CN106840655B - 一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，试验件装在试验件基座上，试验件基座上还装有第一定位板，第一定位板上装有第二定位板，第一定位板和第二定位板上均开有定位销孔，定位销孔的角向位置与试验件的试验轮齿的位置相对应，定位销孔中插有用于防止第一定位板和第二定位板相对转动的周向定位销，试验件和第二定位板之间装有用于防止两者之间产生相对转动的承扭销，承扭销与试验件的轴线相平行；陪衬件装在陪衬件基座上，陪衬件和陪衬件基座之间设有滚针轴承、第二推力轴承和第二调节螺母，第二调节螺母用于调节陪衬件和试验件之间的轮齿接触印痕，陪衬件通过传扭杆与扭矩加载装置连接。

Description

一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及齿轮齿根试验技术领域，特别涉及一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置。

背景技术

齿轮传动具有高效率、工作可靠的特点，在机械传动中得到可靠的应用。齿轮传动过程中轮齿承受交变载荷，因此齿轮的弯曲疲劳折断是齿轮主要的失效模式。为了评定齿轮传动的承载能力需进行齿轮疲劳试验。为保证齿轮在工作时不致发生断齿事故，必须使齿根的最大危险应力低于齿轮极限值，因此在齿轮的设计和制造方面应保证齿轮的抗弯强度，为检验和改进齿轮的抗弯强度，须对齿轮进行齿轮弯曲疲劳极限试验。

发明内容

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其包括陪衬件、试验件基座、陪衬件基座、安装底板和扭矩加载装置，试验件基座和陪衬件基座均安装在安装底板上；

试验件基座上装有试验件，并可拆卸地固定有第一定位板，第一定位板上可拆卸地装有第二定位板，试验件、第一定位板和第二定位板均同轴设置，第二定位板通过多个设置在试验件基座上的第二压板固定在第一定位板上；

第一定位板和第二定位板上均开有定位销孔，所述定位销孔的角向位置与试验件的试验轮齿的位置相对应，所述定位销孔中插有用于防止第一定位板和第二定位板相对转动的周向定位销，由于齿根疲劳试验是对试验件上的部分轮齿进行试验，因此使用上述定位销孔来保证同一试验件的不同试验轮齿在开始试验前都有具有相同的啮合位置，试验件和第二定位板之间装有用于防止两者之间产生相对转动的承扭销，承扭销与试验件的轴线相平行；

陪衬件基座上装有陪衬件，陪衬件和陪衬件基座之间设有滚针轴承和位置调节机构，滚针轴承用于定位陪衬件使其不能径向活动，滚针轴承的轴向不固定，即允许轴向移动，所述位置调节机构用于调节陪衬件的沿陪衬件轴向与试验件之间的距离，也即调节陪衬件和试验件的轮齿接触印痕，陪衬件通过传扭杆与所述扭矩加载装置连接。

优选的，所述位置调节机构包括第二推力轴承和第二调节螺母，第二推力轴承和第二调节螺母均与陪衬件同轴设置，第二调节螺母通过螺纹连接方式与陪衬件相固定，第二推力轴承套设在第二调节螺母上，第二推力轴承的外壁与陪衬件基座相接触，第二推力轴承和第二调节螺母均设置在滚针轴承的远离陪衬件轮齿的一侧，第二推力轴承用于承受陪衬件的轴向载荷，第二调节螺母用于调节陪衬件和试验件之间的轮齿接触印痕。

优选的，所述位置调节机构还包括第一推力轴承和第一调节螺母，第一推力轴承套设在陪衬件上，第一调节螺母套设在第一推力轴承上，第一调节螺母与陪衬件基座通过螺纹连接方式相固定，第一推力轴承和第一调节螺母均设置在滚针轴承的靠近陪衬件轮齿的一侧，第一推力轴承用于承受陪衬件的轴向载荷，第一调节螺母用于调节陪衬件和试验件之间的轮齿啮合位置。

