CN111189632A - 齿轮疲劳寿命综合试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮疲劳寿命综合试验台，包括相对啮合的陪试齿轮对、相互啮合的测试齿轮对、动力装置、移动平台、万向组件以及用于测试齿轮各项疲劳参数的测试组件，所述陪试齿轮对与测试齿轮对形成闭合颤动系统，万向组件安装于移动平台上并可被移动平台驱动水平运动以调整从动齿轮Ⅱ与主动齿轮Ⅱ的啮合工况，所述移动平台至少可在X向以及Y向驱动万向组件水平运动；本发明万向组件移动时可带动从动齿轮Ⅱ传动轴轴向运动或者偏移，使得测试齿轮对形成中心距偏差、平行度偏差或者转角偏差等啮合工况以模拟齿轮在实际运行中的不同运行工况，可以在不同的载荷和转速下对齿轮疲劳参数和运行工况的检测，同时也可以用于研究轴交角误差、安装距误差对各种规格的齿轮啮合性能和疲劳参数的影响。

Description

齿轮疲劳寿命综合试验台

技术领域

本发明涉及齿轮测试试验技术领域，特别涉及一种齿轮疲劳寿命综合试验台。

背景技术

齿轮试验台是对齿轮传动装置进行性能测试的试验设备。通过试验来检验齿轮传动装置设计的合理性，加工、制造、装配和调试的工艺性。对试验结果的深入分析有助于了解和评定齿轮传动装置的综合机械性能，同时也为工程设计人员提供实践的参考资料和设计依据。随着机械工业向着高速比、大功率、低噪声等方向发展，人们对于齿轮传动装置的性能提出了更高的要求，因此，对齿轮试验台的深入研究和开发将具有重要的实际应用意义。

齿轮传动形式很多，可以实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动，在实际工程中，由于加工及装配误差的存在，会影响到齿轮副的啮合性能，尤其是中心距偏差和平行度偏差，会对齿轮副的接触状态产生较大影响。目前，还没有一种适合测试齿轮啮合在转角偏差、中心距偏差、平行度偏差等多种工况下的疲劳寿命试验台。

因此需要一种齿轮疲劳寿命综合试验台，可以检测齿轮在多种啮合工况下疲劳参数。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种齿轮疲劳寿命综合试验台，可以检测齿轮在多种啮合工况下疲劳参数。

本发明的齿轮疲劳寿命综合试验台，包括相对啮合的陪试齿轮对、相互啮合的测试齿轮对、动力装置、移动平台、万向组件以及用于测试齿轮各项疲劳参数的测试组件，所述陪试齿轮对中主动齿轮Ⅰ与测试齿轮对中主动齿轮Ⅱ传动配合，陪试齿轮对中从动齿轮Ⅰ与测试齿轮对中从动齿轮Ⅱ通过万向组件传动配合，所述动力装置驱动主动齿轮Ⅰ转动，所述万向组件与从从动齿轮Ⅰ之间的传动轴通过轴承Ⅱ传动配合安装于轴承座Ⅱ上，万向组件安装于移动平台上并可被移动平台驱动水平运动以调整从动齿轮Ⅱ与主动齿轮Ⅱ的啮合工况，所述移动平台至少可在X向以及Y向驱动万向组件水平运动。

进一步，所述从动齿轮Ⅱ的传动轴通过关节轴承转动配合安装于测试齿轮箱，所述测试齿轮对安装于测试齿轮箱内，所述关节轴承可Y向滑动安装于测试齿轮箱上。

进一步，所述万向组件包括一对轴向排列的十字万向节，所述十字万向节通过升缩杆传动配合，靠近从动齿轮Ⅱ的十字万向节安装于移动平台上。

进一步，所述移动平台包括Y向导轨、可Y向滑动安装于Y向导轨上X向导轨、可X向滑动安装于X向导轨上的工作台、驱动X向导轨Y向滑动的电机Ⅰ以及驱动工作台X向滑动的电机Ⅱ，靠近从动齿轮Ⅱ的十字万向节安装于工作台上。

