CN111366357B - 电动直驱轴类扭转疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置及方法，旨在解决现有的液压式疲劳试验机成本高，通用性差，存在漏油风险的不足。该发明包括安装平台、动力直驱主电机、动力直驱副电机、扭矩传感器、用于装夹试件的连接座，安装平台上安装可移动的滑板，动力直驱主电机可转动安装在滑板上，动力直驱副电机可转动安装在安装平台上，连接座可移动安装在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，连接座置于动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器置于连接座和动力直驱主电机之间。这种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的结构简单，成本低，通用性好，避免了漏油的风险。

Description

电动直驱轴类扭转疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验装置，更具体地说，它涉及一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置及方法。

背景技术

传统的扭转疲劳设备多采用液压伺服驱动方式，该类设备需配备液压站等辅助设备，整体结构比较复杂且效率不高，能耗也就比较大。另外液压式疲劳试验机在进行检测过程，液压油由于长时间使用，内部混有机械杂质和腐蚀物质，导致液压油其油膜强度不足以承受工作负载的压力，致使金属表面互相接触，从而导致摩擦力急剧增加，加速零件的窘损，同时液压油的润滑性能下降使液压泵和液压马达的内部啮合面磨损；与此同时液压油在使用时，如温度偏高，会使液压油的粘度降低，润滑性下降，会使油泵及液压元件在工作时磨损加快，容易造成泄漏。如温度偏低，会使液压油的粘度升高，将会造成液压元件的运动灵活性下降，严重时可能会使运动元件不能运动，影响正常工作。而且液压式疲劳试验机成本高，通用性不佳。随着新能源汽车的兴起，汽车主机厂对零部件配套企业，在实验室背景环境和测试规范提出了新的高标准要求，迫使未来试验、实验设备在技术指标和系统方案上做提升。随着相关零部件的测试试验要求的不断提高，现有的减震器疲劳试验机无法满足行业的要求。

发明内容

本发明克服了现有的液压式疲劳试验机成本高，通用性差，存在漏油风险的不足，提供了一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置及方法，它的结构简单，成本低，通用性好，避免了漏油的风险。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，包括安装平台、动力直驱主电机、动力直驱副电机、扭矩传感器、用于装夹试件的连接座，安装平台上安装可左右移动的滑板，动力直驱主电机可转动安装在滑板上，动力直驱副电机可转动安装在安装平台上，连接座可前后移动安装在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器置于连接座和动力直驱主电机之间。

本专利的试验装置适用于汽车传动轴、扭杆等轴类零件的耐久疲劳试验，采用直驱技术，直接将所要施加的扭矩施加在试件上，结构简单，功能强大，效率高。采用直驱力矩电机能有效减少占用空间，相对于液压伺服成本较低，没有摩擦运动部件，寿命长。试件的扭转疲劳试验主要包括扭转疲劳试验、静态扭转试验、似静扭转试验、周期循环寿命试验。

扭转疲劳试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，设定动力直驱主电机的输出力矩和转动角度，在该角度范围内往复摆动，到达设定次数试件没有失效判定合格。

静态扭转试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，随着动力直驱主电机的转动输出力矩逐渐增加，输出力矩到达最大设定值试件没有失效判定合格。

似静扭转试验时，试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，使试件受到到扭力随着转动过程不断增加，试件受到的扭力到达最大设定值时试件没有失效判定合格。

周期循环寿命试验时，试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，试件模拟实际工况，低转速大扭矩，高转速小扭矩，在每个阶段设定试件的转速、受到的扭矩以及运行时间，进行循环试验，到达设定时间试件没有失效判定合格。

动力直驱主电机、动力直驱副电机均为可转动设置，可以调整驱动端和固定端的角度，以适应不同角度工况下的试验，通用性好。滑板可移动安装在安装平台上，从而调整动力直驱主电机的位置以适应不同长度的试件。连接座可移动安装在导轨上，便于调整位置以适应试件的装夹，而且可以在连接座上将两个试件连接在一起，同时进行两个试件的疲劳测试。在进行似静扭转试验和周期循环寿命试验时，动力直驱副电机形成反电势，反电势可被吸收，循环利用，实现节能。这种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的结构简单，成本低，通用性好，避免了漏油的风险。

