CN112964466A - 一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台及试验方法。试验台包括加载组件、负载组件以及连接支撑调节组件；加载组件和负载组件的安装高度相同，保证浮动花键副的输入与输出保持在同一水平高度，并且外花键支撑座与内花键支撑座共用同一个底座，容易在加工时保证内外花键的对中性；与花键副相连的法兰通过凸台凹槽以及平键配合，可保证内外花键同轴度，实现花键副高精度安装，并在法兰另一侧装有全螺纹螺栓，方便花键副的拆卸；角位移台与轴承座连接，通过调节角位移台来改变花键副的偏心量，并通过旋转支撑座上的细牙螺纹螺栓改变花键副的浮动量；角位移台只起到连接作用，并不会承受载荷，轴承座直接固定在支撑座上。
Description
技术领域
本发明涉及浮动花键试验技术领域，具体为一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台及试验方法。
背景技术
在航空动力传输系统中，按工作状态，花键副可分为固定式和浮动式两种。固定式花键副的两个零件在轴向相对固定不动，以便传递两个零件的转矩。浮动式花键副在传递转矩的同时，允许一个零件相对另一个零件有一定的角向和轴向位移。由于航空动力传输系统均载要求，浮动花键应用广泛。浮动式花键副的许用挤压应力明显小于固定式花键副的许用挤压应力。在实际工作过程中，航空渐开线花键副在交变载荷和振动作用下使得原设计相对静止的两接触面产生了微幅运动。该微动作用会使花键副产生浮动量或偏心量的变化，造成接触的键齿表面松动，增加能耗、磨损量以及振动幅度与噪声，影响花键副动态特性，大大缩短了花键副使用寿命。
目前可以针对不同浮动量与偏心量下航空浮动花键磨损规律以及动态响应规律研究的试验台较少，且相关试验台的功能、承载能力、实用性等诸多方面都存在不足。例如申请号为201610805212.6的专利，位移台的承载能力有限，并不能承受花键较高频的振动，限制了整个试验装置的承载能力；并且采用的万向节连接误差较大，并不能达到高精度的效果。申请号为201710148016.0的专利，适用于对浮动花键副微动磨损进行测量，但并不能准确的进行浮动量与偏心量的调节。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台及试验方法，旨在通过浮动花键综合试验台模拟航空花键副工作状态，探究不同浮动量、偏心量下浮动花键副的振动特性、接触印痕、以及磨损量的变化。
本发明的技术方案为：
所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，包括：加载组件、负载组件、以及连接支撑调节组件；
所述连接支撑调节组件包括内花键法兰和外花键法兰；内花键与外花键组成浮动花键副后连接在内花键法兰与外花键法兰之间，并通过内花键法兰以及外花键法兰分别对应连接加载组件以及负载组件；其中内花键法兰或外花键法兰通过双联膜片联轴器与负载组件相连，双联膜片联轴器起到承受径向与角向不对中的作用；
所述连接支撑调节组件中还包括底座、外花键法兰轴承座、内花键法兰轴承座；外花键法兰轴承座以及内花键法兰轴承座中的某一轴承座直接固定在底座或通过第一支撑座固定在底座上；外花键法兰轴承座以及内花键法兰轴承座中的另一轴承座安装在第二支撑座上；
所述第二支撑座内部安装有角位移台，所述另一轴承座与角位移台连接，角位移台的旋转会通过连接结构带动所述另一轴承座转动，产生试验所需的偏心量；在调整好偏心量后，所述另一轴承座与所述第二支撑座固定连接，由所述第二支撑座承受载荷和振动并防止实验过程中产生额外的转动，角位移台固定在所述第二支撑座内部不承受载荷；
所述第二支撑座与底座通过可控的滑动配合方式连接，滑动方向垂直于浮动花键副轴向方向；通过第二支撑座相对底座的滑动，产生试验所需的浮动量。
进一步的，所述第二支撑座与底座通过导向键滑动连接，且在所述第二支撑座与底座之间安装有调节螺栓，通过正反转调节螺栓，实现第二支撑座与底座的相对滑动。
进一步的，所述第二支撑座与底座之间安装有细牙螺纹螺栓作为调节螺栓。
进一步的，所述底座上安装有光栅尺，用于测量第二支撑座与底座的相对滑动距离。
进一步的，所述内花键法兰与内花键，以及外花键法兰与外花键之间通过凸台凹槽以及平键配合，同时通过紧固螺栓连接；其中法兰端面具有凸台，花键端面具有凹槽，通过凸台凹槽配合方式保证同轴度，并在凸台凹槽配合面上布置有平键，提高安装与试验过程精度。
进一步的，在法兰端面上装有全螺纹螺栓作为拆卸螺栓，且在花键端面上无与之对应螺纹孔，因此在拧紧拆卸螺栓时，会对外花键产生挤压力，方便拆卸。
进一步的，所述另一轴承座通过销轴螺栓穿过支撑座与角位移台连接。
进一步的，所述底座采用Q235钢材料铸造而成。
进一步的，所述加载组件采用电机，所述负载组件采用测功机。
利用试验台进行浮动花键试验的方法，包括以下步骤：
步骤1：在待测浮动花键上涂抹用于显示表面状态的涂料，并将待测浮动花键安装到试验台上，内外花键处于对中位置；