进一步，所述主动齿轮Ⅱ的传动轴以及从动齿轮Ⅱ的传动轴上安装有径向相对的光栅，所述光栅与编码器电连接。

进一步，靠近从动齿轮Ⅰ的十字万向节与从动齿轮Ⅰ之间的传动轴上安装有扭矩转速传感器以及用于对该传动轴加载扭矩的液压扭矩加载器。

进一步，所述测试组件包括安装于测试齿轮箱上的噪声传感器以及安装于主动齿轮Ⅱ的传动轴上或者从动齿轮Ⅱ的传动轴上的振动传感器。

进一步，测试组件还包括高速摄影机，所述高速摄影机正对测试齿轮对用于观测齿轮上的接触斑点。

进一步，所述主动齿轮Ⅰ与主动齿轮Ⅱ之间的传动轴通过轴承Ⅰ传动配合安装于轴承座Ⅰ上。

进一步，所述轴承座Ⅱ设置有两个，所述扭矩转速传感器和液压扭矩加载器安装于两个轴承座Ⅱ之间的传动轴上。

本发明的有益效果：

本发明通过陪试齿轮和测试齿轮构成一个功率封闭的系统，从而对损失功率进行弥补；万向组件移动时可带动从动齿轮Ⅱ的传动轴运动或者偏移，使得测试齿轮对形成中心距偏差、平行度偏差或者转角偏差等啮合工况以模拟齿轮在实际运行中的不同运行工况，可以在不同的载荷和转速下对齿轮疲劳参数和运行工况的检测，例如可对接触斑点、传动效率、噪声、振动等参数检测对疲劳寿命进行综合分析；同时也可以用于研究轴交角误差、安装距误差对各种规格的齿轮啮合性能和疲劳参数的影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明原理结构示意图；

图3为测试齿轮对安装结构示意图；

图4为移动平台结构示意图；

图5为万向组件结构示意图；

具体实施方式

图1为本发明结构示意图；图2为本发明原理结构示意图；图3为测试齿轮对安装结构示意图；图4为移动平台结构示意图；图5为万向组件结构示意图；

如图所示，本实施例中的齿轮疲劳寿命综合试验台，包括相对啮合的陪试齿轮对、相互啮合的测试齿轮对、动力装置5、移动平台6、万向组件7以及用于测试齿轮各项疲劳参数的测试组件，所述陪试齿轮对中主动齿轮Ⅰ11与测试齿轮对中主动齿轮Ⅱ21传动配合，陪试齿轮对中从动齿轮Ⅰ12与测试齿轮对中从动齿轮Ⅱ22通过万向组件传动配合，所述动力装置驱动主动齿轮Ⅰ11转动，所述万向组件与从从动齿轮Ⅰ之间的传动轴通过轴承Ⅱ传动配合安装于轴承座Ⅱ42上，万向组件安装于移动平台上并可被移动平台驱动水平运动以调整从动齿轮Ⅱ与主动齿轮Ⅱ的啮合工况，所述移动平台至少可在X向以及Y向驱动万向组件水平运动。

主动齿轮Ⅰ与从动齿轮Ⅰ的轴线平行，从动齿轮Ⅰ与从动齿轮Ⅱ轴线平行，其中各个齿轮对可以为人字齿轮、直齿圆柱齿轮、斜齿齿轮等各种规格不同齿形的齿轮；X向为齿轮的轴向方向，Y向为垂直于X向的水平方向；动力装置选用PH8228-D840-2AA1型电动机，电机动力通过主动齿轮Ⅰ输出至从动齿轮Ⅰ以及主动齿轮Ⅱ，并经过主动齿轮Ⅱ传递至从动齿轮Ⅱ，而且从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅰ传动配合，其中主动齿轮Ⅰ与主动齿轮Ⅱ规格一致，从动齿轮Ⅰ与从动齿轮Ⅱ规格一致，通过各部分构成一个功率封闭的系统，从而对损失功率进行弥补；万向组件移动时可带动从动齿轮Ⅱ传动轴运动或者偏移，使得测试齿轮对形成中心距偏差、平行度偏差或者转角偏差等啮合工况以模拟齿轮在实际运行中的不同运行工况，可以在不同的载荷和转速下对齿轮疲劳参数和运行工况的检测，例如可对接触斑点、传动效率、噪声、振动等参数检测对疲劳寿命进行综合分析；同时也可以用于研究轴交角误差、安装距误差对各种规格的齿轮啮合性能和疲劳参数的影响。

