CN110567708B - 一种摩擦片振动疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦片振动疲劳试验装置，该装置包括底座、动力系统、控制系统、传动机构，安装限位机构、保护箱、外齿和内齿，动力系统和保护箱均固连在底座上，安装限位机构固定连接在保护箱上，外齿与安装限位机构进行配合安装后径向位移被约束的同时具有小间隙保证自由振动；内齿的外齿副与摩擦片内齿副互相啮合；动力系统提供动力源给与之连接的传动机构，传动机构将动力源产生的直线往复运动转化成内齿的圆周运动，实现内、外齿的持续的振动，控制系统对动力系统产生的扭振频率、扭振振幅和载荷幅值进行控制。本发明能够直接模拟相邻两个齿的接触冲击力导致的拉压耦合的振动疲劳载荷，复现摩擦片齿部振动断裂疲劳损伤。

Description

一种摩擦片振动疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟加载试验装置，具体涉及一种针对摩擦片齿部进行模拟加载的试验装置，属于试验设备技术领域。

背景技术

在车辆运行过程中，换挡操纵元件作为传动系统关键部件，经常出现疲劳断裂、接触面疲劳变形等失效问题，严重影响车辆的制动性能，严重制约了传动装置寿命大幅提升。换挡操纵元件齿部受的载荷为随机载荷，现有摩擦片动态强度试验台上的试验结果分散系数比较大，可比性较差，数据可靠性较低，非常耗时费资，而且对齿部所受载荷类型无法解耦分析。

从疲劳损伤作用效果来看，在随机载荷或恒幅循环载荷作用下的最终结果都将导致构件的损伤状态达到临界值而发生失效。可以认为对应于某随机载荷过程，一定存在一个与它等效的恒载荷，使得构件在相同的初始状态下，经过相同的作用时间同时发生损坏，则认为随机载荷与恒载荷对构件的总体损伤是等效的。

因此，开展对摩擦片动态强度分析具有重要意义，这就要求需要一套能够模拟摩擦片在施加恒载荷条件下的振动受力情况的装置来满足研究需要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种摩擦片振动疲劳试验装置，能够直接模拟相邻两个齿的接触冲击力导致的拉压耦合的振动疲劳载荷，复现摩擦片齿部振动断裂疲劳损伤。

一种摩擦片振动疲劳试验装置，该装置包括底座、动力系统、控制系统、传动机构，安装限位机构、保护箱、外齿和内齿，其中，外齿为待测试的摩擦片，内齿具有外齿副；

所述动力系统和保护箱均固连在底座上，安装限位机构固定连接在保护箱上，动力系统与传动机构相连，传动机构与内齿固定连接后安装在保护箱内部，外齿与安装限位机构进行配合安装后径向位移被约束的同时具有小间隙保证自由振动，外齿还具有沿周向转动的自由度；所述内齿的外齿副与外齿内齿副互相啮合；所述动力系统提供动力源给与之连接的传动机构，传动机构将动力源产生的直线往复运动转化成内齿的圆周运动，实现内、外齿的持续的振动，所述控制系统对动力系统产生的扭振频率、扭振振幅和载荷幅值进行控制。

进一步地，所述动力系统包括电磁激振器和支架；所述电磁激振器的激振力0-10000N可调；频率0-200Hz可调；振幅0-20毫米可调；利用电磁激振器参数的可调性实现不同工况加载及测试，电磁系统为电磁激振器提供动力。

进一步地，所述传动机构包括传动杆、摇臂和轴盘；所述传动杆的一端与电磁激振器输出端活动连接，传动杆的另一端与摇臂的一端活动连接，所述摇臂的另一端与固定在保护箱上的轴盘活动连接，所述内齿与摇臂上对应轴盘的一端固定连接。

进一步地，所述安装限位机构包括固定环和挡环，所述固定环的圆环面上具有一个容纳外齿的环形台阶，外齿安装在环形台阶内之后再将挡环固定在固定环上，挡环将外齿限制在环形台阶内，外齿的径向位移被约束的同时具有小间隙保证其自由振动，外齿还具有沿固定环轴线转动的自由度。

