CN108627335A - 齿轮疲劳试验应力测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于齿轮的疲劳试验等技术领域，具体涉及一种齿轮疲劳试验应力测定装置。所述齿轮疲劳试验应力测定装置包括被测齿轮安装轴、驱动机构、加载齿轮及射线扫描装置；所述被测齿轮安装轴用于安装被测齿轮；所述驱动机构与加载齿轮连接，用于驱动所述加载齿轮转动；所述加载齿轮用于与所述被测齿轮啮合；所述射线扫描装置设于所述被测齿轮的上方，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力。

Description

齿轮疲劳试验应力测定装置
技术领域
本发明属于齿轮的疲劳试验等技术领域，具体涉及一种齿轮疲劳试验应力测定装置。
背景技术
在齿轮设计中，特别是对于在可靠性方面要求比较高的齿轮，依据可靠性理论对安全系数进行的评估的结果几乎完全无法反映齿轮的可靠性水平。因此，通常需要对齿轮进行疲劳试验，以检验齿轮的可靠性和耐久性，尤其如此。
现有的对齿轮进行疲劳试验的疲劳试验机采用如下的方式对齿轮进行疲劳试验：首先将待测试的齿轮固定在一夹具轴上；其次，在待测试齿轮的基准面上选择一个接近齿尖部的控制点；然后，利用一个具有适当硬度的压头工装在上述控制点压载一个齿顶，进行疲劳试验。
在对被测齿轮进行的齿面施加载荷时，被测齿轮的齿根由于横向应力容易导致齿根失效，在未测定齿面疲劳强度的情况下，而齿根先失效，从而导致不能准确测定齿面的疲劳强度。
因此，如何在齿轮疲劳试验过程中预先防止齿根失效，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种齿轮疲劳试验应力测定装置，其可以改善上述现有技术存在的问题。
为实现本发明的目的而提供一种齿轮疲劳试验应力测定装置，包括被测齿轮安装轴、驱动机构、加载齿轮及射线扫描装置；所述被测齿轮安装轴用于安装被测齿轮；所述驱动机构与加载齿轮连接，用于驱动所述加载齿轮转动；所述加载齿轮用于与所述被测齿轮啮合；所述射线扫描装置设于所述被测齿轮的上方，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力。
优选的，所述射线扫描装置所射出的射线与所述被测齿轮的齿根之间具有预设角度。
优选的，所述射线扫描装置的射线扫描速率大于预设值。
优选的，所述射线扫描装置的射线出口处设有遮挡板，所述遮挡板设有开口，射线穿过所述开口后射在所述被测齿轮的齿根处。
优选的，所述射线扫描装置所射出的射线的宽度小于齿根曲率半径的四分之一。
优选的，所述齿轮疲劳试验应力测定装置包括扭矩传感器，所述扭矩传感器与所述被测齿轮同轴连接，用于检测施加在所述被测齿轮轮齿上的扭矩。
优选的，所述加载齿轮包括基部和轮齿部，所述轮齿部与基部之间可拆卸连接；所述轮齿部的数量为多个，且多个轮齿部上的轮齿形状不同。
优选的，所述加载齿轮与所述被测齿轮的轮齿形状相同。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的齿轮疲劳试验应力测定装置，其在所述被测齿轮的上方设置射线扫描装置，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力，若检测到被测齿根因横向应力即将失效，试验人员可及时更换被测齿轮，以获取被测齿轮准确的齿面疲劳强度数据。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的齿轮疲劳试验应力测定装置的结构示意图；
图2为具有齿轮箱的齿轮疲劳试验应力测定装置的结构示意图。
附图标记说明：
10-被测齿轮安装轴20-扭矩传感器30-加载齿轮40-被测齿轮50-齿轮箱60-变位调节分度螺钉70-加载力臂。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提供一种齿轮疲劳试验应力测定装置，包括被测齿轮安装轴10、驱动机构、加载齿轮30及射线扫描装置；所述被测齿轮安装轴10用于安装被测齿轮；所述驱动机构与加载齿轮30连接，用于驱动所述加载齿轮30转动；所述加载齿轮30用于与所述被测齿轮啮合；所述射线扫描装置设于所述被测齿轮的上方，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力。
