CN115343171A - 一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置及轮齿定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置及轮齿定位方法，所述轮齿定位辅助装置包括底座、驱动部、顶升部、应变测量部、锁紧部和控制部；所述驱动部和顶升部安装于所述底座上方，且所述驱动部与顶升部传动连接；所述应变测量部贴设于所述底座的底面；所述锁紧部安装于所述底座下方；所述控制部与所述驱动部通信连接，以控制所述驱动部驱动顶升部动作。本发明装置及方法通过舵机、凸轮机构、应变片等实现轮齿自动定位；利用应变片检测压力变化，并通过电磁铁吸附夹具产生的摩擦力实现装置固定，提高轮齿定位精度及效率。

Description

一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置及轮齿定位 方法

技术领域

本发明涉及传动产品试验测试技术领域，更具体的说是涉及一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置及轮齿定位方法。

背景技术

齿轮弯曲疲劳失效是齿轮常见的失效形式之一。齿轮轮齿在工作时相当于一个悬臂梁，在齿面法向加载力的作用下，齿根处将产生弯曲应力。轮齿在周期性变化的弯曲应力作用下，经常在应力集中最严重的齿根处首先出现裂纹；裂纹不断扩展，当有效承载断面不足以支承正常载荷时，整个轮齿或者部分轮齿就会出现突然断裂。齿轮弯曲疲劳在量变过程中往往不容易发现，一旦发生质变将导致整个传动设备失效甚至造成严重的事故。因此，研究齿轮弯曲疲劳强度试验方法、开展弯曲疲劳试验对齿轮弯曲疲劳试验是研究齿轮弯曲疲劳强度的重要手段之一，通过开展弯曲疲劳试验，可以快速积累大量的弯曲疲劳强度基础数据，进而为齿轮传动系统设计提供重要的数据支撑。因此，研究齿轮弯曲疲劳强度试验方法、开展齿轮弯曲疲劳试验对齿轮性能及可靠性的保障与提升具有十分重要的意义。

在齿轮弯曲疲劳试验中，齿轮轮齿的调平及定位是试验的重要步骤之一。通过定位，可以保证载荷作用在轮齿接近齿顶的有效渐开线的齿面上，确保载荷点的准确位置，并能保证施加在轮齿上的载荷作用线与试验齿轮基圆相切。

但目前轮齿调平及定位主要通过水平板件及人为感知的手段实现，即当轮齿触碰水平板件后，手动滑动水平板件，感受到摩擦力后即认为轮齿调节到位。这种方法的齿轮轮齿定位精度较低，且非常依赖试验人员的经验，对弯曲疲劳试验的数据一致性及准确性具有较大的影响。因此，迫切需要开发一种齿轮轮齿的辅助自动定位装置，保证齿轮轮齿的定位精度，进而保证齿轮疲劳试验数据的一致性及准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置，从而实现了轮齿位置的自动调整，避免了传统的手动调整时的位置精度差、效率低下等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置，其特征在于：所述轮齿定位辅助装置包括底座、驱动部、顶升部、应变测量部、锁紧部和控制部；

所述驱动部和顶升部安装于所述底座上方，且所述驱动部与顶升部传动连接；

所述应变测量部贴设于所述底座的底面；

所述锁紧部安装于所述底座下方；

所述控制部与所述驱动部通信连接，以控制所述驱动部驱动顶升部动作。

优选的，所述驱动部为舵机，所述顶升部为带有凸轮轴的凸轮；所述舵机通过舵机连接盘与所述凸轮轴固定连接，以实现与所述凸轮传动连接；所述底座表面固定安装有支撑架，所述支撑架上安装有凸轮轴轴承，所述凸轮轴支撑于所述凸轮轴轴承中，以实现所述舵机和凸轮的安装。

优选的，所述凸轮为可更换部件。

优选的，所述应变测量部为四分之一桥接的应变片，其中应变片作为一个桥臂贴设于所述底座的底面，另外三个桥臂为设置在所述控制部内的标准电阻。

优选的，所述锁紧部包括支架、电磁铁、弹簧和推板；所述支架与所述底座固定连接，所述弹簧一端与所述支架固定连接、另一端与所述推板的一面固定连接，所述推板的另一面固定连接所述电磁铁，所述电磁铁具有与齿轮夹具的侧面相吸附的锁紧面。

本发明还提供一种采用上述轮齿定位辅助装置的轮齿定位的方法，其特征在于：

将所述底座的底面与齿轮夹具的上端面贴合接触，用所述锁紧部将所述轮齿定位辅助装置与所述齿轮夹具锁紧固定；

将具有第一轮齿和第二轮齿两个相邻轮齿的待测试齿轮夹持于所述齿轮夹具上，并使得第一轮齿位于所述顶升部的上方，第二轮齿位于所述应变测量部的下方；

所述控制部持续输出驱动信号驱动所述驱动部，所述驱动部驱动所述顶升部向上顶升，以与所述第一轮齿的下齿面接触并持续顶升第一轮齿向上运动并带动所述待测试齿轮旋转以及第二轮齿向上运动；

