CN106644752A - 一种利用双惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双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小惯量盘，驱动电机通过同步带带动主动轴的小惯量盘转动，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；同时在小惯量盘的一侧安装一个能与小惯量盘自由拆装及组合的大惯量盘，在需要时将大惯量盘与小惯量盘组合成一个质量较大的整体。本发明利用质量较大的小惯量盘提供转动惯量，驱动电机仅需将小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；本发明通过设置大小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，尤其涉及一种利用双惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法及其装置。
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。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大惯量盘套小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利用双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：一种利用双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小惯量盘，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小惯量盘转动，在达到指定转速N时，脱开驱动电机与主动轮，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；同时在小惯量盘的一侧安装一个能与小惯量盘自由拆装及组合的大惯量盘，在需要时将大惯量盘与小惯量盘组合成一个整体。
进一步的，刹车盘的制动刹车时间s、小惯量盘的转动惯量J小和大惯量盘的转动惯量J大直接影响待测转动轴的最大扭矩值M；
当大惯量盘与小惯量盘分离时，仅小惯量盘在工作，此时待测转动轴的最大扭矩值M小的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘在制动时间s结束瞬间的角速度，因小惯量盘最终状态是完全静止，所以w＝0；
当大惯量盘与小惯量盘组合为一个整体是，大惯量盘与小惯量盘同时工作，此时待测转动轴的最大扭矩值M大的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘和大惯量盘在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘和大惯量盘在制动时间s结束瞬间的角速度，因大惯量盘和小惯量盘最终状态都是完全静止，所以w＝0。
进一步的，所述驱动电机通过离合器连接主动轴，离合器在小惯量盘达到指定转速N时将主动轴与驱动电机脱开。
一种利用双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、小惯量盘、大惯量盘、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小惯量盘，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；所述大惯量盘设置在所述小惯量盘的一侧并与所述小惯量盘可拆卸连接。
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，所述小惯量盘和大惯量盘均为质量均匀分布的圆盘状飞轮。
进一步的，所述大惯量盘和小惯量盘上设有有相配合的卡槽，大惯量盘与小惯量盘的轴心线位于同一条直线上，所述大惯量盘与小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小惯量盘提供转动惯量，驱动电机仅需将小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；采用小惯量盘作为冲击源，实际所需的扭矩直接由大、小惯量盘提供，控制大、小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，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；本发明通过设置大小两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是本发明一种利用双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-小惯量盘、7-大惯量盘、8-主动轴、9-万向节、10-待测转动轴、11-第一联轴器、12-扭矩传感器、13-第二联轴器、14-刹车盘、15-工作台、16-第一轴承座、17-第二轴承座、18-第三轴承座、19-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，一种利用双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8、主动轮3、从动轮4、同步带5、小惯量盘6、大惯量盘7、待测转动轴10、万向节9、第一联轴器11、扭矩传感器12、第二联轴器13、刹车盘14和工作台15，所述驱动电机1通过离合器2连接主动轮3，所述主动轴8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8通过设置在工作台15上的第三轴承座18和第四轴承座19进行支撑，所述主动轴8的一端装有小惯量盘6，主动轴8的另一端通过万向节9连接待测转动轴10的一端，所述待测转动轴10依次连接第一轴承座16、第一联轴器11、扭矩传感器12、第二联轴器13、第二轴承座17和刹车盘14，所述待测转动轴10通过第一轴承座16和第二轴承座17进行支撑，所述待测转动轴10与主动轴8均水平设置；所述刹车盘14、驱动电机1、第一轴承座16、第二轴承座17、第三轴承座18和第四轴承座19均固定在工作台15上，所述待测转动轴10、第一轴承座16、第一联轴器11、扭矩传感器12、第二联轴器13、第二轴承座17和刹车盘14的轴心位于同一条直线上；所述大惯量盘7设置在所述小惯量盘6的一侧并与所述小惯量盘6可拆卸连接。
所述主动轴8与待测转动轴10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10的最大冲击扭矩进行测量。主动轴8与待测转动轴10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15上。驱动电机通过螺栓固定在电机座上，电机座通过螺栓固定在工作台15上。
所述小惯量盘6和大惯量盘7均为质量均匀分布的圆盘状飞轮，所述大惯量盘7和小惯量盘6上设有有相配合的卡槽，大惯量盘7与小惯量盘6的轴心线位于同一条直线上，所述大惯量盘7与小惯量盘6组合时通过卡槽配合连接并通过螺栓固定。大惯量盘7既可以采用手动人工拆装的方式进行安装或拆卸，也可以本来就设置在与小惯量盘6同一条轴心的固定轴上，只要向小惯量盘6方向推动即可与小惯量盘6配合连接。