本发明提供的齿轮疲劳试验应力测定装置，其在所述被测齿轮的上方设置射线扫描装置，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力，若检测到被测齿根因横向应力即将失效，试验人员可及时更换被测齿轮，以获取被测齿轮准确的齿面疲劳强度数据。
优选的方案中，所述射线扫描装置所射出的射线与所述被测齿轮的齿根之间具有预设角度，以防止射线被齿轮遮挡，以确保射线入射到被测齿轮表面法线与被测应力方向组成的平面内。
优选的方案中，所述射线扫描装置的射线扫描速率大于预设值，通过提高射线扫描速率可以提高射线衍射强度。
优选的方案中，所述射线扫描装置的射线出口处设有遮挡板，所述遮挡板设有开口，射线穿过所述开口后射在所述被测齿轮的齿根处，以确保射线只射到被测齿轮的根部，防止射线射到齿轮根部之外的位置。
优选的方案中，所述射线扫描装置所射出的射线的宽度小于齿根曲率半径的四分之一，可以有效降低曲面衍射效应的不利影响，确保射线应力测试结果的可靠性。
在其基础实施方式中，所述齿轮疲劳试验应力测定装置包括被测齿轮安装轴10、驱动机构(图中未示出)和加载齿轮30；如图1所示。所述被测齿轮安装轴10用于安装被测齿轮40；所述驱动机构与加载齿轮30连接，用于驱动所述加载齿轮30转动；且所述加载齿轮30用于与所述被测齿轮40啮合。
具体地，如图2所示，所述加载齿轮30和被测齿轮安装轴10可以设置在一个箱体中，该箱体可称之为齿轮箱50。
在上述基础实施方式中，对被测齿轮40进行疲劳试验时，首先，将被测齿轮40装载在被测齿轮安装轴10上，且在装载过程中，使被测齿轮40与加载齿轮30能够啮合；其后，利用驱动机构驱动加载齿轮30转动，加载齿轮30在转动过程中，会带动与其啮合的被测齿轮40同步转动，加载齿轮30的轮齿触击在被测齿轮40的轮齿上，将扭矩输入到被测齿轮40，从而可以对被测齿轮40的耐久度和可靠性进行试验，最终评估和确定被测齿轮40的安全系数及实际寿命等。
本实施方式提供的齿轮疲劳试验应力测定装置，其通过由驱动机构驱动加载齿轮30，进而由加载齿轮30将力和扭矩作用于被测齿轮40的轮齿的端面上，从而测试被测齿轮40的耐久度和可靠性。与现有使用压头工装顶压在被测齿轮的轮齿上的技术方案相比，更加简单，也更加省力。
具体地，所述驱动机构可以为电机、旋转气缸等自动驱动机构；此外，也可以为可转动杆，该可转动杆与加载齿轮30连接，由人力手动带动所述可转动杆转动，进而驱动所述加载齿轮30转动。
同时，在驱动机构为电机、旋转气缸等时，与现有技术相比，施加在所述被测齿轮40上的扭矩可以达到10000牛米或更高，频率可以达到100-250Hz或更高，从而可以在更大的范围内对被测齿轮40进行疲劳试验。
如图2所示，驱动记过20和加载齿轮30之间还可以设置有加载力臂70，通过该加载力臂70将扭矩传递至加载齿轮30上，进而传递至被测齿轮40上。
在上述基础实施方式之上，优选地，所述齿轮疲劳试验应力测定装置包括扭矩传感器20，所述扭矩传感器20与所述被测齿轮40同轴连接，用于检测施加在所述被测齿轮40轮齿上的扭矩。在加载齿轮30带动被测齿轮40转动时，所述扭矩传感器20可以获得加载齿轮30的轮齿施加在被测齿轮40上的扭矩的值，根据获得的扭矩的数值，可以更好地确定被测齿轮40的轮齿的弯曲疲劳强度。
在上述基础实施方式之上，还可以进一步改进，以实现更好的技术效果。下面对本发明提供的齿轮疲劳试验应力测定装置的优选实施方式进行描述和说明。
在齿轮疲劳试验应力测定装置的一个优选实施方式中，所述加载齿轮30包括基部300和轮齿部301，所述轮齿部301和基部300之间可拆卸连接；在此基础上，所述轮齿部301的数量为多个，且多个轮齿部301上的轮齿形状不同。具体地，多个轮齿部301的轮齿形状不同是指轮齿部301的齿数、模数、齿距、齿槽宽、齿廓等用来表述齿轮的各参数中的至少一个参数不同。
这样设置可以更换不同的轮齿部301，使加载齿轮30能够具有不同的齿廓，从而能够使加载齿轮30能够对具有不同齿廓的被测齿轮40轮齿上的合适位置施加所需的力和扭矩，对被测齿轮进行疲劳试验。
在上述基础实施方式和第一个优选实施方式中，所述加载齿轮30与被测齿轮40的轮齿形状相同。具体地，轮齿形状相同是指加载齿轮30、被测齿轮40的齿数、模数、齿距、齿槽宽、齿廓等用来表述齿轮的各参数中的各个参数均相同。这样设置可以保证加载齿轮30和被测齿轮40之间能够有更好的啮合，从而获得更准确地试验结果。