进一步地，所述外齿采用完整摩擦片或分成多段试样，分成多段试样能够实现多个试样同时测试。

有益效果：

1、本发明采用高性能电磁激振器提供动力源，内齿与摇臂固接，摇臂与电磁激振器之间采用传动杆铰接在一起。电磁激振器通过传动将交变载荷传递到摇臂远离内齿的一端，摇臂循环上下摆动同时带动内齿沿圆周方向振动，实现内、外齿的持续的振动，能够模拟摩擦片内齿副在不同冲击幅度、频率、冲击力影响下的磨损失效特性。

2、本发明便于组装、拆卸和更换试件，主体构架采用各功能模块集成组装形式，试验平台的各个模块都具有相对的独立性结构，相互之间相互配合却不干扰影响，其安装、调整、拆卸方便，通用性强。

3、本发明具有很高的安全性，平台设计充分考虑试验过程的安全性。平台设计保护外壳，避免人员误碰，提供相对封闭的试验环境，保证试验不受干扰地进行；同时，该试验台属于高频冲击振动设备，在实验测试过程中，摩擦片受到疲劳载荷，会出现断裂飞出等极端情况，增加隔音保护箱能避免上述事件的发生，并能够大幅减少噪音。

4、本发明具有很高的可靠性和实用性，本发明采用了简单合理的减振以及减小摩擦的结构设计，能够尽量避免结构过于复杂而产生不可预测的试验误差，排除影响试验结果的不确定因素。

5、本发明的摩擦片采用垂直放置，可以满足多片少齿摩擦片的同时加载试验，保证多片少齿摩擦片的载荷及边界条件一致。安装限位机构约束少齿摩擦片的径向位移，同时留有一些空隙，保证摩擦片的自由振动，能够模拟全尺寸摩擦片受到的真实载荷工况。

6、本发明的内齿采用了内环外缘的三处对称的齿轮结构，结构对称避免质量偏心引起的额外振动效应，结构的质量布局有助于减小转动惯量。

附图说明

图1为本发明摩擦片振动疲劳试验装置的主视图；

图2为本发明摩擦片振动疲劳试验装置的后视图(去掉保护箱)；

图3为本发明内、外齿和安装限位机构的安装关系示意图(外齿采用三段试样)；

图4为本发明内、外齿和安装限位机构的安装关系示意图(外齿采用完整的摩擦片)；

图5为本发明安装限位机构与外齿的安装关系示意图；

图6为本发明传动机构的连接关系示意图；

图7为本发明摇臂与轴盘的安装关系示意图；

图8为本发明内齿与调整盘的安装关系示意图。

其中，1-电磁激振器、2-外齿、3-内齿、4-摇臂、5-传动杆、6-固定环、7-挡环、8-保护箱、9-底座、10-轴盘、11-防松螺栓、12-调整盘、13-卡簧、14-轴套、15-垫片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种摩擦片振动疲劳试验装置，该试验装置包括底座9、电磁激振器1、控制系统、摇臂4、传动杆5、轴盘10、固定环6、挡环7、保护箱8、外齿2和内齿3，其中，外齿2为待测试的摩擦片，内齿3具有与摩擦片内齿副啮合的外齿副；

电磁激振器1通过支架连接在底座9上，保护箱8同时也固连在底座9上，固定环6固定连接在保护箱8上，挡环7将外齿2限制在固定环6上，外齿2径向位移被约束的同时具有小间隙保证自由振动，外齿2还具有沿周向转动的自由度；传动杆5的一端与电磁激振器1输出端活动连接，传动杆5的另一端与摇臂4的一端活动连接，摇臂4的另一端与固定在保护箱上的轴盘10活动连接，内齿3与摇臂4上对应轴盘10的一端固定连接，内齿3的外齿副与外齿2内齿副互相啮合；电磁激振器1提供动力源给与之连接的传动杆5，传动杆5推动摇臂4绕轴盘10的中心轴线转动，将电磁激振器1产生的直线往复运动转化成内齿3的圆周运动，实现内齿3和外齿2的持续的振动，控制系统对电磁激振器1产生的扭振频率、扭振振幅和载荷幅值进行控制。

