CN116164959B - 扭转试验台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴类结构的扭转刚度测量技术领域，提供了一种扭转试验台及使用方法，用于对台阶轴进行测试。扭转试验台包括夹持装置、调节螺钉、测量装置、工作台和驱动件，其中，预紧衬套和法兰套设于小径段，法兰与转轴键连接，调节螺钉与转轴沿轴向螺纹连接，通过改变调节螺钉的扭矩，使得法兰抵接预紧衬套，进而使得预紧衬套抵住阶梯面，为转轴提供预紧力，基准法兰与第一支座固定，量表法兰与驱动件的输出端固定，能够驱动转轴发生转动，指针的一端固定于基准法兰，另一端指向量表法兰的指示读数，进行扭矩加载试验后，转轴的两端发生相对转动，出现形变，将试验前后指针指向的指示读数做差值，即可得出转轴两端发生相对转动的角度。

Description

扭转试验台及使用方法

技术领域

本发明涉及轴类结构的扭转刚度测量技术领域，尤其涉及一种扭转试验台及使用方法。

背景技术

压气机轴作为小型发动机的主轴起到连接离心叶轮和涡轮结构，传递扭矩的作用。压气机轴影响到发动机的安全，因此需要对压气机轴做试验验证。

现有技术中仅对小型发动机的压气机轴施加扭矩，没有施加预紧力的装置，不符合实际装机状态，同时对于小型发动机的压气机轴扭转试验后变形角度缺少测量装置，导致无法准确测量。

因此，亟需一种扭转试验台，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种扭转试验台及使用方法，能够在轴的扭矩加载及变形测量中，对轴施加预紧力，模拟轴在实际作业环境中的真实受力状态。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

扭转试验台，用于对转轴进行测试，上述转轴为阶梯轴，其小径段分别位于上述转轴的两端，大径段位于两个上述小径段之间；上述扭转试验台包括：

夹持装置，上述夹持装置包括两个法兰和两个预紧衬套，两个上述预紧衬套分别套设于两个上述小径段，且上述预紧衬套轴向的一端端面与上述转轴的台阶面抵接，两个上述法兰分别套设于两个上述小径段，上述法兰轴向的一端与上述预紧衬套的另一端端面抵接，上述法兰的内周壁与上述转轴的外周壁其中之一设置有沿上述转轴的轴向延伸的凸起，另一个对应的设置有凹槽，上述凸起与上述凹槽插接配合；

调节螺钉，上述调节螺钉沿上述转轴的轴向与上述转轴螺纹连接，且上述调节螺钉的抵接部与上述法兰轴向端面抵接，使得上述法兰具备沿上述转轴的轴向靠近上述预紧衬套的运动趋势；

测量装置，上述测量装置包括指针，上述法兰包括基准法兰和量表法兰，上述量表法兰沿周向标记有指示读数，上述指针平行于上述转轴的轴向放置；上述指针的一端与上述基准法兰固定，另一端指向上述指示读数；

工作台，上述工作台包括基座、第一支座和第二支座，上述第一支座与上述第二支座安装于上述基座上，上述基准法兰与上述第一支座固定，上述量表法兰与上述第二支座转动连接；

驱动件，上述驱动件的输出端与上述量表法兰固定，用于驱动上述量表法兰转动。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，，上述法兰与上述小径段花键连接。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述驱动件为摆动油缸。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述工作台还包括驱动安装架，上述驱动安装架安装于上述基座上，且上述驱动安装架位于上述第二支座背对上述第一支座一侧，上述驱动件固定于上述驱动安装架上。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述驱动件的上述输出端与上述量表法兰通过扭矩传感器连接。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述支座包括连接部，上述连接部与上述基座通过螺纹紧固件固定。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述基座开设有滑槽，上述滑槽沿第一方向贯穿上述基座的两侧端面，上述滑槽面对上述支座所在一侧的开口端的两侧设置有限位板，上述螺纹紧固件包括连接件和螺母，上述连接件包括抵接部与连接部，上述抵接部位于上述滑槽内且与上述滑槽滑动连接，上述抵接部能够与上述限位板抵接，上述连接部的周侧设置有螺纹，上述连接部一端与上述抵接部固定，另一端自上述限位板之间穿出并贯穿上述支座的连接部后与上述螺母螺纹连接。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述支座还包括支撑部，上述支撑部与上述法兰固定，上述支撑部与上述连接部的连接位置设置有加强筋。