作为优选，滑板上转动连接动力电机安装座，动力直驱主电机紧固安装在安装座上。这种结构设置使动力直驱主电机的安装更加平稳可靠。

作为优选，动力电机安装座上紧固连接传感器支座，扭矩传感器安装在传感器支座上。扭矩传感器安装平稳可靠。

作为优选，安装平台上紧固安装固定板，固定板上转动安装辅助电机安装座，辅助电机安装座转动安装在固定板上。固定板方便了动力直驱副电机的安装。

作为优选，安装平台上安装丝杆，丝杆上适配连接移动块，移动块与滑板紧固连接。丝杆转动带动移动块和滑板一起移动，从而实现动力直驱主电机的移动，运行可靠。

作为优选，连接座上安装有轴承，轴承内圈紧固安装连接法兰，连接座上轴承外圈位置设有紧固法兰。两个试件连接时，将两个试件的端部分别紧固连接在连接法兰的两侧，使试件在连接座位置灵活转动。当试件于连接座紧固连接时，试件的端部与紧固法兰连接紧固。

作为优选，还包括模拟行车轨道、安装在模拟行车轨道上的牵引机，安装平台下表面角部位置设有车轮，车轮支撑在模拟行车轨道上表面上，牵引机与安装平台连接并牵引安装平台在模拟行车轨道上模拟行车，模拟行车轨道上表面上设有若干凹坑和若干凸起。对汽车传动轴试件进行试验时，安装平台在模拟行车轨道由牵引车牵引移动模拟行车过程，模拟汽车启动、刹车、转弯、抖动过程中汽车传动轴的扭转疲劳试验。试验过程更接近实际行车情况，试件的抗疲劳试验数据更加精准可靠。

作为优选，安装平台上车轮位置均设有导向柱、定位杆，导向柱上套装缓冲弹簧，缓冲弹簧和车轮之间连接车轮座，车轮座上设有定位孔，导向柱下部置于定位孔上部，缓冲弹簧连接在安装平台和车轮座之间，车轮转动安装在车轮座上；定位杆上安装导向轮，导向轮靠近模拟行车轨道内侧壁设置，定位杆下端连接限位块，限位块置于模拟行车轨道下方。

缓冲弹簧的设置对车轮增加了缓冲的效果，缓冲过程中导向柱在定位孔内上下移动，平稳可靠。定位杆上的导向轮起到了很好的导向作用，防止安装平台滑离模拟行车轨道。

一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的试验方法，包括扭转疲劳试验、静态扭转试验、似静扭转试验、周期循环寿命试验；扭转疲劳试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，设定动力直驱主电机的输出力矩和转动角度，在该角度范围内往复摆动，到达设定次数试件没有失效判定合格；静态扭转试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，动力直驱主电机的转动输出力矩逐渐增加，输出力矩到达最大设定值试件没有失效判定合格；似静扭转试验时，试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，使试件受到的扭力随着转动过程不断增加，试件受到的扭力到达最大设定值时试件没有失效判定合格；周期循环寿命试验时，试件连接在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器与试件连接用于检测试件受到的扭力大小，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，试件模拟实际工况，低转速大扭矩，高转速小扭矩，在每个阶段设定试件的转速、受到的扭矩以及运行时间，进行循环试验，到达设定时间试件没有失效判定合格；试验过程中左右移动调整滑板的位置，前后移动连接座的位置以适应试件的装夹；试验过程中转动动力直驱主电机和动力直驱副电机的位置实现试件的多角度试验。