优选的，试验件基座上设有至少一个第一压板，通过第一压板将第一定位板固定在试验件基座上。

优选的，试验件基座与陪衬件基座通过锁紧螺钉相固定，试验件基座上还设有调节螺钉，调节螺钉的轴线和锁紧螺钉的轴线均平行于试验件的轴线，调节螺钉用于调节试验件基座与陪衬件基座之间的沿试验件轴向的距离，进而调节陪衬件和试验件之间的相对位置。

优选的，陪衬件基座和安装底板之间设有基座定位销，基座定位销的轴线平行于试验件的轴线，基座定位销，基座定位销用于保证陪衬件基座只沿试验件轴向移动，避免了陪衬件基座脱离安装底板后基础出现偏转的现象。

优选的，所述扭矩加载装置包括伺服控制器、伺服作动器和扭矩传感器，所述扭矩传感器两端分别与传扭杆和所述伺服作动器连接，用于传递扭矩以及检测所述伺服作动器的扭矩输出。

优选的，传扭杆和陪衬件之间为花键联接，陪衬件内表面为内花键，传扭杆外表面为外花键，进行疲劳试验时，传扭杆通过花键联接带动陪衬件转动。

优选的，试验件和第二定位板之间还设有角向定位销，角向定位销垂直于试验件的轴线，角向定位销用于承受试验件受到的扭力。

优选的，承扭销数量为四个，且承扭销周向均布于试验件外侧。

本发明提供的一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，具有如下有益效果：

1、可多自由度地无极调节陪衬件和试验件之间的轮齿接触印痕和啮合位置；

2、可在同一试验件更换新齿试验时保证新齿的接触印痕和啮合位置与前齿相同；

3、可方便快速地更换新齿。

附图说明

图1是弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置的俯视剖视图；

图2是弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置的前视示意图。

附图标记：陪衬件1，试验件2，第一定位板3，角向定位销4，第二定位板5，第一推力轴承6，第二推力轴承7，第一调节螺母8，传扭杆9，滚针轴承 10，第二调节螺母11，试验件基座12，基座定位销13，第一压板14，第二压板15，周向定位销16，承扭销17，调节螺钉18，锁紧螺钉19，安装底板20，陪衬件基座21。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明提供的一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置进行说明。

如图1及图2所示，本发明提供了一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其包括陪衬件1、试验件基座12、陪衬件基座21、安装底板20和扭矩加载装置，试验件基座12和陪衬件基座21均安装在安装底板20上；

试验件基座12上装有试验件2，并可拆卸地固定有第一定位板3，第一定位板3上可拆卸地装有第二定位板5，试验件2、第一定位板3和第二定位板5 均同轴设置，试验件基座12上装有至少一个第一压板14和多个第二压板15，第一定位板3通过第一压板14固定在试验件基座12上，第二定位板5通过第二压板15固定在第一定位板3上；

第一定位板3和第二定位板5上均开有定位销孔，所述定位销孔的角向位置与试验件2的试验轮齿的位置相对应，所述定位销孔中插有用于防止第一定位板3和第二定位板5相对转动的周向定位销16，由于齿根疲劳试验是对试验件2上的部分轮齿进行试验，因此使用上述定位销孔来保证同一试验件2的不同试验轮齿在开始试验前都有具有相同的啮合位置，试验件2和第二定位板5 之间装有用于防止两者之间产生相对转动的承扭销17，承扭销17与试验件2的轴线相平行，承扭销17的数量为四个，且周向均布于试验件2外侧，试验件2和第二定位板5之间还设有角向定位销4，角向定位销4垂直于试验件2的轴线，角向定位销4用于承受试验件2受到的扭力；

陪衬件基座21上装有陪衬件1，陪衬件1和陪衬件基座21之间设有滚针轴承10，滚针轴承10用于定位陪衬件1使其不能径向活动，滚针轴承10的轴向不固定，即允许轴向移动；

