CN106525303B - 利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法及装置，通过将半径和质量完全相同的第一惯量盘和第二惯量盘分别固定在主动轴和待测转动轴上，主动轴的一端连接第一驱动电机，待测转动轴连接第二驱动电机，主动轴和待测转动轴相互靠近的一端分别设有能够相互咬合的契合槽的第一契合块和第二契合块，在第一契合块和第二契合块相互咬合的瞬间，利用扭矩传感器测量待测转动轴的转动扭矩。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；本发明通过设置相互冲击的两个惯量盘极大的增加了扭矩测试范围，提高了本发明的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及转动轴扭矩测试技术领域，更具体的说，尤其涉及一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法及装置。
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，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利用两个惯量盘互撞的方法来增加惯量盘的转动惯量。
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的问题，提供了一种使用普通电机即可实现的较大扭矩的利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法及装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，通过将半径和质量完全相同的第一惯量盘和第二惯量盘分别固定在主动轴和待测转动轴上，主动轴的一端连接驱动主动轴转动的第一驱动电机，待测转动轴上连接驱动待测转动轴转动的第二驱动电机，主动轴和待测转动轴相互靠近的一端分别设有能够相互咬合的契合槽的第一契合块和第二契合块，利用驱动气缸推动由第一驱动电机、主动轴和第一契合块组成的整体向待测转动轴方向移动，所述第一驱动电机和第二驱动电机的转动方向相反，分别带动第一惯量盘和第二惯量盘沿相反的方向转动，在第一契合块和第二契合块相互咬合的瞬间，利用与待测转动轴连接的扭矩传感器测量待测转动轴的转动扭矩。
进一步的，待测转动轴承受的最大扭矩值M受到第一惯量盘的转动惯量为J0、第二惯量盘的转动惯量为J1、以及第一契合块和第二契合块从开始咬合到完全相对静止的时间为t影响，其计算公式为：
式中，w0为第一惯量盘在第一契合块和第二契合块咬合瞬间的角速度，w1为第二惯量盘在第一契合块和第二契合块咬合瞬间的角速度。
进一步的，第一契合块和第二契合块相互接触的表面均成S型设置。
进一步的，所述第一驱动电机通过第一离合器连接第一惯量盘，所述第二驱动电机通过第二离合器连接第二惯量盘，所述第一惯量盘在达到最高转速时第一离合器将主动轴和第一驱动电机脱开，所述第二惯量盘在达到最高转速时第二离合器将待测转动轴和第二驱动电机脱开。
一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置，包括第一惯量盘、第二惯量盘、第一驱动电机、第二驱动电机、第一离合器、第二离合器、主动轴、待测转动轴、第一联轴器、第二联轴器、扭矩传感器、第一契合块、第二契合块和工作台，所述第一驱动电机通过第一离合器连接主动轴的一端，所述主动轴上套装有第一惯量盘，所述主动轴的另一端套装有第一契合块，所述第二驱动电机通过第二离合器依次连接第二惯量盘、第二联轴器、扭矩传感器、第一联轴器、待测转动轴和第一契合块，所述第一契合块、第二契合块、第一惯量盘、第二惯量盘、待测转动轴、主动轴和扭矩传感器的轴心线均在同一条直线上，所述第一契合块和第二契合块上设置有相配合的契合槽，在第一契合块和第二契合块相互接触时进行咬合；所述第二驱动电机固定在工作台上，所述第一驱动电机固定在移动块上，所述工作台上设有直线导轨，移动块设置在所述直线导轨上并能沿所述直线导轨直线运动，所述移动块还连接驱动所述移动块移动的驱动气缸。
进一步的，所述第一驱动电机通过电机座固定在工作台上，所述第二驱动电机通过另外一个电机座固定在移动块上。
进一步的，所述第一惯量盘和第二惯量盘均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，二者的尺寸质量完全相等。
