CN108871768B - 一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置 - Google Patents

一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，具体包括底座、驱动单元、被测单元、支撑装置、加载器、测量单元及超声振动单元。驱动单元由变频电机和联轴器组成；被测单元包括带外花键的联轴器I、内花键轴套I、外花键轴、内花键轴套II和带外花键的联轴器II。被测单元中的花键副在变频电机的驱动下转动，并通过加载器施加扭矩。转动过程中被测单元由支撑装置支撑，通过测量单元中的激光位移传感器测量花键副的不对中量，且该不对中量可以通过超声振动单元进行调节。本发明提供一种可以实现两组或多组固定式渐开线花键副同时测试的微动磨损试验装置，能真实模拟传动中花键副固定状态下的磨损情况。

Description

一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置
技术领域
本发明涉及一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，属于机械工程中微动摩擦学技术领域。
背景技术
渐开线花键副由内、外花键构成，渐开线花键副具有对中性好的特点，理论上，内外花键轴完全对中，花键副各个键齿受载均匀，但实际上，由于加工制造误差、装配误差和倾覆力矩等因素的影响，内外花键轴存在不对中的情况。对于花键副而言，不对中的存在会导致各个键齿受力不均，局部键齿承受巨大的载荷，使键齿在花键轴的旋转过程中承受周期性交变载荷，同时内外花键接触齿面会产生较大的相对滑移，从而导致花键副产生微动磨损、微动疲劳而失效，甚至可能会导致局部键齿因为受载太大发生瞬间断裂或者因为常规疲劳发生断裂而失效。
专利CN106124209A中公开了“花键副微动磨损试验台”，该试验台通过机械装置调节花键副角度不对中量和径向不对中量，虽然解决了不对中量的模拟，但该试验台采用的是机械的方法，模拟的角度不对中量和径向不对中量为固定的量，而花键副在实际运转过程中，其角度不对中量和径向不对中量为变化的量；因渐开线花键的材质一般硬度比较高，所以一般花键磨损试验都是超长循环次数和超长时间，而在设计实验时，我们应当尽可能缩短实验周期和降低实验成本。
为解决上述问题，本发明通过超声振动的调节使运转中的内花键轴套与外花键轴的轴线实现角度不对中和径向不对中，且此角度不对中和径向不对中量为变化的量；本发明中超声振动单元中的超声发生器把频率为50Hz的交流电转换为频率为16-25KHz的超声频电能，换能器将超声频电能转换成超声频振动，从而实现花键副的高频振动，使得花键副的摩擦磨损加剧，使试件在较短时间内出现磨损或失效，因此，相对于其它实验装置，本发明具有效率高，极大的缩减了实验周期等特点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，该试验装置可以一次同时测得两组或多组渐开线花键副的微动磨损，并大大缩减我们的测试时间。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，具体包括底座、驱动单元、被测单元、支撑装置、加载器、测量单元及超声振动单元；所述驱动单元由变频电机和联轴器组成；所述被测单元为花键副，包括带外花键的联轴器I、内花键轴套I、外花键轴、内花键轴套II和带外花键的联轴器II；所述测量单元包括扭矩转速传感器、激光位移传感器、数据采集装置和计算机；所述支撑装置由支撑架、调心滚子轴承II、孔用挡圈组成；所述超声振动单元由超声发生器、换能器、变幅杆、微动压头、耐磨套、调心滚子轴承I及托举架组成；所述底座上固定有变频电机、加载器和激光位移传感器，且变频电机的输出轴、联轴器、扭矩转速传感器、带外花键的联轴器I、内花键轴套I、外花键轴、内花键轴套II、带外花键的联轴器II以及加载器依次相连；所述超声发生器、换能器、变幅杆、微动压头安装在托举架上，所述托举架由一块固定底板和两块活动托板组成，固定底板左右两侧为两根带有螺纹的支柱，且此两根支柱固定安装在底板上，所述两块活动托板通过螺母、垫片以螺纹连接的方式安装在所述两根支柱上；所述扭矩转速传感器用来检测试验中转速和扭矩的大小，所述激光位移传感器用来测量花键副的不对中量。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述内花键轴套I和II与所述外花键轴分别组成花键副，外花键轴由所述支撑装置中的调心滚子轴承II支撑。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述超声振动单元中的超声发生器把频率为50Hz的交流电转换为频率为16-25KHz的超声频电能，所述换能器将超声频电能转换成超声频振动，所述变幅杆将位移放大，并驱动所述微动压头振动，微动压头将振动作用于所述耐磨套，所述内花键轴套I和外花键轴在耐磨套施加的外力作用下实现轴线的不对中。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述的内花键轴套I为阶梯形式，其上安装有1个调心滚子轴承I，耐磨套安装在调心滚子轴承I上且与调心滚子轴承I外圈过渡配合；所述耐磨套的边缘距离内花键轴套左右两侧面的最小距离为5mm，即在内花键轴套两端预留5mm以上的圆柱外表面区域，该区域作为激光位移传感器的数据采集区域。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述底板左右两侧为两根带有螺纹的支柱，所述支柱上的螺纹有两处，即一处在支柱正中间，另一处在支柱的末端，此两处螺纹与加工有螺纹孔的活动托板形成螺纹连接，且活动托板在螺纹连接处，其上下两面均有垫片及螺纹；所述两块活动托板均加工有2个螺纹孔和2个通孔，其中2个螺纹孔分布于活动托板两侧与所述两根带有螺纹的支柱配合，2个通孔用于所述激光位移传感器测量所述花键副的不对中量，即激光位移传感器发出的测量激光通过此2个通孔，而所述两块活动托板中的一块，其正中心还加工有直径大于2个通孔的另一通孔，此通孔用于固定所述变幅杆，且此活动托板安装在所述支柱正中间；