陪衬件1和陪衬件基座21之间设有第二推力轴承7和第二调节螺母11，第二推力轴承7和第二调节螺母11均与陪衬件1同轴设置，第二调节螺母11通过螺纹连接方式与陪衬件1相固定，第二推力轴承7套设在第二调节螺母11上，第二推力轴承7的外壁与陪衬件基座21相接触，第二推力轴承7和第二调节螺母11均设置在滚针轴承10的远离陪衬件1轮齿的一侧，第二推力轴承7用于承受陪衬件1的轴向载荷，第二调节螺母11用于调节陪衬件1和试验件2之间的轮齿接触印痕；

陪衬件1和陪衬件基座21之间还设有第一推力轴承6和第一调节螺母8，第一推力轴承6套设在陪衬件1上，第一调节螺母8套设在第一推力轴承6上，第一调节螺母8与陪衬件基座21通过螺纹连接方式相固定，第一推力轴承6和第一调节螺母8均设置在滚针轴承10的靠近陪衬件1轮齿的一侧，第一推力轴承6用于承受陪衬件1的轴向载荷，第一调节螺母8用于调节陪衬件1和试验件2之间的轮齿接触印痕；

试验件基座12与陪衬件基座21通过锁紧螺钉19相固定，试验件基座12 上还设有调节螺钉18，调节螺钉18的轴线和锁紧螺钉19的轴线均平行于试验件2的轴线，调节螺钉18用于调节试验件基座12与陪衬件基座21之间的沿试验件2轴向的距离，进而调节陪衬件1和试验件2之间的相对位置；陪衬件基座21和安装底板20之间设有基座定位销13，基座定位销13的轴线平行于试验件2的轴线，基座定位销13，基座定位销13用于保证陪衬件基座21只沿试验件2轴向移动，避免了陪衬件基座21脱离安装底板20后基础出现偏转的现象；

陪衬件1通过传扭杆9与所述扭矩加载装置连接，陪衬件1和传扭杆9之间为花键联接，陪衬件1内表面为内花键，传扭杆9外表面为外花键，所述扭矩加载装置包括伺服控制器、伺服作动器和扭矩传感器，所述扭矩传感器两端分别与传扭杆9和所述伺服作动器连接，用于传递扭矩以及检测所述伺服作动器的扭矩输出，进行疲劳试验时，传扭杆9通过花键联接将伺服作动器产生的扭力传递到陪衬件1上。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。

具体实施例：

如图1及图2所示建立试验装置，其中滚针轴承10的外圈与陪衬件基座21 之间为过盈配合，滚针轴承10的滚针直接与陪衬件1的外壁接触；

第一推力轴承6和第二推力轴承7均包括三个部分，左圈、右圈和中间滚珠，这三个部分是分体的；

第一推力轴承6的左圈外径与第一调节螺母8间隙配合，内径与陪衬件1 过盈配合，第一推力轴承6的右圈外径与第一调节螺母8过盈配合，内径与陪衬件1间隙配合；

第二推力轴承7的左圈外径与陪衬件基座21过盈配合，内径与陪衬件1间隙配合，第二推力轴承7的右圈外径与陪衬件基座21间隙配合，内径与第二调节螺母11过盈配合；

这样当陪衬件1转动时，第一推力轴承6的左圈与陪衬件1一起转动，右圈固定不动，第二推力轴承7的左圈固定不动，右圈与陪衬件1一起转动。

疲劳试验进行前的准备工作如下：

在进行疲劳试验前还需调节陪衬件1和试验件2之间的接触印痕。调节分为两个方向，且调节的均是陪衬件1，一个是调节陪衬件1和试验件2之间沿陪衬件1轴向的位置关系，另一个是调节陪衬件1和试验件2之间沿试验件2轴向的位置关系。