步骤2：利用角位移台带动所述另一轴承座旋转到所需的偏心量，然后将所述另一轴承座与所述第二支撑座固定连接；调整第二支撑座相对底座滑动，产生试验所需的浮动量，然后将所述第二支撑座与底座固定；
步骤3：开启加载组件和负载组件，提供加载环境，达到试验要求后，关闭加载组件和负载组件；
步骤4：根据研究目的对试验后的浮动花键进行分析：
如只研究接触印痕，则拆卸内花键，将内花键移动到外花键没有键齿的部位，根据涂料存在状况观察接触印痕；
如需探究磨损量，则拆卸整个花键套，采用称重法进行分析。
有益效果
本发明的有益效果是：
1、加载组件和负载组件的安装高度相同，保证浮动花键副的输入与输出保持在同一水平高度，并且外花键支撑座与内花键支撑座共用同一个底座，容易在加工时保证内外花键的对中性。
2、与花键副相连的法兰通过凸台凹槽以及平键配合，可保证内外花键同轴度，实现花键副高精度安装，并在法兰另一侧装有全螺纹螺栓，方便花键副的拆卸。
3、角位移台与轴承座连接，可通过调节角位移台来改变花键副的偏心量，精度可随角位移台的变化而变化，并可以通过旋转支撑座上的细牙螺纹螺栓改变花键副的浮动量，精度可通过光栅尺进行调节。
4、角位移台只起到连接作用，并不会承受载荷，轴承座直接固定在支撑座上，由45钢铸造而成的支撑座承载，所以试验台具有很高的承载能力，能够承受航空花键副的实际工作载荷。
5、双联膜片联轴器能够承受一定范围的角向不对中与径向不对中，通过选择能够承受所要调节的浮动量与偏心量的双联膜片联轴器，用于花键副的输出端与测功机相连，无需有浮动量与偏心量之后调节测功机位置。
6、本发明其设计科学合理，维护维修方便。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是显示本发明主体结构示意图。
图2是显示本发明法兰与外花键联接示意图。
图3是显示本发明浮动量与偏心量调节装置示意图。
其中：1、电机；2、电机底座；3、单联膜片联轴器；4、外花键法兰轴承座；5、外花键支撑座；6、内花键法兰轴承座；7、角位移台；8、细牙螺纹螺栓；9、内花键支撑座；10、底座；11、光栅尺；12、测功机；13、双联膜片联轴器；14、内花键法兰；15、内花键；16、外花键；17、拆卸螺栓；18、外花键法兰；19、平键；20、销轴螺栓。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例中提供的一种研究浮动量和偏心量双因素对浮动花键接触印痕、摩擦磨损及动态特性等方面影响的高承载精度可调的浮动花键综合试验台，包括：加载组件、负载组件、以及连接支撑调节组件。
所述连接支撑调节组件包括内花键法兰和外花键法兰；内花键与外花键组成浮动花键副后连接在内花键法兰与外花键法兰之间，并通过内花键法兰以及外花键法兰分别对应连接加载组件以及负载组件。
如图1所示，本实施例中，待测外花键16连接的加载端，内花键15连接的负载端，加载组件采用电机，负载组件采用测功机。外花键16通过外花键法兰18、单联膜片联轴器3连接电机1输出轴，电机1固定在电机底座2上，内花键15通过内花键法兰14和双联膜片联轴器13与测功机12相连，与外花键法兰连接的外花键法兰轴承座4固定在外花键支撑座5上，与内花键法兰连接的内花键法兰轴承座6连接在内花键支撑座9上。外花键支撑座5和内花键支撑座9共用同一个底座10，底座10采用Q235钢材料铸造而成。
这里单联膜片联轴器3只起连接作用，而双联膜片联轴器13除了起连接作用外，还起到承受径向与角向不对中的作用。
如图2所示，外花键法兰18与外花键16通过普通紧固螺栓连接，并对连接部分法兰局部放大可以看到外花键法兰18端面拥有的凸台刚好与外花键16端面的凹槽配合，这种配合方式能够保证同轴度，同时还利用凸台凹槽配合面上布置的平键19提高安装与试验过程精度。在外花键法兰18盘面另一侧装有全螺纹螺栓作为拆卸螺栓17，而在外花键16盘面并无与之对应螺纹孔，因此在拧紧拆卸螺栓17时，会对外花键产生挤压力，方便拆卸。外花键法兰18与外花键16的配合方式，与内花键法兰14与内花键15的配合方式相同，所以可根据需求互换内外花键安装位置。
如图3所示，内花键法兰轴承座6通过销轴螺栓20与角位移台7连接，通过椭圆内的局部放大视图可以看出内花键法兰轴承座6与角位移台7是间接连接，即角位移台7的旋转会通过销轴螺栓20带动内花键法兰轴承座6转动，从而产生试验所需的偏心量，调整好偏心量后通过普通螺栓将内花键法兰轴承座6固定在内花键支撑座9上，由内花键支撑座9承受载荷和振动并防止实验过程中产生额外的转动，角位移台7固定在内花键支撑座9内部不承受载荷。
内花键支撑座9与底座10通过导向键滑动连接，底座两侧装有控制底座滑动方向细牙螺纹螺栓8，正反面细牙螺纹螺栓8拧紧与松懈会推动内花键支撑座9与底座10相对沿径向移动，从而带动内花键偏移，产生试验所需的浮动量，相对移动的距离通过内花键支撑座9两侧的光栅尺11来判定。