当所述第二轮齿的上齿面接触所述应变测量部时，所述应变测量部连续输出测量应变值到所述控制部，所述控制部将测量应变值与预设应变阈值相比较，当所述测量应变值≥所述预设应变阈值时，所述控制部输出停止信号停止所述驱动部运动。

优选的，所述驱动信号为不同占空比的脉冲宽度调制（PWM）信号。

优选的，在控制部输出驱动信号前，所述控制部接受所述应变测量部输出的初始应变值，并根据所述初始应变值设置所述预设应变阈值。

优选的，所述锁紧固定是通电时所述锁紧部的电磁铁的锁紧面吸附在齿轮夹具的侧面，通过所述锁紧面与所述侧面间的摩擦力将所述轮齿定位辅助装置与所述齿轮夹具锁紧固定。

与现有技术相比，本发明的轮齿定位辅助装置具有以下明显的优点：本发明通过舵机、凸轮机构、应变片等实现轮齿自动定位；利用应变片检测压力变化，并通过电磁铁吸附夹具产生的摩擦力实现装置固定，提高轮齿定位精度及效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1为本发明轮齿定位辅助装置的结构示意图；

附图2为本发明轮齿定位辅助装置的三维爆炸图；

附图3为本发明锁紧部的局部结构示意图；

附图4为本发明轮齿定位的方法的工艺流程图；

附图5为本发明轮齿定位辅助装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的轮齿定位辅助装置可用于齿轮弯曲疲劳试验等试验测试中的轮齿定位，具体的，如图1和2所示，本发明的轮齿定位辅助装置包括底座1、舵机6、凸轮4、应变片8、锁紧结构7和控制部（未图示）。底座1上表面安装有一对支撑架2，支撑架2上安装设置有凸轮轴轴承，凸轮4的凸轮轴5支撑于凸轮轴轴承内，舵机6通过舵机连接盘3与凸轮轴5的一端固定连接，如此，舵机6和凸轮4都通过凸轮轴5安装在底座1的上方。底座1的底面粘贴有应变片8，应变片8可以采用四分之一桥接，其中应变片8作为一个桥臂贴设于底座1的底面，另外三个桥臂为设置在控制部内的标准电阻，之所以采用四分之一桥接主要考虑可以节省空间，减小装置体积，同时本装置应力测量精度要求并不高，且测量力方向为单向。锁紧结构7也安装在底座1的下方。控制部与舵机通信连接，从而控制舵机带动凸轮旋转。

锁紧结构的具体结构如图3所示，包括支架7-1、电磁铁7-3、弹簧7-4和带有导杆7-2的推板7-5。其中，支架7-1与底座1固定连接，在本实施方式中，支架7-1可以通过例如螺栓等紧固件与底座1上的支撑架2固定连接的方式实现与底座1的固定连接。弹簧7-4的一端与支架7-1固定连接、另一端与推板7-5的一面固定连接，推板7-5的另一面固定连接电磁铁，推板7-5的导杆7-2从推板7-5的表面延伸并穿设于弹簧7-4的内部。支架7-1具有中空的容纳空间以将电磁铁7-3、弹簧7-4和带有导杆7-2的推板7-5的整体包覆其中，推板7-5通过其上设置的滑动机构与支架7-1内壁的滑槽与支架7-1滑动连接，并且支架7-1在电磁铁7-3的一侧敞开以便于电磁铁7-3沿着弹簧7-4的轴向往复运动以进出容纳空间，在另一侧开设有导杆7-2出入的孔洞。电磁铁7-4具有与齿轮夹具的侧面相吸附的锁紧面7-6。

为了更好地适应不同的齿距范围，本装置中的凸轮为可更换部件，从而可以根据齿轮齿距的具体范围选择合适尺寸的凸轮进行安装替换。

接下来，结合上述轮齿定位辅助装置，以及工艺流程图4来详细介绍本发明用于齿轮弯曲疲劳试时进行轮齿定位的方法，具体包括如下步骤：

S1，将底座的底面与齿轮夹具的上端面贴合接触，该接触面实际上即为轮齿定位位置（如图5中虚线所示的接触面），用锁紧结构将轮齿定位辅助装置与齿轮夹具锁紧固定，具体是使电磁铁通电从而克服弹簧的牵引而朝着齿轮夹具的方向运动，并最终使得锁紧面紧密吸附在齿轮夹具的一侧或者两侧，通过锁紧面与齿轮夹具的侧面之间的摩擦力将轮齿定位辅助装置与齿轮夹具锁紧固定。可以理解的是，在通电吸附过程中，推板另一侧的弹簧随着推板沿着支架的滑动而伸长产生应力，而在电磁铁失电时，弹簧恢复力带动推板复位滑动并带动电磁铁返回原位。