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述外花键轴两端均为有齿样式，中间呈梯台样式。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述被测单元中的花键副在变频电机的驱动下转动，所述变频电机的输出转速范围为0-1440r/min，额定转矩为500N·m。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，一个内花键轴套一次和两个外花键轴啮合。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述加载器用来模拟负载作用，可以为磁粉制动器、盘式制动器；所述加载器转速范围为0-1440r/min，转矩范围为0-500N·m。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述被测单元中的内花键轴套和外花键轴组成的花键副可以为两组或多组，即可以同时测量多组花键副的不对中量。
上述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，所述调心滚子轴承II安装在外花键轴上，并采用孔用挡圈在支撑架上定位。
相对于现有的技术，本发明的有益效果表现在：
本发明通过超声振动单元使运转中的内花键轴套与外花键轴的轴线实现角度不对中和径向不对中，同时不对中量可以通过激光位移传感器进行测量；本发明在认识花键副的微动磨损，提出改善花键副微动磨损的方法和措施以及提高花键副抗微动磨损能力等方面有着极其重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例的主视结构示意图。
图2为本发明超声振动单元示意图。
图3为本发明超声振动单元与被测花键副示意图。
图中：1-变频电机、2-底座、3-扭矩转速传感器、4-带花键的联轴器I、5-激光位移传感器、6-联轴器、7-内花键轴套、8-耐磨套、9-孔用挡圈、10-外花键轴、11-调心滚子轴承II、12-数据采集装置、13-计算机、14-内花键轴套、15-支撑架、16-带花键的联轴器II、17-加载器、18-固定底板、19-支柱、20-活动托板、21-垫片、22-螺母、23-超声发生器、24-换能器、25-变幅杆、26-微动压头。
具体实施方式
如图1所示，一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，具体包括底座(2)、驱动单元、被测单元、支撑装置、加载器(17)、测量单元及超声振动单元；所述驱动单元由变频电机(1)和联轴器(6)组成；所述被测单元包括带外花键的联轴器I(4)、内花键轴套I(7)、外花键轴(10)、内花键轴套II(14)和带外花键的联轴器II(16)；所述测量单元包括扭矩转速传感器(3)、激光位移传感器(5)、数据采集装置(12)和计算机(13)；所述支撑装置由支撑架(15)、调心滚子轴承II(11)、孔用挡圈(9)组成；所述超声振动单元由超声发生器(23)、换能器(24)、变幅杆(25)、微动压头(26)、耐磨套(8)、调心滚子轴承I及托举架组成；所述底座(2)上固定有变频电机(1)、加载器(17)和激光位移传感器(5)；所述托举架由一块固定底板(18)和两块活动托板(20)组成，固定底板(18)左右两侧为两根带有螺纹的支柱(19)，且此两根支柱(19)固定安装在固定底板(18)上，所述两块活动托板(20)通过螺母(22)、垫片(21)以螺纹连接的方式安装在所述两根支柱(19)上；所述扭矩转速传感器(3)用来检测试验中转速和扭矩的大小，所述激光位移传感器(5)用来测量花键副的不对中量。
本发明在使用时，具体步骤如下：
1、将变频电机(1)、支撑架(15)及加载器(17)通过螺栓连接安装在底座(2)上；
2、将变频电机(1)输出轴通过联轴器(6)与扭矩转速传感器(3)连接；
3、将扭矩转速传感器(3)与带花键的联轴器I(4)连接；
4、将内花键轴套I(7)内部与外花键轴(10)相连，内花键轴套I(7)外部与调心滚子轴承I内圈间隙配合，耐磨套(8)与调心滚子轴承I外圈过渡配合；
5、将调心滚子轴承II(11)安装在外花键轴(10)上，并采用孔用挡圈(9)在支撑架(15)上定位；
6、将外花键轴(10)与内花键轴套(14)相连；
7、将右侧带花键的联轴器(16)和加载器(17)相连；
8、将超声发生器(23)、换能器(24)、变幅杆(25)、微动压头(26)安装在托举架上，其中托举架底板(18)与左右两根支柱(19)固定连接，两块活动托板(20)通过螺母(22)、垫片(21)安装在所述两根支柱(19)上，并且所述两块活动托板(20)上下两面均装有螺母和垫片：然后将安装有超声发生器(23)、换能器(24)、变幅杆(25)、微动压头(26)的托举架置于耐磨套(8)下方，且微动压头(26)伸入耐磨套(8)的圆孔中。
实验过程中，首先，超声振动单元中的超声发生器(23)把频率为50Hz的交流电转换为频率为16-25KHz的超声频电能；紧接着，换能器(24)将超声频电能转换成超声频振动；然后，通过改变超声发生器(23)的电压来改变超声频振动的振幅，变幅杆(25)将换能器的振幅放大，从而使位移放大，并驱动微动压头(26)振动；最后，微动压头(26)将振动作用于耐磨套(8)；内花键轴套(7)和外花键轴(10)在耐磨套(8)施加的外力作用下实现轴线的不对中，置于内花键轴套(7)与外花键轴(10)及左侧带花键的联轴器I(4)下方的激光位移传感器(5)对不对中量进行测量，数据采集装置(12)将激光位移传感器(5)及扭矩转速传感器(3)采集到的不对中量及转速、扭矩信息输入到计算机(13)中，最后由计算机(13)进行相关的统计分析。

