CN109374292A - 一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，涉及行星齿轮箱领域，包括试验台上柱、上连接夹具、试验试件、加压顶块、下连接夹具、试验加压圆台、试验台。用于测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构中螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的不同对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响。结构简单、控制方便。

Description

一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置

技术领域

本发明涉及行星齿轮箱领域，特别是涉及一种行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的测量装置。

背景技术

正常工况下的行星轮系运转时，齿轮强度合格，轮齿处在弹性变形阶段。而在冲击载荷下，若结构仍为刚性时，峰值载荷做的功全部转化为内齿圈的应变能，此时冲击功非常大，轮齿吸收的能量足使轮齿产生塑性变形甚至断裂。为了保证轮齿不折断，需要给轮齿一定的缓冲柔性，因此箱体的连接必须保持一定柔性，故中国专利公开号：CN103148200B提出了一种行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构。而此抗冲击柔性连接结构的强度和柔度取决于螺栓总预紧力所提供的摩擦力和弹性开口销的所能承受的载荷，即取决于结构中螺栓和弹性开口销的不同组合，抗冲击柔性连接结构中螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性开口销数量和开口度的不同均会对抗冲击柔性连接结构的强度和柔度产生影响，故提出一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，该试验装置能够对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度开展研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的测量装置，研究抗冲击柔性连接结构中螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的不同对抗冲击柔性连接结构刚度和柔性的影响，结构简单、控制方便。

本发明专利采用的技术方案是提供一种测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验装置,用于测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构中螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的不同对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响。所述一种测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验装置包括试验台上柱、上连接夹具、试验试件、加压顶块、下连接夹具、试验加压圆台、试验台。

所述试验试件根据试验台最大载荷按比例选取原箱体的一部分，由圆柱体转换为长方体试样，尺寸比例1:1，其包括上箱体试样、内齿圈试样、下箱体试样、测力螺栓、弹性圆柱开口销，下箱体试样通过上连接夹具与试验台上柱连接，内齿圈试样与加压顶块接触承受冲击载荷，加压顶块通过下连接夹具与试验加载圆台连接。

所述的上、下连接夹具都为对开式、对称的结构，中部为螺柱，内圈加工出内螺纹，上、下连接夹具两侧各有对半式螺栓连接结构。

所述的试验试件中根据情况加工有若干个螺栓孔和销孔，用于不同的试验方案，其中上箱体试样和内齿圈试样中的螺栓孔和销孔均为通孔和光孔，下箱体试样中的内螺纹孔和销孔为盲孔。试验试件按照上箱体、内齿圈和下箱体的顺序通过测力螺栓和弹性圆柱开口销联接在一起，试验时根据不同试验方案安装螺栓和弹性圆柱开口销。

所述的试验试件的上箱体试样加工成长方体形状，内齿圈试样加工成L形体，横截面大的一端与加压顶块接触，承受冲击载荷，下箱体试样也加工成L 形体，横截面大端外侧有外螺纹，与上连接夹具配合，安装时与试验台上柱分别旋入上连接夹具的螺纹的两端，通过上连接夹具将其连接在一起；试验台加载圆台与加压顶块通过下连接夹具螺纹连接，圆台和加压顶块接触，顶块的一侧与内齿圈的端面接触，冲击载荷传递给内齿圈。所述的试验试件中的下箱体试样中加工出若干个螺纹孔和销孔，试验试件中下箱体试样及内齿圈试样设计成L型安装后能避免附加力矩的产生。

所述试验试件中的测力螺栓需将高强度螺栓按照一定的要求进行加工，测试结束后将测力螺栓取出。所述测力螺栓选用与实际使用完全相同的螺栓，测力螺栓(15)螺帽圆角过渡处铣间隔180度加工出两块小平面，以便容纳应变片和接线端子，平面不宜过大，否则会影响螺栓强度；在测力螺栓(15)头部的适当位置打一通孔,孔径尽可能小，以不妨碍导线引出为宜，引线应尽可能细，便于应变片引线的顺利导出；在弹性圆柱开口销(14)内侧铣出小平面，在小平面上粘贴微型应变片，应变片连接外部设备。