当需要调节陪衬件1和试验件2之间沿陪衬件1轴向的位置关系时，若要使陪衬件1向靠近试验件2的方向移动时，将第一调节螺母8向靠近试验件2 的方向旋转，同时同步调节第二调节螺母11，以此来带动陪衬件1移动；若要使陪衬件1向远离试验件2的方向移动时，将第一调节螺母8向远离试验件2 的方向旋转，此时第一推力轴承6的滚珠位置就会产生与旋转量相同的间隙，再将第二调节螺母11向远离试验件2的方向旋转，由于第二调节螺母11轴向固定不动，因此陪衬件1就会向远离试验件2的方向移动，这样就能无极调节陪衬件1和试验件2的相对位置；该接触印痕的调节只在更换不同试验件2后未开始试验前进行，一旦开始对该试验件2的试验，则第一调节螺母8的位置就固定不动了，以保证同一试验件2换齿时，新齿和前齿的初始试验条件相同，即接触印痕相同，所以在换齿时不能拧第一调节螺母8。

当需要调节陪衬件1和试验件2之间沿试验件2轴向的位置关系时，则需要调节试验件基座12和陪衬件基座21之间位置关系，首先拆下锁紧螺钉19并使陪衬件基座21脱离安装底板20，然后旋转调节螺钉18来增加或减少陪衬件基座21和试验件基座12之间的间隙，从而达到调节陪衬件1和试验件2位置关系的目的；调节过程中通过基座定位销13来保证陪衬件基座21只沿试验件2 轴向移动，基座定位销13的一半侧壁与安装底板20贴合接触，另一半侧壁与陪衬件基座21贴合接触，调节完毕后装回锁紧螺钉19；该接触印痕的调节同样只在更换不同试验件2后未开始试验前进行，理由同上。

在轮齿接触印痕满足要求后，还需转动齿轮来调整啮合位置，一般齿根弯曲疲劳试验需保证试验件2的试验齿啮合点在齿顶位置，而在进行齿根疲劳试验时，会根据同一试验件2上的轮齿数均布地选取多个轮齿作为试验轮齿，这就需要保证同一试验件2不同轮齿的试验具有相同的初始条件，以缩小不同轮齿啮合位置误差带来的分散度。

当需要调节陪衬件1和试验件2之间轮齿啮合位置时，通过周向定位销16 和承扭销17使第一定位板3、第二定位板5和试验件2三者同步转动，调节选定的试验齿啮合位置直至满足要求，然后固定第一压板14和第二压板15，此时试验件2固定不动；

第一定位板3只在更换不同试验件2 后未开始试验前进行前需要调整啮合位置时才转动，啮合位置固定后，同一试验件2的试验进行过程中会保持固定不动，即换齿时不会调整啮合位置，直到该试验件2完成试验。

试验开始后，通过伺服控制器控制伺服作动器施加扭矩，通过扭矩传感器检测扭矩大小，以形成闭环控制系统，其中试验扭矩按正弦波形施加。

同一试验件2上会均匀地挑选多个轮齿进行试验，更换新齿过程如下：

当选定的试验齿完成试验，需更换下一新齿时，拆掉周向定位销16和第二压板15，由于第一定位板3和第二定位板5上均开有与每个选定的试验齿的角向位置相关的定位销孔，因此在换齿时，转动试验件2至下一新齿，第二定位板5也会随着试验件2旋转，而第一定位板3固定不动，此时第二定位板5上的与所选新齿对应的定位销孔和第一定位板3上的定位销孔对准，插上周向定位销16，此时处在试验位置的轮齿必定是选定的试验齿，同时以此来保证新齿与前齿具有相同的啮合位置，最后压紧第二压板15。

更换新试验件2过程如下：

首先拆下扭矩加载装置和传扭杆9，旋出第二调节螺母11并将陪衬件1取出，然后拆下第二压板15，拔出角向定位销4、周向定位销16和四个承扭销17，再拆下第二定位板5，此时可将试验件2从试验件基座12中取出，换上新试验件2，将第二定位板5按角向定位孔方向装在试验件2上，插入角向定位销4和四个承扭销17，将陪衬件1插入陪衬件基座21中并拧紧第二调节螺母11，转动试验件2到试验齿的位置，此时第二定位板5上的定位销孔与第一定位板3 上的定位销孔对齐，插入周向定位销16，压紧第二压板15，装上传扭杆9和扭矩加载装置。