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；本发明通过设置相互冲击的两个惯量盘极大的增加了扭矩测试范围，提高了本发明的适用性。
附图说明
图1是本发明利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置的结构示意图。
图中，1-第一惯量盘、2-第二惯量盘、3-主动轴、4-待测转动轴、5-第一驱动电机、6-第二驱动电机、7-第一离合器、8-第二离合器、9-第一契合块、10-第二契合块、11-第一联轴器、12-扭矩传感器、13-第二联轴器、14-工作台、15-移动块、16-直线导轨、17-驱动气缸。
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，利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置，包括第一惯量盘1、第二惯量盘2、第一驱动电机5、第二驱动电机6、第一离合器7、第二离合器8、主动轴3、待测转动轴4、第一联轴器11、第二联轴器13、扭矩传感器12、第一契合块9、第二契合块10和工作台14，所述第一驱动电机5通过第一离合器7连接主动轴3的一端，所述主动轴3上套装有第一惯量盘1，所述主动轴3的另一端套装有第一契合块9，所述第二驱动电机6通过第二离合器8依次连接第二惯量盘2、第二联轴器13、扭矩传感器12、第一联轴器11、待测转动轴4和第一契合块9，所述第一契合块9、第二契合块10、第一惯量盘1、第二惯量盘2、待测转动轴4、主动轴3和扭矩传感器12的轴心线均在同一条直线上，所述第一契合块9和第二契合块10上设置有相配合的契合槽，在第一契合块9和第二契合块10相互接触时进行咬合；所述第二驱动电机固定在工作台14上，所述第一驱动电机5固定在移动块15上，所述工作台14上设有直线导轨16，移动块15设置在所述直线导轨16上并能沿所述直线导轨16直线运动，所述移动块15还连接驱动所述移动块15移动的驱动气缸17。
所述第一驱动电机5通过电机座固定在工作台14上，所述第二驱动电机6通过另外一个电机座固定在移动块15上。第一驱动电机5和第二驱动电机6各自通过螺栓固定在相应的电机座上，相对应的电机座则通过螺栓分别固定在工作台14和移动块15上。
所述第一惯量盘1和第二惯量盘2均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，二者的尺寸质量完全相等。第一驱动电机和第二驱动电机施以相同的转速，保证完成第一契合块9和第二契合块10的咬合后第一惯量盘1和第二惯量盘2均处于静止状态。
所述第一惯量盘1在达到最高转速时第一离合器7将主动轴3和第一驱动电机5脱开，所述第二惯量盘2在达到最高转速时第二离合器8将待测转动轴4和第二驱动电机6脱开。
第一契合块9和第二契合块10相互接触的表面均成S型设置。
本发明测量转动轴冲击扭矩的方法如下：
一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，其特征在于：通过将半径和质量完全相同的第一惯量盘1和第二惯量盘2分别固定在主动轴3和待测转动轴4上，主动轴3的一端连接驱动主动轴3转动的第一驱动电机5，待测转动轴4上连接驱动待测转动轴4转动的第二驱动电机6，主动轴3和待测转动轴4相互靠近的一端分别设有能够相互咬合的契合槽的第一契合块9和第二契合块10，利用驱动气缸推动由第一驱动电机5、主动轴3和第一契合块9组成的整体向待测转动轴4方向移动，所述第一驱动电机5和第二驱动电机6的转动方向相反，分别带动第一惯量盘1和第二惯量盘2沿相反的方向转动，在第一契合块9和第二契合块10相互咬合的瞬间，利用与待测转动轴4连接的扭矩传感器12测量待测转动轴4的转动扭矩。
待测转动轴承4受的最大扭矩值M受到第一惯量盘1的转动惯量为J0、第二惯量盘2的转动惯量为J1、以及第一契合块9和第二契合块10从开始咬合到完全相对静止的时间为t影响，其计算公式为：
式中，w0为第一惯量盘1在第一契合块9和第二契合块10咬合瞬间的角速度，w1为第二惯量盘2在第一契合块9和第二契合块10咬合瞬间的角速度。
由于第一惯量盘1和第二惯量盘2均为质量均匀分布的圆盘状飞轮且二者的尺寸质量完全相等，因此第一惯量盘1和第二惯量盘2的转动惯量完全相同，即J1＝J0，因此待测转动轴承受的最大扭矩值M的计算公式为：
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 (7)