本发明采用的测试方法如下：
一种利用双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8上安装一个小惯量盘6，并将主动轴8的一端通过万向节9连接待测转动轴10的一端，待测转动轴10的另一端依次连接第一联轴器11、扭矩传感器12、第二联轴器13和刹车盘14，驱动电机1通过同步带5带动主动轴8的小惯量盘6转动，在达到指定转速N时，控制刹车盘14在指定刹车时间s内进行刹车，并利用扭矩传感器12检测刹车过程中待测转动轴10受到的扭矩大小；同时在小惯量盘6的一侧安装一个能与小惯量盘6自由拆装及组合的大惯量盘7，在需要时将大惯量盘7与小惯量盘6组合成一个质量较大的整体。
刹车盘14的制动刹车时间s、小惯量盘6的转动惯量J小和大惯量盘7的转动惯量J大直接影响待测转动轴10的最大扭矩值M；
当大惯量盘7与小惯量盘6分离时，仅小惯量盘6在工作，此时待测转动轴10的最大扭矩值M小的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘6在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘6在制动时间s结束瞬间的角速度，因小惯量盘6最终状态是完全静止，所以w＝0。
当大惯量盘7与小惯量盘6组合为一个整体是，大惯量盘7与小惯量盘6同时工作，此时待测转动轴10的最大扭矩值M大的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘6和大惯量盘7在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘6和大惯量盘7在制动时间s结束瞬间的角速度，因大惯量盘7和小惯量盘6最终状态都是完全静止，所以w＝0。由于驱动电机1最终转速时相同的，所以不论是大惯量盘7与小惯量盘6分离还是组合，w0和w的值都是相同的。
所述驱动电机1通过离合器2连接主动轴8，离合器2在小惯量盘6达到指定转速N时将主动轴8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)
1.一种利用双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(8)上安装一个小惯量盘(6)，并将主动轴(8)的一端通过万向节(9)连接待测转动轴(10)的一端，待测转动轴(10)的另一端依次连接第一联轴器(11)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(13)和刹车盘(14)，驱动电机(1)通过同步带(5)带动主动轴(8)的小惯量盘(6)转动，在达到指定转速N时，脱开驱动电机(1)与主动轴(8)，并控制刹车盘(14)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(10)受到的扭矩大小；同时在小惯量盘(6)的一侧安装一个能与小惯量盘(6)自由拆装及组合的大惯量盘(7)，在需要时将大惯量盘(7)与小惯量盘(6)组合成一个整体。
2.根据权利要求1所述的一种利用双惯量盘进行转动轴破坏性试验的方法，其特征在于：刹车盘(14)的制动刹车时间s、小惯量盘(6)的转动惯量J小和大惯量盘(7)的转动惯量J大直接影响待测转动轴(10)的最大扭矩值M；
当大惯量盘(7)与小惯量盘(6)分离时，仅小惯量盘(6)在工作，此时待测转动轴(10)的最大扭矩值M小的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘(6)在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘(6)在制动时间s结束瞬间的角速度，因大惯量盘(7)和小惯量盘(6)最终状态都是完全静止，所以w＝0；
当大惯量盘(7)与小惯量盘(6)组合为一个整体是，大惯量盘(7)与小惯量盘(6)同时工作，此时待测转动轴(10)的最大扭矩值M大的计算公式为：
式中，w0为小惯量盘(6)和大惯量盘(7)在制动时间s开始瞬间的角速度，w为小惯量盘(6)和大惯量盘(7)在制动时间s结束瞬间的角速度，因小惯量盘(6)最终状态是完全静止，所以w＝0。
3.根据权利要求1所述的一种利用双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(8)，离合器(2)在小惯量盘(6)达到指定转速N时将主动轴(8)与驱动电机(1)脱开。
4.一种利用双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(8)、主动轮(3)、从动轮(4)、同步带(5)、小惯量盘(6)、大惯量盘(7)、待测转动轴(10)、万向节(9)、第一联轴器(11)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(13)、刹车盘(14)和工作台(15)，所述驱动电机(1)通过离合器(2)连接主动轮(3)，所述主动轴(8)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(8)通过设置在工作台(15)上的第三轴承座(18)和第四轴承座(19)进行支撑，所述主动轴(8)的一端装有小惯量盘(6)，主动轴(8)的另一端通过万向节(9)连接待测转动轴(10)的一端，所述待测转动轴(10)依次连接第一轴承座(16)、第一联轴器(11)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(13)、第二轴承座(17)和刹车盘(14)，所述待测转动轴(10)通过第一轴承座(16)和第二轴承座(17)进行支撑，所述待测转动轴(10)与主动轴(8)均水平设置；所述刹车盘(14)、驱动电机(1)、第一轴承座(16)、第二轴承座(17)、第三轴承座(18)和第四轴承座(19)均固定在工作台(15)上，所述待测转动轴(10)、第一轴承座(16)、第一联轴器(11)、扭矩传感器(12)、第二联轴器(13)、第二轴承座(17)和刹车盘(14)的轴心位于同一条直线上；所述大惯量盘(7)设置在所述小惯量盘(6)的一侧并与所述小惯量盘(6)可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的一种利用双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(8)与待测转动轴(10)之间成120-180度角。
6.根据权利要求4所述的一种利用双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(15)上。
7.根据权利要求4所述的一种利用双惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：所述小惯量盘(6)和大惯量盘(7)均为质量均匀分布的圆盘状飞轮。
8.根据权利要求4所述的一种利用双惯量盘进行转动轴破坏性试验的装置，其特征在于：所述大惯量盘(7)和小惯量盘(6)上设有有相配合的卡槽，大惯量盘(7)与小惯量盘(6)的轴心线位于同一条直线上，所述大惯量盘(7)与小惯量盘(6)组合时通过卡槽配合连接并通过螺栓固定。
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