所述加压顶块一端为外螺纹，另一端为长方体；加压顶块外螺纹与试验加压圆台通过下连接夹具螺纹连接，并在下连接夹具两侧通过螺栓连接；长方体用来传递试验台载荷给内齿圈试样。

所述试验台通过伺服系统控制加载大小和时间，经试验加压圆台传递冲击载荷给试验试件，并可测量位移。试验台上柱为试验台上部用来固定试验试验试样的部分，高度可调。

上述的一种测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验装置中，所述的试验台加载圆台与加压顶块通过连接夹具连接，加压顶块的一端与加载圆台接触，加压顶块的另一侧与试验试件中的内齿圈端面接触，通过伺服系统控制加载，将冲击载荷传递给内齿圈；并通过电应变测法测量出测力螺栓关键部位的应力。

由于行星轮系内齿圈主要承受切向力，因此本试验方案忽略齿圈径向力的影响。主要测量测力螺栓螺帽下沿的应力值(即行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构的强度)及试验试件加载部位受载后的位移(即行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构的柔度)。通过试验测量几组不同测力螺栓和开口销组合的行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构下测力螺栓螺帽下沿的应力值(该应力值为所有测力螺栓螺帽下沿的应力值的平均值)和受载部位受载后的位移值，检验行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度。采用正交试验设计的方法来研究螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的不同对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响，校准有限元模型和理论分析模型。

本发明提供了一种测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验方法，包括以下步骤：

(1)根据不同试验方案，在试验试件上安装对应的测力螺栓和弹性圆柱开口销；

(2)将试验试件通过上、下连接夹具、加压顶块安装在试验台上。

(3)测试前,将贴好应变片的测力螺栓和弹性圆柱开口销分别安装在试验试件中的螺栓孔和销孔中，；

(4)开启试验台加载载荷，测试中采用静态或动态应变仪测取各工况的应变值,然后根据相应的计算公式和方法换算为应力值，记录数据。

(5)根据不同试验方案更改测力螺栓预紧力、测力螺栓数量、或弹性圆柱开口销数量后再次试验加载冲击载荷，记录数据。

(6)对统计数据进行处理分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验装置，并采用正交试验设计的方法来研究的螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量和弹性圆柱开口销的开口度的不同对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响，装置结构简单、控制方便，从而测量行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构的强度和柔度。

附图说明

图1为行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构(专利公开号：CN103148200B)示意图。

图2为行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构部分结构示意图。

图3为试验台测试装置的安装示意图。

图4为一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置的固定和加载示意图。

图5为试验试件结构示意图。

图6为加压顶块。

图7为内齿圈试样。

图8为上箱体试样。

图9为下箱体试样。

图10为测力螺栓加工示意图。

图中，1-上箱体，2螺栓，3-弹性圆柱开口销，4-内齿圈，5-下箱体，6-试验台上柱，7-上连接夹具，8-试验试件(包含13-上箱体试样，14-弹性圆柱开口销， 15-测力螺栓，16-下箱体试样，17-内齿圈试样)，9-加压顶块，10-下连接夹具， 11-试验加压圆台，12-试验台，13-上箱体试样，14-弹性圆柱开口销，15-测力螺栓，16-下箱体试样，17-内齿圈试样