Claims (11)

1.一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：具体包括底座、驱动单元、被测单元、支撑装置、加载器、测量单元及超声振动单元；所述驱动单元由变频电机和联轴器组成；所述被测单元为花键副，包括带外花键的联轴器I、内花键轴套I、外花键轴、内花键轴套II和带外花键的联轴器II；所述测量单元包括扭矩转速传感器、激光位移传感器、数据采集装置和计算机；所述支撑装置由支撑架、调心滚子轴承II、孔用挡圈组成；所述超声振动单元由超声发生器、换能器、变幅杆、微动压头、耐磨套、调心滚子轴承I及托举架组成；所述底座上固定有变频电机、加载器和激光位移传感器，且变频电机的输出轴、联轴器、扭矩转速传感器、带外花键的联轴器I、内花键轴套I、外花键轴、内花键轴套II、带外花键的联轴器II以及加载器依次相连；所述超声发生器、换能器、变幅杆、微动压头依次相连，并安装在托举架上，所述托举架由一块固定底板和两块活动托板组成，固定底板左右两侧为两根带有螺纹的支柱，且此两根支柱固定安装在底板上，所述两块活动托板通过螺母、垫片以螺纹连接的方式安装在所述两根支柱上，所述变幅杆驱动所述微动压头振动，微动压头将振动作用于所述耐磨套，所述内花键轴套I和外花键轴在耐磨套施加的外力作用下实现轴线的不对中；所述扭矩转速传感器用来检测试验中转速和扭矩的大小，所述激光位移传感器用来测量花键副的不对中量，所述的内花键轴套I安装有一个调心滚子轴承I，内花键轴套I外部与调心滚子轴承I内圈间隙配合，耐磨套安装在调心滚子轴承I上且与调心滚子轴承I外圈过渡配合。
2.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述超声振动单元中的超声发生器把频率为50Hz的交流电转换为频率为16-25KHz的超声频电能，所述换能器将超声频电能转换成超声频振动，所述变幅杆将位移放大。
3.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述内花键轴套I和内花键轴套II与所述外花键轴分别组成花键副，外花键轴由所述支撑装置中的调心滚子轴承II支撑。
4.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述的内花键轴套I为阶梯形式；所述耐磨套的边缘距离内花键轴套左右两侧面的最小距离为5mm，即在内花键轴套两端预留5mm以上的圆柱外表面区域，该区域作为激光位移传感器的数据采集区域。
5.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述底板左右两侧为两根带有螺纹的支柱，所述支柱上的螺纹有两处，即一处在支柱正中间，另一处在支柱的末端，此两处螺纹与加工有螺纹孔的活动托板形成螺纹连接，且活动托板在螺纹连接处，其上下两面均有垫片及螺纹；所述两块活动托板均加工有2个螺纹孔和2个通孔，其中2个螺纹孔分布于活动托板两侧与所述两根带有螺纹的支柱配合，2个通孔用于所述激光位移传感器测量所述花键副的不对中量，即激光位移传感器发出的测量激光通过此2个通孔，而所述两块活动托板中的一块，其正中心还加工有直径大于2个通孔的另一通孔，此通孔用于固定所述变幅杆，且此活动托板安装在所述支柱正中间。
6.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述外花键轴两端均为有齿样式，中间呈梯台样式。
7.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述被测单元中的花键副在变频电机的驱动下转动，所述变频电机的输出转速范围为0-1440r/min，额定转矩为500N·m。
8.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：一个内花键轴套一次和两个外花键轴啮合。
9.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述加载器用来模拟负载作用，可以为磁粉制动器、盘式制动器；所述加载器转速范围为0-1440r/min，转矩范围为0-500N·m。
10.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述被测单元中的内花键轴套和外花键轴组成的花键副可以为两组或多组，即可以同时测量多组花键副的不对中量。
11.如权利要求1所述一种超声振动下渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述调心滚子轴承II安装在外花键轴上，并采用孔用挡圈在支撑架上定位。
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