作为上述扭转试验台的一种优选技术方案，上述调节螺钉与上述法兰之间夹设有垫片。

还提供了扭转试验台的使用方法，采用上述的扭转试验台，按以下步骤进行测试：

S1、装配：

S1.1、将两个上述预紧衬套套设于两个上述小径段；

S1.2、将两个上述法兰套设于两个上述小径段；

S1.3、上述指针固定于上述基准法兰，并记录此时上述指针指向的上述指示读数θ1；

S1.4、将上述调节螺钉与上述转轴螺纹连接，并调节上述调节螺钉的进给量，使得上述基准法兰抵接于上述预紧衬套，并使上述预紧衬套给予上述大径段预紧力作用；

S1.5、将上述基准法兰固定于上述第一支座，将上述量表法兰与上述第二支座转动连接并与上述驱动件的上述输出端固定；

S2、启动上述驱动件，使得上述量表法兰带着上述转轴具备转动的趋势；

S3、停止上述驱动件，记录下此时上述指针指向的上述指示读数θ2；

S4、计算变形角度，轴试验系统的扭转变形角度为θ2-θ1。

本发明有益效果：

将预紧衬套和法兰依次套设于转轴的小径段，将指针的一端固定于基准法兰，另一端指向的量表法兰，记录此时的指针指向的表示读数θ1，再由调整螺钉，对法兰进行轴向限位，通过控制调整螺钉的进给量或是扭矩，进而调节调整螺钉对法兰，以及法兰对预紧衬套的轴向压力，实现对转轴施加预紧力的目的，模拟转轴在实际应用时的场景，然后将基准法兰与第一支座固定，量表法兰与第二支座转动连接，且有驱动件的输出端为量表法兰提供动力，使得量表法兰转动，由于法兰与转轴的小径段均采用键连接的方式，法兰发生转动时，小径段会受到周向的作用力，有随之转动的趋势，基准法兰与第一支座固定连接，保持与基座的相对静止，与基准法兰连接小径段保持静止状态，使得转轴的两端发生相对转动，进而发生扭转变形，完成试验后，记录此时指针指向的表示度数θ2，最后，将两次记录的表示读数做差值θ2-θ1，得出的结果即为转轴的扭转变形的角度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的扭转试验台(除工作台)的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的扭转试验台(除工作台)的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的扭转试验台的结构示意图。

图中：

10、转轴；11、小径段；12、大径段；

20、预紧衬套；21、调节螺钉；22、指针；23、基准法兰；24、量表法兰；25、花键结构；26、垫片；

30、基座；31、第一支座；32、第二支座；33、驱动件；34、驱动安装架；35、扭矩传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-3所示，本申请提供了一种扭转试验台，用于对转轴10进行测试，转轴10为阶梯轴，其小径段11分别位于转轴10的两端，大径段12位于两个小径段11之间。扭转试验台包括夹持装置、调节螺钉21、测量装置、工作台和驱动件33。其中，夹持装置包括两个法兰和两个预紧衬套20，两个预紧衬套20分别套设于两个小径段11，且预紧衬套20轴向的一端端面与转轴10的台阶面抵接，两个法兰分别套设于两个小径段11，法兰轴向的一端与预紧衬套20的另一端端面抵接，法兰的内周壁与转轴10的外周壁其中之一设置有沿转轴10的轴向延伸的凸起，另一个对应的设置有凹槽，凸起与凹槽插接配合；调节螺钉21沿转轴10的轴向与转轴10螺纹连接，且调节螺钉21的抵接部与法兰轴向端面抵接，使得法兰具备沿转轴10的轴向靠近预紧衬套20的运动趋势；测量装置包括指针22，法兰包括基准法兰23和量表法兰24，量表法兰24沿周向标记有指示读数，指针22平行于转轴10的轴向放置；指针22的一端与基准法兰23固定，另一端指向指示读数；工作台包括基座30、第一支座31和第二支座32，第一支座31与第二支座32安装于基座30上，基准法兰23与第一支座固定，量表法兰24与第二支座32转动连接；驱动件33的输出端与量表法兰24固定，用于驱动量表法兰24转动。