附图1-3中的外齿2采用了分成三段的形式，同样，与外齿2对应的挡环7也采用了分段的形式。附图4中的外齿为完整的摩擦片，分段的好处是可以实现三个试样的同时测试，提高试验效率。

内齿3的形状设计成三爪齿轮，在不影响实验目的下，减轻结构质量，减小转动惯量，降低系统的负荷，提高使用寿命。

如附图5所示，固定环6和挡环7共同构成将外齿2安装在保护箱8上的安装限位机构，固定环6的圆环面上具有一个容纳外齿的环形台阶，外齿2安装在环形台阶内之后再将挡环7固定在固定环6上，挡环7将外齿限制在环形台阶内，外齿2的径向位移被约束的同时具有小间隙保证其自由振动，外齿2还具有沿固定环轴线转动的自由度。

如附图6所示，传动杆5、摇臂4和轴盘10共同构成了传动机构，其中轴盘10具有一个中心轴和底盘，中心轴用于实现与摇臂上的中心孔配合，轴盘10用于与保护箱8进行固定，摇臂4上与轴盘10配合的一端还设有安装内齿3的安装槽，以上结构能够将电磁激振器1的往复直线运动转化为绕轴盘10的转动。

如附图7所示，为了降低运动摩擦和减小阻力，摇臂4上的安装孔内部均设有锡青铜的轴套，摇臂4与轴盘之间安装锡青铜垫片。

如附图8所示，内齿3通过调整盘12安装在摇臂4上，两者之间通过防松螺栓11和卡簧13进行固定。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种摩擦片振动疲劳试验装置，其特征在于，该装置包括底座、动力系统、控制系统、传动机构，安装限位机构、保护箱、外齿和内齿，其中，外齿为待测试的摩擦片，内齿具有外齿副；

所述动力系统和保护箱均固连在底座上，安装限位机构固定连接在保护箱上，动力系统与传动机构相连，传动机构与内齿固定连接后安装在保护箱内部，外齿与安装限位机构进行配合安装后径向位移被约束的同时具有小间隙保证自由振动，外齿还具有沿周向转动的自由度；所述内齿的外齿副与外齿内齿副互相啮合；所述动力系统提供动力源给与之连接的传动机构，传动机构将动力源产生的直线往复运动转化成内齿的圆周运动，实现内、外齿的持续的振动，所述控制系统对动力系统产生的扭振频率、扭振振幅和载荷幅值进行控制。

2.如权利要求1所述的摩擦片振动疲劳试验装置，其特征在于，所述动力系统包括电磁激振器和支架；所述电磁激振器的激振力0-10000N可调；频率0-200Hz可调；振幅0-20毫米可调；利用电磁激振器参数的可调性实现不同工况加载及测试，电磁系统为电磁激振器提供动力。

3.如权利要求1或2所述的摩擦片振动疲劳试验装置，其特征在于，所述传动机构包括传动杆、摇臂和轴盘；所述传动杆的一端与电磁激振器输出端活动连接，传动杆的另一端与摇臂的一端活动连接，所述摇臂的另一端与固定在保护箱上的轴盘活动连接，所述内齿与摇臂上对应轴盘的一端固定连接。

4.如权利要求3所述的摩擦片振动疲劳试验装置，其特征在于，所述安装限位机构包括固定环和挡环，所述固定环的圆环面上具有一个容纳外齿的环形台阶，外齿安装在环形台阶内之后再将挡环固定在固定环上，挡环将外齿限制在环形台阶内，外齿的径向位移被约束的同时具有小间隙保证其自由振动，外齿还具有沿固定环轴线转动的自由度。

5.如权利要求4所述的摩擦片振动疲劳试验装置，其特征在于，所述外齿采用完整摩擦片或分成多段试样，分成多段试样能够实现多个试样同时测试。

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