该试验台能够通过角位移台调节花键副偏心量，通过旋转细牙螺纹螺栓调节浮动量，并且能够承受较大的载荷，为研究航空浮动花键的磨损影响因素以及动态响应特点提供更加可靠的试验条件。
具体的实验步骤如下：
步骤1：在待测浮动花键上涂抹用于显示表面状态的涂料，例如蓝油，并将待测浮动花键安装到试验台上，内外花键处于对中位置；
步骤2：利用角位移台带动内花键法兰轴承座旋转到所需的偏心量，然后将内花键法兰轴承座与内花键支撑座固定连接；旋转细牙螺纹螺栓，调整内花键支撑座相对底座滑动，产生试验所需的浮动量，然后将内花键支撑座与底座固定；
步骤3：必要时，可将振动传感器安在所需测量的位置，开启电机和测功机，提供加载环境，开始试验，采集扭矩传感器(和振动传感器)上的信号；达到试验要求后，关闭测功机和电机；
步骤4：根据研究目的对试验后的浮动花键进行分析：
如只研究接触印痕，则拆卸内花键，将内花键移动到外花键没有键齿的部位，根据蓝油存在状况观察接触印痕；
如需探究磨损量，则拆卸整个花键套，采用称重法进行分析。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：包括：加载组件、负载组件、以及连接支撑调节组件；
所述连接支撑调节组件包括内花键法兰和外花键法兰；内花键与外花键组成浮动花键副后连接在内花键法兰与外花键法兰之间，并通过内花键法兰以及外花键法兰分别对应连接加载组件以及负载组件；其中内花键法兰或外花键法兰通过双联膜片联轴器与负载组件相连，双联膜片联轴器起到承受径向与角向不对中的作用；
所述连接支撑调节组件中还包括底座、外花键法兰轴承座、内花键法兰轴承座；外花键法兰轴承座以及内花键法兰轴承座中的某一轴承座直接固定在底座或通过第一支撑座固定在底座上；外花键法兰轴承座以及内花键法兰轴承座中的另一轴承座安装在第二支撑座上；
所述第二支撑座内部安装有角位移台，所述另一轴承座与角位移台连接，角位移台的旋转会通过连接结构带动所述另一轴承座转动，产生试验所需的偏心量；在调整好偏心量后，所述另一轴承座与所述第二支撑座固定连接，由所述第二支撑座承受载荷和振动并防止实验过程中产生额外的转动，角位移台固定在所述第二支撑座内部不承受载荷；
所述第二支撑座与底座通过可控的滑动配合方式连接，滑动方向垂直于浮动花键副轴向方向；通过第二支撑座相对底座的滑动，产生试验所需的浮动量。
2.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述第二支撑座与底座通过导向键滑动连接，且在所述第二支撑座与底座之间安装有调节螺栓，通过正反转调节螺栓，实现第二支撑座与底座的相对滑动。
3.根据权利要求2所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述第二支撑座与底座之间安装有细牙螺纹螺栓作为调节螺栓。
4.根据权利要求1或2所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述底座上安装有光栅尺，用于测量第二支撑座与底座的相对滑动距离。
5.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述内花键法兰与内花键，以及外花键法兰与外花键之间通过凸台凹槽以及平键配合，同时通过紧固螺栓连接；其中法兰端面具有凸台，花键端面具有凹槽，并在凸台凹槽配合面上布置有平键。
6.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：在法兰端面上装有全螺纹螺栓作为拆卸螺栓，且在花键端面上无与之对应螺纹孔。
7.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述另一轴承座通过销轴螺栓穿过支撑座与角位移台连接。
8.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述底座采用Q235钢材料铸造而成。
9.根据权利要求1所述一种高承载精度可调的浮动花键综合试验台，其特征在于：所述加载组件采用电机，所述负载组件采用测功机。
10.利用权利要求1所述试验台进行浮动花键试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在待测浮动花键上涂抹用于显示表面状态的涂料，并将待测浮动花键安装到试验台上，内外花键处于对中位置；
步骤2：利用角位移台带动所述另一轴承座旋转到所需的偏心量，然后将所述另一轴承座与所述第二支撑座固定连接；调整第二支撑座相对底座滑动，产生试验所需的浮动量，然后将所述第二支撑座与底座固定；
步骤3：开启加载组件和负载组件，提供加载环境，达到试验要求后，关闭加载组件和负载组件；
步骤4：根据研究目的对试验后的浮动花键进行分析：
如只研究接触印痕，则拆卸内花键，将内花键移动到外花键没有键齿的部位，根据涂料存在状况观察接触印痕；
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