CN108871770B - 一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮动式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、加载器、测量单元及配重调节单元。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无辅助支撑，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配重调节单元进行调节。本发明结构简单，可提供一种同时测得两组或多组浮动式渐开线花键副微动磨损的试验装置，能真实模拟多级行星齿轮传动中花键副浮动状态下的磨损情况。

Description

一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置
技术领域
本发明涉及一种浮动式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。
在多级行星齿轮传动中，为解决空间狭窄及太阳轮、行星轮受载不均匀的问题，通常将上一级的输出(如行星架输出)与下一级的输入(如太阳轮输入)相连，而相连的方法则通常采用花键副的形式。即将行星架加工成内花键形状，而太阳轮的一端加工成外花键形状，两者组成花键副传动。显然，两者在旋转过程中都不没有轴承对其进行支撑，即该种花键传动为浮动式。鉴于查看现有的专利还没有解决浮动式的花键微动磨损的实验装置，对内外花键不对中问题和不对中量的测量也未见报道，因此急需公开一种实验装置对渐开线花键副真实的模拟其在浮动运转状态下的磨损状况。
本发明公开一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置。该浮动式渐开线微动磨损实验装置是将内外花键按要求加工成所需要的样式，将内花键制作成套筒的样式，两端的外花键制作成单边有花键齿的样式，两个内花键连接的中间的外花键轴加工成两端均有花键齿样式，依次将内外花键连接安装，并在内花键上加工了螺纹孔，用于加装配重块；相对于其它实验装置，具有结构简单，效率高，极大的缩减了实验时间等优点；同时在实验过程中还可模拟径向、角度不对中的问题，并可通过位移传感器对径向及角度不对中量进行测量，特别适用于微小位移的高精度的运动系统。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种浮动式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，并大大缩减测试时间。该装置能够进行不同工况与材料的微动磨损试验。
本发明实现上述目的技术方案为：
一种浮动式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、加载器、测量单元及配重调节单元；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；所述配重调节单元包括双头螺柱、配重块、螺母和垫片；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；所述双头螺柱拧入所述内花键轴套I和II的内螺纹孔上，所述配重块通过所述垫片和螺母拧紧在双头螺柱上；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。
上述一种浮动式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，且在运转中三者均没有辅助支撑装置。
上述一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置，所述的内花键轴套I和II的左右两端各上安装有1组配重块，每组包含3块，每组配重块在圆周上间隔120°；所述配重块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；所述配重块的质量区间为10g-500g，且质量规格服从等比系数为2的等比数列分布；实验过程中，通过2组不同重量配重块的调节使运转中的内花键轴套产生一定大小的离心力和力矩，从而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。
上述一种浮动式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。
上述一种浮动式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。
上述一种浮动式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；所述加载器的工作转速范围为0-1440r/min，转矩范围为0-500N·m。
上述一种浮动式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多组，即可以同时测量多组花键副的不对中量。
相对于现有的技术，本发明的有益效果表现在：
本发明通过重心调节装置(配重块及双头螺柱连接)使运转中的内花键轴套产生一定大小的离心力和力矩，从而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量，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、开展花键副优化设计和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为本发明双头螺柱与配重块结构放大图。
图3为本发明图2的左视图。
图中：1-底座、2-变频电机、3-扭矩转速传感器、4-带花键的联轴器I、5-内花键轴套I、6-外花键轴、7-激光位移传感器、8-带外花键的联轴器II、9-加载器、10-联轴器、11-双头螺柱、12-配重块、13-数据采集装置、14-计算机、15-螺母、16-垫片、17-内花键轴套II。
具体实施方式
如图1所示，一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置，具体包括底座(1)、驱动单元、被测单元、加载器(9)、测量单元及配重调节单元；所述驱动单元由变频电机(2)和联轴器(10)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(5)、外花键轴(6)、内花键轴套II(17)和带外花键的联轴器II(8)；所述测量单元包括扭矩转速传感器(3)、激光位移传感器(7)、数据采集装置(13)和计算机(14)；所述配重调节单元包括双头螺柱(11)、配重块(12)、螺母(15)和垫片(16)；所述配重块(12)通过螺母(15)、垫片(16)及双头螺柱(11)固定在所述内花键轴套I(5)和II(17)上；
本发明在使用时，具体步骤如下：
1、将变频电机(2)、激光位移传感器(7)、加载器(9)，安装在底座(1)上；
2、将变频电机(2)输出轴通过联轴器(10)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(5)与外花键轴(6)相连；
5、将外花键轴(6)与内花键轴套II(17)相连；
6、将右侧带花键的联轴器II(8)和加载器(9)相连；
7、配重块(12)、螺母(15)、垫片(16)及双头螺柱(11)通过螺纹连接固定在所述内花键轴套II(17)上。
实验过程中，通过2组不同重量配重块(12)的调节使运转中的内花键轴套II(17)产生一定大小的离心力和力矩，从而内花键轴套II(17)与外花键轴(16)及右侧带花键的联轴器II(8)的轴线实现角度不对中和径向不对中，置于内花键轴套II(17)与外花键轴(16)及右侧带花键的联轴器II(8)下方的激光位移传感器(7)对不对中量进行测量，数据采集装置(13)将激光位移传感器(7)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(14)中，最后由计算机(14)进行相关的统计分析。

Claims (7)

1.一种浮动式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、加载器、测量单元及配重调节单元；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；所述配重调节单元包括双头螺柱、配重块、螺母和垫片；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；所述双头螺柱拧入所述内花键轴套I和II的内螺纹孔上，所述配重块通过所述垫片和螺母拧紧在双头螺柱上；所述的内花键轴套I和II的左右两端各上安装有1组配重块，每组包含3块，每组配重块在圆周上间隔120°；所述配重块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；通过2组不同重量配重块的调节使运转中的内花键轴套产生一定大小的离心力和力矩，从而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；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共有四个，用来测量花键副的不对中量。
2.如权利要求1所述一种浮动式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II与所述外花键轴分别组成花键副，且在运转中三者均没有辅助支撑装置。
3.如权利要求1所述一种浮动式渐开线花键副微动磨损试验装置，其特征在于：所述配重块的质量区间为10g-500g，且质量规格服从等比系数为2的等比数列分布。
4.如权利要求1所述一种浮动式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。
5.如权利要求1所述一种浮动式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。
6.如权利要求1所述一种浮动式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；所述加载器的工作转速范围为0-1440r/min，转矩范围为0-500N·m。
7.如权利要求1所述一种浮动式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多组，即可以同时测量多组花键副的不对中量。
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