在齿轮疲劳试验应力测定装置基础实施方式和上述两个优选实施方式中，所述加载齿轮30和被测齿轮40之间的装配中心距可调。这样设置可以改变加载齿轮30中心和被测齿轮40中心之间的距离，可以利于实现齿轮变位。
在对被测齿轮进行疲劳试验的过程中，沿着被测齿轮40的轮齿啮合渐开线包络面选取不同的受载荷的接触点，通过调整加载齿轮30和被测齿轮40之间的装配中心距，可以模拟施加切向、径向、法向和轴向(对于斜齿轮和人字齿轮)的载荷，模拟齿轮副的实际装配、工艺、磨损和边界载荷在传动过程中的试验情况。
在齿轮疲劳试验应力测定装置的第三个优选实施方式中，所述齿轮疲劳试验应力测定装置还包括调节定位机构，所述调节定位机构用于调节所述加载齿轮30轮齿相对于所述被测齿轮40轮齿的角度。
具体地，如图2所示，所述调节定位机构可以为设置在齿轮箱50上的变位调节分度螺钉60，通过旋转变位调节分度螺钉60，改变加载齿轮30轮齿相对于被测齿轮40轮齿的角度。
在本优选实施方式中，调节加载齿轮30轮齿相对于被测齿轮40轮齿的角度，可以使加载齿轮30和被测齿轮40之间有不同的啮合工况，并获得最佳的一个或多个啮合工况，从而可以在不同的啮合工况下对被测齿轮40进行疲劳试验，获得更准确地试验结果。
在第三个优选实施方式中，进一步地，所述调节定位机构对所述加载齿轮轮齿相对于所述被测齿轮轮齿的角度的调整为无级调整。这样设置可以连续地调整加载齿轮30轮齿相对于被测齿轮40轮齿之间的角度，从而获得更好的啮合角度，以获得更好和更准确的试验结果。
在第三个优选实施方式的基础上，进一步优选地，所述调节定位机构还包括记录器，所述记录器用于记录所述加载齿轮30轮齿的角度。这样设置可以在获得试验结果之后，将获得的一个或多个结果数据与加载齿轮30的角度关联和对应起来，从而获得所需试验结果对应的角度数据。
综上所述，本发明提供的齿轮疲劳实验装置，其通过由驱动机构驱动加载齿轮30，进而由加载齿轮30将力和扭矩作用于被测齿轮40的轮齿的端面上，从而测试被测齿轮40的耐久度和可靠性。与现有使用压头工装顶压在被测齿轮的轮齿上的技术方案相比，更加简单，也更加省力。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，包括被测齿轮安装轴、驱动机构、加载齿轮及射线扫描装置；所述被测齿轮安装轴用于安装被测齿轮；所述驱动机构与加载齿轮连接，用于驱动所述加载齿轮转动；所述加载齿轮用于与所述被测齿轮啮合；所述射线扫描装置设于所述被测齿轮的上方，所述射线扫描装置用于扫描被测齿轮的根部，以检测所述被测齿轮在受到所述加载齿轮施加的载荷时，所述被测齿轮齿根的横向应力。
2.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述射线扫描装置所射出的射线与所述被测齿轮的齿根之间具有预设角度。
3.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述射线扫描装置的射线扫描速率大于预设值。
4.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述射线扫描装置的射线出口处设有遮挡板，所述遮挡板设有开口，射线穿过所述开口后射在所述被测齿轮的齿根处。
5.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述射线扫描装置所射出的射线的宽度小于齿根曲率半径的四分之一。
6.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述齿轮疲劳试验应力测定装置包括扭矩传感器，所述扭矩传感器与所述被测齿轮同轴连接，用于检测施加在所述被测齿轮轮齿上的扭矩。
7.根据权利要求1所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述加载齿轮包括基部和轮齿部，所述轮齿部与基部之间可拆卸连接；所述轮齿部的数量为多个，且多个轮齿部上的轮齿形状不同。
8.根据权利要求1或7所述的齿轮疲劳试验应力测定装置，其特征在于，所述加载齿轮与所述被测齿轮的轮齿形状相同。
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