量均匀分布且呈圆盘状，飞轮3的转动惯量J的计算公式为：

式中，M为飞轮3的质量，R为飞轮3的半径。

所述驱动电机1通过离合器15连接主动轴2，离合器15在飞轮3达到指定转速N时将主动轴2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 (9)

1.一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，其特征在于：在与驱动电机(1)连接的主动轴(2)上安装一个飞轮(3)，并将主动轴(2)的另一端通过万向节(5)连接待测转动轴(4)的一端，待测转动轴(4)的另一端依次连接第一联轴器(6)、扭矩传感器(7)、第二联轴器(8)和刹车盘(13)，通过驱动电机(1)带动主动轴(2)上的飞轮(3)转动，在飞轮(3)达到指定转速N时，脱开驱动电机(1)和主动轴(2)，并控制刹车盘(13)在指定制动时间s内完成制动，同时利用与待测转动轴(4)连接的扭矩传感器(7)检测制动过程中待测转动轴(4)受到的扭矩大小和扭矩极限。

2.根据权利要求1所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，其特征在于：刹车盘(13)的制动刹车时间s和飞轮(3)的转动惯量J直接影响待测转动轴(4)的最大扭矩值M，其计算公式为：

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

式中，w₀为飞轮(3)在制动时间s开始瞬间的角速度，w为飞轮(3)在制动时间s结束瞬间的角速度，因飞轮(3)最终状态是完全静止，所以w＝0。

3.根据权利要求1所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，其特征在于：飞轮(3)为质量均匀分布且呈圆盘状，飞轮(3)的转动惯量J的计算公式为：

$J=\frac{1}{2}{\mathrm{MR}}^2,$

式中，M为飞轮(3)的质量，R为飞轮(3)的半径。

4.根据权利要求1所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验方法，其特征在于：所述驱动电机(1)通过离合器(15)连接主动轴(2)，离合器(15)在飞轮(3)达到指定转速N时将主动轴(2)与驱动电机(1)脱开。

5.一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，其特征在于：包括驱动电机(1)、离合器(15)、主动轴(2)、飞轮(3)、待测转动轴(4)、万向节(5)、第一联轴器(6)、扭矩传感器(7)、第二联轴器(8)、刹车盘(13)和工作台(14)，所述驱动电机(1)通过离合器(15)连接主动轴(2)的一端，所述主动轴(2)上安装有飞轮(3)，所述主动轴(2)通过设置在工作台(14)上的第三轴承座(11)和第四轴承座(12)进行支撑，主动轴(2)的另一端通过万向节(5)连接待测转动轴(4)的一端，所述待测转动轴(4)依次连接第一轴承座(9)、第一联轴器(6)、扭矩传感器(7)、第二联轴器(8)、第二轴承座(10)和刹车盘(13)，所述待测转动轴(4)通过第一轴承座(9)和第二轴承座(10)进行支撑，所述待测转动轴(4)与主动轴(2)均水平设置；所述刹车盘(13)、驱动电机(1)、第一轴承座(9)、第二轴承座(10)、第三轴承座(11)和第四轴承座(12)均固定在工作台(14)上，所述待测转动轴(4)、第一轴承座(9)、第一联轴器(6)、扭矩传感器(7)、第二联轴器(8)、第二轴承座(10)和刹车盘(13)的轴心位于同一条直线上。

6.根据权利要求5所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，其特征在于：所述主动轴(2)与待测转动轴(4)之间成120-180度角。

7.根据权利要求6所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，其特征在于：所述主动轴(2)与待测转动轴(4)之间的最佳角度为150度。

8.根据权利要求5所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，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。

9.根据权利要求5所述的一种给定扭矩下的转动轴破坏性试验装置，其特征在于：所述飞轮(3)为质量均匀分布的圆盘状飞轮。