S2，将具有第一轮齿和第二轮齿两个相邻轮齿的待测试齿轮夹持于齿轮夹具上，并使得第一轮齿位于凸轮的上方，第二轮齿则位于应变片的下方，如图5所示。

S3，控制部开始持续输出驱动信号，舵机则根据控制部持续输出的例如不同占空比PWM的该驱动信号调节自身转角，并进而带动凸轮旋转，凸轮向上顶升，使得凸轮与第一轮齿的下齿面接触，随后在推程阶段（也即顶升阶段），凸轮推动第一轮齿向上运动并带动齿轮旋转，进而带动第二轮齿向上运动。

S4，由于底座底面粘贴有应变片，当第二轮齿的上齿面与应变片的下表面接触时，应变片的输出测量应变值发生连续变化，该输出测量应变值被控制部所采集，并与控制部内预设应变阈值进行比较，当输出测量应变值变化达到预设应变阈值后（即测量应变值≥预设应变阈值），判定齿轮的轮齿调整到预定位置，控制部发出停止信号，舵机停止运动。具体的工作原理简图如图5所示，其中，O1为齿轮的回转中心，O2为凸轮的回转中心，虚线所示为夹具上端面（轮齿定位位置）。特别的，在轮齿定位辅助装置工作时，为避免装置自重、外界环境等因素对应变片的影响，控制系统将会对舵机开始运行前的应变片输出应变值进行记录，并以此为初始值，作为预设应变阈值的设定依据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于齿轮弯曲疲劳试验的轮齿定位辅助装置，其特征在于：所述轮齿定位辅助装置包括底座、驱动部、顶升部、应变测量部、锁紧部和控制部；

所述驱动部和顶升部安装于所述底座上方，且所述驱动部与顶升部传动连接；

所述应变测量部贴设于所述底座的底面；

所述锁紧部安装于所述底座下方；

所述控制部与所述驱动部通信连接，以控制所述驱动部驱动顶升部动作。

2.一种根据权利要求1所述的轮齿定位辅助装置，其特征在于，所述驱动部为舵机，所述顶升部为带有凸轮轴的凸轮；所述舵机通过舵机连接盘与所述凸轮轴固定连接，以实现与所述凸轮传动连接；所述底座表面固定安装有支撑架，所述支撑架上安装有凸轮轴轴承，所述凸轮轴支撑于所述凸轮轴轴承中，以实现所述舵机和凸轮的安装。

3.一种根据权利要求2所述的轮齿定位辅助装置，其特征在于，所述凸轮为可更换部件。

4.一种根据权利要求1所述的轮齿定位辅助装置，其特征在于，所述应变测量部为四分之一桥接的应变片，其中应变片作为一个桥臂贴设于所述底座的底面，另外三个桥臂为设置在所述控制部内的标准电阻。

5.一种根据权利要求1所述的轮齿定位辅助装置，其特征在于，所述锁紧部包括支架、电磁铁、弹簧和推板；所述支架与所述底座固定连接，所述弹簧一端与所述支架固定连接、另一端与所述推板的一面固定连接，所述推板的另一面固定连接所述电磁铁，所述电磁铁具有与齿轮夹具的侧面相吸附的锁紧面。

6.一种采用权利要求1-5任意一项所述轮齿定位辅助装置的轮齿定位的方法，其特征在于：

将所述底座的底面与齿轮夹具的上端面贴合接触，用所述锁紧部将所述轮齿定位辅助装置与所述齿轮夹具锁紧固定；

将具有第一轮齿和第二轮齿两个相邻轮齿的待测试齿轮夹持于所述齿轮夹具上，并使得第一轮齿位于所述顶升部的上方，第二轮齿位于所述应变测量部的下方；

所述控制部持续输出驱动信号驱动所述驱动部，所述驱动部驱动所述顶升部向上顶升，以与所述第一轮齿的下齿面接触并持续顶升第一轮齿向上运动并带动所述待测试齿轮旋转以及第二轮齿向上运动；

当所述第二轮齿的上齿面接触所述应变测量部时，所述应变测量部连续输出测量应变值到所述控制部，所述控制部将测量应变值与预设应变阈值相比较，当所述测量应变值≥所述预设应变阈值时，所述控制部输出停止信号停止所述驱动部运动。

7.一种根据权利要求6所述的轮齿定位的方法，其特征在于，所述驱动信号为不同占空比的脉冲宽度调制（PWM）信号。

8.一种根据权利要求6所述的轮齿定位的方法，其特征在于，在控制部输出驱动信号前，所述控制部接受所述应变测量部输出的初始应变值，并根据所述初始应变值设置所述预设应变阈值。

9.一种根据权利要求6所述的轮齿定位的方法，其特征在于，所述锁紧固定是通电时所述锁紧部的电磁铁的锁紧面吸附在齿轮夹具的侧面，通过所述锁紧面与所述侧面间的摩擦力将所述轮齿定位辅助装置与所述齿轮夹具锁紧固定。

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