本实施例中，所述从动齿轮Ⅱ22的传动轴通过关节轴承23转动配合安装于测试齿轮箱24，所述测试齿轮对安装于测试齿轮箱内，所述关节轴承23可Y向滑动安装于测试齿轮箱24上。其中关节轴承安装于相应的轴承座内，该轴承座可Y向滑动安装于滑轨25上，滑轨安装于测试齿轮箱上，滑轨Y向延伸，滑轨可以为T型轨道、工字型轨道或者燕尾状轨道，其中轴承座底部开设有与轨道相适配的滑槽，通过该结构利于从动齿轮Ⅱ传动轴在随着万向节运动偏移实现自适应的调节，且通过关节轴承适配从动齿轮Ⅱ传动轴的角度调节，可避免轴承与传动轴之间的刚性碰撞，该装置能够满足多种齿轮的平行轴安装以及一定角度范围内的相交轴安装，并模拟齿轮对在具有轴交角误差以及安装距误差的工况下的运行状态，利于模拟真实运行状态下的各种工况，利于对测试齿轮的啮合性能和疲劳参数的综合检测，同时也可以用于研究轴在交角误差、安装距误差运行工况下对齿轮的啮合性能以及疲劳寿命的影响。

本实施例中，所述万向组件包括一对轴向排列的十字万向节71，所述十字万向节通过升缩杆72传动配合，靠近从动齿轮Ⅱ22的十字万向节安装于移动平台上。结合图5所示，两个十字万向节轴向相互远离一端传动配合于对应的传动轴上，该传动轴通过支架73支撑，该支架也同时作为轴承座安装有轴承，相应的传动轴通过轴承转动配合安装于支架上，两个十字万向节在轴向相互靠近一端连接有滑套721，两个滑套内滑动套有滑动杆722，为保证两个万向节的转动配合，滑动杆截面优选呈矩形或者六边形或其他多边形结构，滑套内腔与滑动杆相适配，以防止滑套与滑动杆的相对转动，位于轴向左侧的十字万向节安装于移动平台上并可随着移动平台滑动，左侧十字万向节带动从动齿轮Ⅱ22的传动轴运动偏移以模拟不同的运行工况，其中右侧的十字万向节与从动齿轮Ⅰ之间的传动轴通过轴承Ⅱ传动配合安装于轴承座Ⅱ42上，即保证左侧十字万向节的偏移不影响从动齿轮Ⅰ12的传动轴，保证陪试齿轮对的稳定啮合。

本实施例中，所述移动平台包括Y向导轨61、可Y向滑动安装于Y向导轨上X向导轨62、可X向滑动安装于X向导轨上的工作台63、驱动X向导轨Y向滑动的电机Ⅰ64以及驱动工作台X向滑动的电机Ⅱ65，靠近从动齿轮Ⅱ22的十字万向节安装于工作台上。结合图4所示，X向导轨62底部安装有安装座66，该安装座底部安装有滑块67，该滑块具有滑槽并与Y向导轨滑动配合，电机Ⅰ64选用直线电机，电机Ⅰ64驱动滑块67沿着Y向导轨滑动，其中，X向导轨62顶部安装有基座68，工作台安装于基座上，该结构可通过电机Ⅰ和电机Ⅱ驱动工作台在X向以及Y向水平滑动从而调节相应的十字万向节滑动从而调节从动齿轮Ⅱ22的啮合工况。

本实施例中，所述主动齿轮Ⅱ21的传动轴以及从动齿轮Ⅱ22的传动轴上安装有径向相对的光栅91，所述光栅与编码器92电连接。其中齿轮的传动轴含义为与该齿轮传动配合的传动轴，光栅安装于相应传动轴的端部，光栅每移动一个栅距，输出信号便变化一个周期，通过周期的变化来测量出主动齿轮Ⅱ21的传动轴以及从动齿轮Ⅱ22的传动轴的线位移，编码器通过光线强度随转角作周期性变化，把光信号转换为电信号，输出的电流信号随转角做周期性变化，可以测出角位移，两者协同工作即可测得线位移和角位移的变化，以确定测试齿轮对的啮合工况，光栅与编码器的连接方式以及相互配合工作原理为现有技术，具体不在赘述；