1.一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，其特征在于：通过将半径和质量完全相同的第一惯量盘(1)和第二惯量盘(2)分别固定在主动轴(3)和待测转动轴(4)上，主动轴(3)的一端连接驱动主动轴(3)转动的第一驱动电机(5)，待测转动轴(4)上连接驱动待测转动轴(4)转动的第二驱动电机(6)，主动轴(3)和待测转动轴(4)相互靠近的一端分别设有能够相互咬合的契合槽的第一契合块(9)和第二契合块(10)，利用驱动气缸推动由第一驱动电机(5)、主动轴(3)和第一契合块(9)组成的整体向待测转动轴(4)方向移动，所述第一驱动电机(5)和第二驱动电机(6)的转动方向相反，分别带动第一惯量盘(1)和第二惯量盘(2)沿相反的方向转动，在第一契合块(9)和第二契合块(10)相互咬合的瞬间，利用与待测转动轴(4)连接的扭矩传感器(12)测量待测转动轴(4)的转动扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，其特征在于：待测转动轴承(4)受的最大扭矩值M受到第一惯量盘(1)的转动惯量为J0、第二惯量盘(2)的转动惯量为J1、以及第一契合块(9)和第二契合块(10)从开始咬合到完全相对静止的时间为t影响，其计算公式为：
式中，w0为第一惯量盘(1)在第一契合块(9)和第二契合块(10)咬合瞬间的角速度，w1为第二惯量盘(2)在第一契合块(9)和第二契合块(10)咬合瞬间的角速度。
3.根据权利要求1所述的一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，其特征在于：第一契合块(9)和第二契合块(10)相互接触的表面均成S型设置。
4.根据权利要求1所述的一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的方法，其特征在于：所述第一驱动电机(5)通过第一离合器(7)连接第一惯量盘(1)，所述第二驱动电机(6)通过第二离合器(8)连接第二惯量盘(2)，所述第一惯量盘(1)在达到最高转速时第一离合器(7)将主动轴(3)和第一驱动电机(5)脱开，所述第二惯量盘(2)在达到最高转速时第二离合器(8)将待测转动轴(4)和第二驱动电机(6)脱开。
5.一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置，其特征在于：包括第一惯量盘(1)、第二惯量盘(2)、第一驱动电机(5)、第二驱动电机(6)、第一离合器(7)、第二离合器(8)、主动轴(3)、待测转动轴(4)、第一联轴器(11)、第二联轴器(13)、扭矩传感器(12)、第一契合块(9)、第二契合块(10)和工作台(14)，所述第一驱动电机(5)通过第一离合器(7)连接主动轴(3)的一端，所述主动轴(3)上套装有第一惯量盘(1)，所述主动轴(3)的另一端套装有第一契合块(9)，所述第二驱动电机(6)通过第二离合器(8)依次连接第二惯量盘(2)、第二联轴器(13)、扭矩传感器(12)、第一联轴器(11)、待测转动轴(4)和第一契合块(9)，所述第一契合块(9)、第二契合块(10)、第一惯量盘(1)、第二惯量盘(2)、待测转动轴(4)、主动轴(3)和扭矩传感器(12)的轴心线均在同一条直线上，所述第一契合块(9)和第二契合块(10)上设置有相配合的契合槽，在第一契合块(9)和第二契合块(10)相互接触时进行咬合；所述第二驱动电机(6)固定在工作台(14)上，所述第一驱动电机(5)固定在移动块(15)上，所述工作台(14)上设有直线导轨(16)，移动块(15)设置在所述直线导轨(16)上并能沿所述直线导轨(16)直线运动，所述移动块(15)还连接驱动所述移动块(15)移动的驱动气缸(17)。
6.根据权利要求5所述的一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置，其特征在于：所述第一驱动电机(5)通过电机座固定在工作台(14)上，所述第二驱动电机(6)通过另外一个电机座固定在移动块(15)上。
7.根据权利要求5所述的一种利用互冲式惯量盘进行转动轴破坏性实验的装置，其特征在于：所述第一惯量盘(1)和第二惯量盘(2)均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，二者的尺寸质量完全相等。
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