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示为原模型箱体柔性结构。如图5所示为试验试件8，试验试件8取原模型箱体的1/6，由圆柱体转换为长方体模型，尺寸比例1:1，其包括上箱体试样13、内齿圈试样17、下箱体试样16、测力螺栓15、弹性圆柱开口销14，如图3、图4、图5所示，本发明一种测行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的试验装置，可采用试选用落地式拉扭复合试验机，试验装置包括试验台上柱6、上连接夹具7、试验试件8、加压顶块9、下连接夹具10、试验加压圆台11、试验台12；所述的试验试件8包括上箱体试样13、内齿圈试样17、下箱体试样16、测力螺栓15、弹性圆柱开口销14；所述的试验试件8中的下箱体试样16通过试验台的上连接夹具7与试验台上柱6经过螺纹和螺栓方式连接在一起。如图5所示加压顶块9圆端面如图5所示，用于和试验加压圆台11连接，另一端平面端用于加压传递冲击载荷给内齿圈试样16，试验台加载圆台11 与加压顶块9通过下连接夹具10连接，试验加压圆台11和加压顶块9接触，加压顶块9的一侧与内齿圈试样17的端面接触，内齿圈试样17如图6所示，将一端与加压顶块9接触，传递冲击载荷，传递冲击载荷传递到内齿圈试样17 中；如图6、7、8所示，试验装配试件有4个螺栓孔和3个销孔，用于试验的不同方案。其中在上箱体试样13中加工出4个直径为17mm的通孔和3个直径为14mm的销通孔，如图6、7所示；如图8所示，下箱体试样16中加工出4 个直径为16mm的螺纹孔，螺纹深35mm，孔深40mm，3个直径为14mm的销孔，孔深30mm,且外螺纹端用来与试验台上柱6连接，具体形状尺寸如图8所示；

进一步，本试验采用应变电测法测量螺栓关键部位的应力，用应变电测法螺栓的应力时,需将高强度螺栓按照一定的要求制作,测试时用测力螺栓替代工作螺栓，测力螺栓应选用与实际使用完全相同的螺栓,测试结束后将测力螺栓取出。并根据测试目的进行布片，电阻应变片在曲率大的表面上往往不易粘牢, 所以测力螺栓杆上、下表面应加工出1块平面,各削去2mm，以便容纳应变片和接线端子。但该平面应尽可能小,以便最大限度地保持测力螺栓的承载能力, 同时该平面与螺栓孔之间的间隙应保证测力螺栓装配时应变片不被碰坏,在测力螺栓螺帽的适当位置打一穿孔,引线应尽可能细,孔径尽可能小,以不妨碍导线引出为宜，便于应变片引线的顺利导出，由于螺杆弯矩最大位置有螺纹难加工，因此只能在螺杆头部将测力螺栓加工。在测力螺栓头部两侧圆角过渡处铣出小平面，在小平面上粘贴微型应变片。应变片连接外部设备，测力螺栓加工示意图如图10所示。

一种单因素试验方案下表1所示，通过7组试验研究不同螺栓预紧力矩、螺栓数目、弹性圆柱开口销数目对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响，同时也可用于正交实验方案。

表1.试验方案

本发明的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，包括如下步骤：

(1)根据不同试验方案在试验试件上安装好对应的测力螺栓和弹性圆柱开口销；将试验试件中上箱体试样、内齿圈试样、下箱体试样中按照试验方案安装好测力螺栓和弹性圆柱开口销。

(2)将试验试件中的下箱体试样的上端和试验台上柱分别旋入上连接夹具螺纹中，并用螺栓联接将上连接夹具两段合并固定。同样的将试验试件中的内齿圈试样的下端和试验加压圆台分别旋入下连接夹具螺纹中，并用螺栓联接将下连接夹具两侧固定。

(3)测试前,将贴好应变片的测力螺栓取代需检测部位的螺栓，采用应变电测法测量螺栓关键部位的应力，测试螺栓头部圆弧过渡处的应变。测试时用测力螺栓替代螺栓，测试结束后将测力螺栓取出。

(4)通过试验机伺服系统控制加载大小经过由试验加压圆台施加冲击载荷，途经加压顶块传递冲击载荷给内齿圈试样，测试中采用静态或动态应变仪测取各工况的应变值,然后根据相应的计算公式和方法换算应力值，记录数据。