动力直驱主电机、动力直驱副电机均为可转动设置，可以调整驱动端和固定端的角度，以适应不同角度工况下的试验，通用性好。滑板可移动安装在安装平台上，从而调整动力直驱主电机的位置以适应不同长度的试件。连接座可移动安装在导轨上，便于调整位置以适应试件的装夹，而且可以在连接座上将两个试件连接在一起，同时进行两个试件的疲劳测试。在进行似静扭转试验和周期循环寿命试验时，动力直驱副电机形成反电势，反电势可被吸收，循环利用，实现节能。

作为优选，试验装置还包括模拟行车轨道、安装在模拟行车轨道上的牵引机，安装平台下表面角部位置设有车轮，车轮支撑在模拟行车轨道上表面上，牵引机与安装平台连接并牵引安装平台在模拟行车轨道上模拟行车，模拟行车轨道上表面上设有若干凹坑和若干凸起；对汽车传动轴试件进行试验时，安装平台在模拟行车轨道由牵引车牵引移动模拟行车过程，模拟汽车启动、刹车、转弯、抖动过程中汽车传动轴的扭转疲劳试验。试验过程更接近实际行车情况，试件的抗疲劳试验数据更加精准可靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的结构简单，成本低，通用性好，避免了漏油的风险；（2）相对传统的试验机，对环境的影响较轻，低噪音，无碰撞，无油污；（3）采用直驱力矩电机能有效减少占用空间，相对于液压伺服成本较低，没有摩擦运动部件，寿命长；（4）汽车传动轴进行扭转疲劳试验时模拟实际行车过程进行动态试验，试验数据更加精准可靠。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例2的结构示意图；

图3是本发明的实施例2的截面图；

图中：1、安装平台，2、动力直驱主电机，3、动力直驱副电机，4、扭矩传感器，5、连接座，6、导轨，7、滑板，8、动力电机安装座，9、传感器支座，10、固定板，11、辅助电机安装座，12、弧形滑槽，13、丝杆，14、轴承，15、连接法兰，16、紧固法兰，17、法兰盘，18、导槽，19、连接垫块，20、模拟行车轨道，21、牵引机，22、车轮，23、导向柱，24、定位杆，25、缓冲弹簧，26、车轮座，27、定位孔，28、导向轮，29、限位块，30、连接杆，31、连接块，32、延伸支座。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置（参见附图1），包括安装平台1、动力直驱主电机2、动力直驱副电机3、扭矩传感器4、用于装夹试件的连接座5、导轨6，安装平台上安装可移动的滑板7，动力直驱主电机可转动安装在滑板上，动力直驱副电机可转动安装在安装平台上，连接座可前后移动安装在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间的导轨上，连接座置于动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器置于连接座和动力直驱主电机之间。动力直驱主电机和动力直驱副电机为同款直驱力矩电机。

滑板上转动连接动力电机安装座8，动力直驱主电机紧固安装在安装座上。动力电机安装座上紧固连接传感器支座9，扭矩传感器安装在传感器支座上。安装平台上紧固安装固定板10，固定板上转动安装辅助电机安装座11，辅助电机安装座转动安装在固定板上。

滑板上和固定板上均设有两条同心的弧形滑槽12，动力电机安装座与弧形滑槽之间以及辅助电机安装座与弧形滑槽之间均通过螺栓组件连接，螺栓组件包括螺栓、锁紧螺母，螺栓与弧形滑槽连接，锁紧螺母连接在螺栓上且抵接在动力电机安装座或辅助电机安装座上。

安装平台上安装丝杆13，丝杆上适配连接移动块，移动块与滑板紧固连接。丝杆转动带动移动块左右移动。连接座上安装有轴承14，轴承内圈紧固安装连接法兰15，连接座上轴承外圈位置设有紧固法兰16。动力直驱主电机和动力直驱副电机的转子输出端均紧固连接有法兰盘17。导轨上设有两条T形的导槽18，导槽和连接座之间通过螺栓组件连接。螺栓组件包括螺栓、锁紧螺母，螺栓的螺帽端安装在导槽内，螺栓连接到连接座后通过锁紧螺母进行锁紧，锁紧螺母抵接在连接座上。导轨两端均设有连接垫块19，连接垫块紧固连接在安装平台上。