对于单齿的齿根疲劳试验，由于弧齿锥齿轮传动时齿轮重合度系数一般大于1，为满足试验要求，需要对陪衬件1进行的必要的改动，去除其部分轮齿，以保证试验时试验件2单齿受载。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，包括陪衬件(1)、试验件基座(12)、陪衬件基座(21)、安装底板(20)和扭矩加载装置，试验件基座(12)和陪衬件基座(21)均安装在安装底板(20)上；

试验件基座(12)上装有试验件(2)，并可拆卸地固定有第一定位板(3)，第一定位板(3)上可拆卸地装有第二定位板(5)，试验件(2)、第一定位板(3)和第二定位板(5)均同轴设置，第二定位板(5)通过多个设置在试验件基座(12)上的第二压板(15)固定在第一定位板(3)上，第一定位板(3)和第二定位板(5)上均开有定位销孔，所述定位销孔的角向位置与试验件(2)的试验轮齿的位置相对应，所述定位销孔中插有用于防止第一定位板(3)和第二定位板(5)相对转动的周向定位销(16)，试验件(2)和第二定位板(5)之间装有用于防止两者之间产生相对转动的承扭销(17)，承扭销(17)与试验件(2)的轴线相平行；

陪衬件基座(21)上装有陪衬件(1)，陪衬件(1)和陪衬件基座(21)之间设有滚针轴承(10)和位置调节机构，所述位置调节机构用于调节陪衬件(1)的沿陪衬件(1)轴向与试验件(2)之间的距离，陪衬件(1)通过传扭杆(9)与所述扭矩加载装置连接。

2.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，所述位置调节机构包括第二推力轴承(7)和第二调节螺母(11)，第二推力轴承(7)和第二调节螺母(11)均与陪衬件(1)同轴设置，第二调节螺母(11)通过螺纹连接方式与陪衬件(1)相固定，第二推力轴承(7)套设在第二调节螺母(11)上，第二推力轴承(7)的外壁与陪衬件基座(21)相接触，第二推力轴承(7)和第二调节螺母(11)均设置在滚针轴承(10)的远离陪衬件(1)轮齿的一侧。

3.根据权利要求2所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，所述位置调节机构还包括第一推力轴承(6)和第一调节螺母(8)，第一推力轴承(6)套设在陪衬件(1)上，第一调节螺母(8)套设在第一推力轴承(6)上，第一调节螺母(8)与陪衬件基座(21)通过螺纹连接方式相固定，第一推力轴承(6)和第一调节螺母(8)均设置在滚针轴承(10)的靠近陪衬件(1)轮齿的一侧。

4.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，试验件基座(12)上设有至少一个第一压板(14)，通过第一压板(14)将第一定位板(3)固定在试验件基座(12)上。

5.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，试验件基座(12)与陪衬件基座(21)通过锁紧螺钉(19)相固定，试验件基座(12)上还设有调节螺钉(18)，调节螺钉(18)的轴线和锁紧螺钉(19)的轴线均平行于试验件(2)的轴线，调节螺钉(18)用于调节试验件基座(12)与陪衬件基座(21)之间的沿试验件(2)轴向的距离。

6.根据权利要求5所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，陪衬件基座(21)和安装底板(20)之间设有基座定位销(13)，基座定位销(13)的轴线平行于试验件(2)的轴线。

7.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，所述扭矩加载装置包括伺服控制器、伺服作动器和扭矩传感器，所述扭矩传感器两端分别与传扭杆(9)和所述伺服作动器连接，用于传递扭矩以及检测所述伺服作动器的扭矩输出。

8.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，传扭杆(9)和陪衬件(1)之间为花键联接，陪衬件(1)内表面为内花键，传扭杆(9)外表面为外花键。

9.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，试验件(2)和第二定位板(5)之间还设有角向定位销(4)，角向定位销(4)垂直于试验件(2)的轴线。

10.根据权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿根疲劳试验装置，其特征在于，承扭销(17)数量为四个，且承扭销(17)周向均布于试验件(2)外侧。