本实施例中，靠近从动齿轮Ⅰ12的十字万向节与从动齿轮Ⅰ12之间的传动轴上安装有扭矩转速传感器31以及用于对该传动轴加载扭矩的液压扭矩加载器32。扭矩转速传感器31采用HCNJ-101型，液压扭矩加载器用于对被测齿轮施加扭矩，同时可以在齿轮工作时平稳加载载荷来模拟真实工况下的齿轮传动以及加速，实现在较短的时间内齿轮疲劳试验评价和预估；

本实施例中，所述测试组件包括安装于测试齿轮箱上的噪声传感器93以及安装于主动齿轮Ⅱ21的传动轴上或者从动齿轮Ⅱ22的传动轴上的振动传感器94。主动齿轮Ⅱ的传动轴通过一对滚动轴承安装于测试齿轮箱上，本实施例选用DC11/TZ-2KA型噪声传感器和JYHK-ST-3/2型振动传感器，其中噪声传感器安装在测试齿轮箱内侧，振动传感器安装于主动齿轮Ⅱ21或者从动齿轮Ⅱ22对应的传动轴上，或者也可安装于主动齿轮Ⅱ21的传动轴对应的滚动轴承外侧，通过二者检测测试齿轮的噪音以及振动情况，以实时了解测试齿轮的运行工况。

本实施例中，测试组件还包括高速摄影机95，所述高速摄影机正对测试齿轮对用于观测齿轮上的接触斑点。本实施例中高速摄影机正对从动齿轮Ⅱ22，用于观察该齿轮齿面的接触斑点，当接触斑点占比累积到一定数量时，被测齿轮出现点蚀疲劳，点蚀越多则导致的振动以及噪音越大，通过高速摄影机、噪声传感器以及振动传感器综合评判齿轮的疲劳状态。

本实施例中，所述主动齿轮Ⅰ11与主动齿轮Ⅱ21之间的传动轴通过轴承Ⅰ传动配合安装于轴承座Ⅰ41上。其中主动齿轮Ⅰ11与主动齿轮Ⅱ21之间的传动轴分段连接，并通过若干个刚性联轴器Ⅰ43传动配合，通过轴承座Ⅰ41实现对主动齿轮Ⅰ11与主动齿轮Ⅱ21之间传动轴的支撑，提高主动齿轮Ⅰ11与主动齿轮Ⅱ21之间动力传递的平稳性。

本实施例中，所述轴承座Ⅱ42设置有两个，所述扭矩转速传感器31和液压扭矩加载器32安装于两个轴承座Ⅱ之间的传动轴上。万向组件与从动齿轮Ⅰ12之间的传动轴分段连接并通过若干个刚性联轴器Ⅱ44传动配合，通过两个轴承座Ⅱ42提高万向组件与从动齿轮Ⅰ之间的传动轴的传动稳定性，以提高扭矩转速传感器31的检测精度，同时液压扭矩加载器32可平稳载荷来模拟真实工况。

本实施例中，光栅91、编码器92、扭矩转速传感器31、液压扭矩加载器32、高速摄影机95、噪声传感器93以及振动传感器94可相互独立工作也可通过工控机实现统一控制；结合图2所示，本实施例中设置工控机96、频率计算器97、数据采集器98，其中工控机控制动力装置5启动以及运行转速，在动力装置的驱动下，陪试齿轮对和测试齿轮对开始转动，扭矩转速传感器31将测得的扭矩和转速反馈给数据采集器98，用于对液压扭矩加载器的加载载荷和动力装置转速的控制；振动传感器94用于检测主动齿轮Ⅱ传动轴的振动并将振动信号传输至数据采集器98，噪声传感器93将测得的噪声信号实时传输到数据采集器98，编码器和光栅用于实时检测相应传动轴的旋转位移、角位移以及加速度等状态信息，并将转换成电脉冲信号传输到数据采集器98，频率计数器97用于记录测试齿轮的应力循环次数，并将相应的数据传输到数据采集器98，高速摄影机95用于观察测试齿轮齿面的接触斑点，并将相应的数据传输到数据采集器98，数据采集器与工控机电连接并将相应的数据传动至工控机，数据采集器采用PCL-812PG型，实现对测试齿轮的噪声、振动信息、接触斑点以及运行状态的监控，当接触斑点占比累积到一定数量时，被测齿轮出现点蚀疲劳，此时对应振动和噪声增强，振动信号传感器和噪声传感器输出的振动信号增大，当点蚀严重时，振动信号传感器和噪声传感器输出电流增大，输出电流达到一定阈值时自动切断电源，结束试验，工控机记录相应的循环次数、振动、噪声以及传动误差的数据，再通过高速摄影机记录接触斑点的大小，在不同的时刻做相应的记录，用以综合反映齿轮的疲劳寿命。