一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的试验方法，包括扭转疲劳试验、静态扭转试验、似静扭转试验、周期循环寿命试验；扭转疲劳试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，设定动力直驱主电机的输出力矩和转动角度，在该角度范围内往复摆动，到达设定次数试件没有失效判定合格；静态扭转试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，动力直驱主电机的转动输出力矩逐渐增加，输出力矩到达最大设定值试件没有失效判定合格；似静扭转试验时，试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，使试件受到的扭力随着转动过程不断增加，试件受到的扭力到达最大设定值时试件没有失效判定合格；周期循环寿命试验时，试件连接在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器与试件连接用于检测试件受到的扭力大小，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，试件模拟实际工况，低转速大扭矩，高转速小扭矩，在每个阶段设定试件的转速、受到的扭矩以及运行时间，进行循环试验，到达设定时间试件没有失效判定合格；试验过程中左右移动调整滑板的位置，前后移动连接座的位置以适应试件的装夹；试验过程中转动动力直驱主电机和动力直驱副电机的位置实现试件的多角度试验。

周期循环寿命试验时，扭矩传感器可以套装在试件上，与试件没有接触，此时试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，试件另一端固定在动力直驱主电机转子输出端。扭矩传感器也可以与试件紧固连接，此时试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接。

本专利的试验装置适用于汽车传动轴、扭杆等轴类零件的耐久疲劳试验，采用直驱技术，直接将所要施加的扭矩施加在试件上，结构简单，功能强大，效率高。采用直驱力矩电机能有效减少占用空间，相对于液压伺服成本较低，没有摩擦运动部件，寿命长。

动力直驱主电机、动力直驱副电机均为可转动设置，可以调整驱动端和固定端的角度，以适应不同角度工况下的试验，通用性好。滑板可移动安装在安装平台上，从而调整动力直驱主电机的位置以适应不同长度的试件。连接座可移动安装在导轨上，便于调整位置以适应试件的装夹，而且可以在连接座上将两个试件连接在一起，同时进行两个试件的疲劳测试。在进行似静扭转试验和周期循环寿命试验时，动力直驱副电机形成反电势，反电势可被吸收，循环利用，实现节能。这种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的结构简单，成本低，通用性好，避免了漏油的风险。

实施例2：一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置（参见附图2、附图3），其结构与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中试验装置还包括模拟行车轨道20、安装在模拟行车轨道上的牵引机21，模拟行车轨道呈腰圆形，安装平台下表面角部位置设有车轮22，车轮支撑在模拟行车轨道上表面上，牵引机与安装平台连接并牵引安装平台在模拟行车轨道上模拟行车。牵引车和安装平台之间连接万向机构，万向机构包括连接杆30、连接块31、延伸支座32，延伸支座紧固连接在安装平台前端，连接杆紧固连接在牵引车后端，连接块可竖直方向转动安装在延伸支座上，连接杆可水平转动安装在连接块上。模拟行车轨道上表面上设有若干凹坑和若干凸起。安装平台上车轮位置均设有导向柱23、定位杆24，导向柱上套装缓冲弹簧25，缓冲弹簧和车轮之间连接车轮座26，车轮座上设有定位孔27，导向柱与定位孔适配连接，导向柱下部置于定位孔上部，缓冲弹簧连接在安装平台和车轮座之间，车轮转动安装在车轮座上；定位杆上安装导向轮28，导向轮靠近模拟行车轨道内侧壁设置，定位杆下端连接限位块29，限位块置于模拟行车轨道下方。其它结构与实施例1相同。