(5)根据不同试验方案更改螺栓预紧力、螺栓数量、或弹性圆柱开口销数量后再次开启试验台加载冲击载荷，记录数据。

(6)测完数据以后，分析处理试验结果，通过测得不同螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度情况下螺栓头部圆弧过渡处的应变和受载出的位移值和来研究不同螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度对箱体柔性连接程度影响。

根据以上步骤，记录下螺栓螺帽下沿的应力值及受载处的位移值(即柔度大小)，通过记录几组不同箱体柔性状态下螺栓螺帽下沿的应力值及受载处的位移值，测量检验强度和柔度，研究箱体中螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的不同对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响，为行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构中不同螺栓预紧力矩、螺栓数量、弹性圆柱开口销数量、厚度和开口度的对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的试验研究提供试验平台。

Claims (6)

1.一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，该装置在试验台上进行试验测量，其特征在于：包括试验台上柱（6）、上连接夹具（7）、试验试件（8）、加压顶块（9）、下连接夹具（10）、试验加压圆台（11）和试验台（12）；所述的试验试件（8）包括上箱体试样（13）、内齿圈试样（17）、下箱体试样（16）、测力螺栓（15）、弹性圆柱开口销（14）；所述试验试件（8）的下箱体试样（16）与试验台上柱（6）通过上连接夹具（7）连接在一起；所述加压顶块（9）一端与试验加压圆台（11）通过下连接夹具（10）连接在一起，另一端与内齿圈试样（17）接触；所述加压圆台通过加压顶块（9）传递冲击载荷给内齿圈试样（17）。

2.如权利要求1所述的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，其特征是：所述上连接夹具（7）、下连接夹具（10）都为对开式、对称的结构，中部为螺柱，内圈加工出内螺纹，上、下连接夹具两侧各有对半式螺栓连接结构。

3.如权利要求1所述的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，其特征是：所述试验试件（8）中加工出若干个螺栓孔和销孔，用于不同的试验方案，上箱体试样（13）和内齿圈试样（17）中的螺栓孔和销孔均为通孔和光孔，下箱体试样（16）中的内螺纹孔和销孔为盲孔；试验试件（8）中的下箱体试样（16）及内齿圈试样（17）设计成L型，避免加载时产生附加力矩。

4.如权利要求1所述的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，其特征是：所述加压顶块（9）一端为外螺纹，另一端为长方体；加压顶块外螺纹与试验加压圆台（11）通过下连接夹具（10）螺纹连接，并在下连接夹具（10）两侧通过螺栓连接；长方体用来传递试验台载荷给内齿圈试样（17）。

5.如权利要求1所述的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，其特征是：采用测力螺栓（15）替代工作螺栓，测力螺栓（15）螺帽圆角过渡处铣间隔180度加工出两块小平面，以便容纳应变片和接线端子，平面不宜过大，否则会影响螺栓强度；在测力螺栓（15）头部的适当位置打一通孔, 孔径尽可能小，以不妨碍导线引出为宜，引线应尽可能细，便于应变片引线的顺利导出；在弹性圆柱开口销(14)内侧铣出小平面，在小平面上粘贴微型应变片，应变片连接外部设备。

6.如权利要求1和5所述的一种行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度和柔度的测量装置，其特征是：应变片可以得到螺栓和弹性圆柱销承载时的应力，因此得到行星齿轮箱抗冲击柔性结构强度；试验台加载过程中可以测得下箱体试样的位移，可以计算结构系统的柔度；根据测试结果，研究不同螺栓预紧力矩、螺栓数目、弹性圆柱开口销数目和开口度、销厚度、螺帽圆角半径和螺柱直径对行星齿轮箱抗冲击柔性连接结构强度和柔度的影响，同时进行优化，保证行星齿轮箱抗冲击柔性结构抗冲击所需的柔性和系统结构不破坏所需的强度。