其中光栅、编码器、扭矩转速传感器31、液压扭矩加载器32、高速摄影机95、噪声传感器93、振动传感器94、工控机96、频率计算器97、以及数据采集器98均采用现有部件，本实施例不涉及对上述各部件本身的改进，保护的是各部件之间的电气连接关系，本领域技术人员可根据自己的成本要求选用相应的型号，本领域技术人员只需要根据产品说明书以及本申请中公开的原理就可以毫无疑义的进行各个部件的电气连接。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：包括相对啮合的陪试齿轮对、相互啮合的测试齿轮对、动力装置、移动平台、万向组件以及用于测试齿轮各项疲劳参数的测试组件，所述陪试齿轮对中主动齿轮Ⅰ与测试齿轮对中主动齿轮Ⅱ传动配合，陪试齿轮对中从动齿轮Ⅰ与测试齿轮对中从动齿轮Ⅱ通过万向组件传动配合，所述动力装置驱动主动齿轮Ⅰ转动，所述万向组件与从从动齿轮Ⅰ之间的传动轴通过轴承Ⅱ传动配合安装于轴承座Ⅱ上，万向组件安装于移动平台上并可被移动平台驱动水平运动以调整从动齿轮Ⅱ与主动齿轮Ⅱ的啮合工况，所述移动平台至少可在X向以及Y向驱动万向组件水平运动。

2.根据权利要求1所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述从动齿轮Ⅱ的传动轴通过关节轴承转动配合安装于测试齿轮箱，所述测试齿轮对安装于测试齿轮箱内，所述关节轴承可Y向滑动安装于测试齿轮箱上。

3.根据权利要求1所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述万向组件包括一对轴向排列的十字万向节，所述十字万向节通过升缩杆传动配合，靠近从动齿轮Ⅱ的十字万向节安装于移动平台上。

4.根据权利要求3所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述移动平台包括Y向导轨、可Y向滑动安装于Y向导轨上X向导轨、可X向滑动安装于X向导轨上的工作台、驱动X向导轨Y向滑动的电机Ⅰ以及驱动工作台X向滑动的电机Ⅱ，靠近从动齿轮Ⅱ的十字万向节安装于工作台上。

5.根据权利要求2所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述主动齿轮Ⅱ的传动轴以及从动齿轮Ⅱ的传动轴上安装有径向相对的光栅，所述光栅与编码器电连接。

6.根据权利要求3所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：靠近从动齿轮Ⅰ的十字万向节与从动齿轮Ⅰ之间的传动轴上安装有扭矩转速传感器以及用于对该传动轴加载扭矩的液压扭矩加载器。

7.根据权利要求2所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述测试组件包括安装于测试齿轮箱上的噪声传感器以及安装于主动齿轮Ⅱ的传动轴上或者从动齿轮Ⅱ的传动轴上的振动传感器。

8.根据权利要求7所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：测试组件还包括高速摄影机，所述高速摄影机正对测试齿轮对用于观测齿轮上的接触斑点。

9.根据权利要求1所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述主动齿轮Ⅰ与主动齿轮Ⅱ之间的传动轴通过轴承Ⅰ传动配合安装于轴承座Ⅰ上。

10.根据权利要求1所述的齿轮疲劳寿命综合试验台，其特征在于：所述轴承座Ⅱ设置有两个，所述扭矩转速传感器和液压扭矩加载器安装于两个轴承座Ⅱ之间的传动轴上。

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