一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的试验方法，其与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中对汽车传动轴试件进行试验时，安装平台在模拟行车轨道由牵引车牵引移动模拟行车过程，模拟汽车启动、刹车、转弯、抖动过程中汽车传动轴的扭转疲劳试验。试验过程更接近实际行车情况，试件的抗疲劳试验数据更加精准可靠。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，包括安装平台、动力直驱主电机、动力直驱副电机、扭矩传感器、用于装夹试件的连接座，安装平台上安装可左右移动的滑板，动力直驱主电机可转动安装在滑板上，动力直驱副电机可转动安装在安装平台上，连接座可前后移动安装在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器置于连接座和动力直驱主电机之间；还包括模拟行车轨道、安装在模拟行车轨道上的牵引机，安装平台下表面角部位置设有车轮，车轮支撑在模拟行车轨道上表面上，牵引机与安装平台连接并牵引安装平台在模拟行车轨道上模拟行车，模拟行车轨道上表面上设有若干凹坑和若干凸起；安装平台上车轮位置均设有导向柱、定位杆，导向柱上套装缓冲弹簧，缓冲弹簧和车轮之间连接车轮座，车轮座上设有定位孔，导向柱下部置于定位孔上部，缓冲弹簧连接在安装平台和车轮座之间，车轮转动安装在车轮座上；定位杆上安装导向轮，导向轮靠近模拟行车轨道内侧壁设置，定位杆下端连接限位块，限位块置于模拟行车轨道下方。

2.根据权利要求1所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，滑板上转动连接动力电机安装座，动力直驱主电机紧固安装在安装座上。

3.根据权利要求2所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，动力电机安装座上紧固连接传感器支座，扭矩传感器安装在传感器支座上。

4.根据权利要求1所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，安装平台上紧固安装固定板，固定板上转动安装辅助电机安装座，辅助电机安装座转动安装在固定板上。

5.根据权利要求1所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，安装平台上安装丝杆，丝杆上适配连接移动块，移动块与滑板紧固连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置，其特征是，连接座上安装有轴承，轴承内圈紧固安装连接法兰，连接座上轴承外圈位置设有紧固法兰。

7.一种权利要求1所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的试验方法，其特征是，包括扭转疲劳试验、静态扭转试验、似静扭转试验、周期循环寿命试验；扭转疲劳试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，设定动力直驱主电机的输出力矩和转动角度，在该角度范围内往复摆动，到达设定次数试件没有失效判定合格；静态扭转试验时，试件一端固定在连接座上，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，动力直驱主电机的转动输出力矩逐渐增加，输出力矩到达最大设定值试件没有失效判定合格；似静扭转试验时，试件一端固定在动力直驱副电机转子输出端，另一端固定连接在扭矩传感器上，扭矩传感器与动力直驱主电机转子输出端紧固连接，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，使试件受到的扭力随着转动过程不断增加，试件受到的扭力到达最大设定值时试件没有失效判定合格；周期循环寿命试验时，试件连接在动力直驱主电机和动力直驱副电机之间，扭矩传感器与试件连接用于检测试件受到的扭力大小，此时动力直驱副电机模拟负载，调整动力直驱主电机和动力直驱副电机的输出扭力，试件模拟实际工况，低转速大扭矩，高转速小扭矩，在每个阶段设定试件的转速、受到的扭矩以及运行时间，进行循环试验，到达设定时间试件没有失效判定合格；试验过程中左右移动调整滑板的位置，前后移动连接座的位置以适应试件的装夹；试验过程中转动动力直驱主电机和动力直驱副电机的位置实现试件的多角度试验。

8.根据权利要求7所述的电动直驱轴类扭转疲劳试验装置的试验方法，其特征是，试验装置还包括模拟行车轨道、安装在模拟行车轨道上的牵引机，安装平台下表面角部位置设有车轮，车轮支撑在模拟行车轨道上表面上，牵引机与安装平台连接并牵引安装平台在模拟行车轨道上模拟行车，模拟行车轨道上表面上设有若干凹坑和若干凸起；对汽车传动轴试件进行试验时，安装平台在模拟行车轨道由牵引车牵引移动模拟行车过程，模拟汽车启动、刹车、转弯、抖动过程中汽车传动轴的扭转疲劳试验。

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