本申请还提供了上述扭转试验台的使用方法，按以下步骤进行测试：

S1、装配：

S1.1、将两个预紧衬套20套设于转轴10的两个小径段11；

S1.2、将两个法兰套设于转轴10的两个小径段11；

S1.3、指针22固定于基准法兰23，并记录此时指针22指向的指示读数θ1；

S1.4、将调节螺钉21与转轴10螺纹连接，并调节调节螺钉21的进给量，使得基准法兰23抵接于预紧衬套20，并使预紧衬套20给予大径段12预紧力作用；

S1.5、将基准法兰23固定于第一支座，将量表法兰24与第二支座32转动连接并与驱动件33的输出端固定；

S2、启动驱动件33，使得量表法兰24带着转轴10具备转动的；

S3、停止驱动件33，记录下此时指针22指向的指示读数θ2；

S4、计算变形角度，轴试验系统的扭转变形角度为θ2-θ1。

将预紧衬套20和法兰依次套设于转轴10的小径段11，将指针22的一端固定于基准法兰23，另一端指向的量表法兰24，记录此时的指针22指向的表示读数θ1，再由调整螺钉，对法兰进行轴向限位，通过控制调整螺钉的进给量或是扭矩，进而调节调整螺钉对法兰，以及法兰对预紧衬套20的轴向压力，实现对转轴10施加预紧力的目的，模拟转轴10在实际应用时的场景，然后将基准法兰23与第一支座固定，量表法兰24与第二支座32转动连接，且有驱动件33的输出端为量表法兰24提供动力，使得量表法兰24转动，由于法兰与转轴10的小径段11均采用键连接的方式，法兰发生转动时，小径段11会受到周向的作用力，有随之转动的趋势，基准法兰23与第一支座固定连接，保持与基座30的相对静止，与基准法兰23连接小径段11保持静止状态，使得转轴10的两端发生相对转动，进而发生扭转变形，完成试验后，记录此时指针22指向的表示度数θ2，最后，将两次记录的表示读数做差值θ2-θ1，得出的结果即为转轴10的扭转变形的角度。

于其他实施例中，能够使用红外线发射器作为指针22，红外线发射器的一端固定于第一支加上，另一端射出的红外线能够照应到对应的表示读数。

可选的，法兰与小径段11花键连接。如此设计，使得法兰与转轴10的小径段11的周向力传递更加稳定。

可选的，驱动件33为摆动油缸。

可选的，工作台还包括驱动安装架34，驱动安装架34安装于基座30上，且驱动安装架34位于第二支座32背对第一支座31一侧，驱动件33固定于驱动安装架34上。如此设计，通过驱动安装架34将驱动件33进行固定，减少驱动件33在运行过程中产生的震动对转轴10产生的影响。

可选的，驱动件33的输出端与量表法兰24通过扭矩传感器35连接。如此设置，扭矩传感器35能够显示驱动件33向量表法兰24提供的扭矩大小。

可选的，支座包括连接部，连接部与基座30通过螺纹紧固件固定。在进行测验时，转轴10的一端与第一支座31固定，与基座30保持相对静止，如此，在驱动件33带动转轴10的另一端转动时，转轴10的两端才能够发生相对转动。

可选的，基座30开设有滑槽，滑槽沿第一方向贯穿基座30的两侧端面，滑槽面对支座所在一侧的开口端的两侧设置有限位板，螺纹紧固件包括连接件和螺母，连接件包括抵接部与连接部，抵接部位于滑槽内且与滑槽滑动连接，抵接部能够与限位板抵接，连接部的周侧设置有螺纹，连接部一端与抵接部固定，另一端自限位板之间穿出并贯穿支座的连接部后与螺母螺纹连接。如此设计，使得支座能够根据转轴10的长度尺寸或是结构进行位置的适应性调整。

可选的，支座还包括支撑部，支撑部与法兰固定，支撑部与连接部的连接位置设置有加强筋。如此设计，能够维持支座的状态稳定。

可选的，调节螺钉21与法兰之间夹设有垫片26。如此设置，能够增大法兰和调节螺钉21支座的摩擦，减少法兰端面的磨损。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.扭转试验台，用于对转轴(10)进行测试，所述转轴(10)为阶梯轴，其小径段(11)分别位于所述转轴(10)的两端，大径段(12)位于两个所述小径段(11)之间；所述扭转试验台其特征在于，包括：

夹持装置，所述夹持装置包括两个法兰和两个预紧衬套(20)，两个所述预紧衬套(20)分别套设于两个所述小径段(11)，且所述预紧衬套(20)轴向的一端端面与所述转轴(10)的台阶面抵接，两个所述法兰分别套设于两个所述小径段(11)，所述法兰轴向的一端与所述预紧衬套(20)的另一端端面抵接，所述法兰的内周壁与所述转轴(10)的外周壁其中之一设置有沿所述转轴(10)的轴向延伸的凸起，另一个对应的设置有凹槽，所述凸起与所述凹槽插接配合；

调节螺钉(21)，所述调节螺钉(21)沿所述转轴(10)的轴向与所述转轴(10)螺纹连接，且所述调节螺钉(21)的抵接部与所述法兰轴向端面抵接，使得所述法兰具备沿所述转轴(10)的轴向靠近所述预紧衬套(20)的运动趋势；

测量装置，所述测量装置包括指针(22)，所述法兰包括基准法兰(23)和量表法兰(24)，所述量表法兰(24)沿周向标记有指示读数，所述指针(22)平行于所述转轴(10)的轴向放置；所述指针(22)的一端与所述基准法兰(23)固定，另一端指向所述指示读数；

工作台，所述工作台包括基座(30)、第一支座(31)和第二支座(32)，所述第一支座(31)与所述第二支座(32)安装于所述基座(30)上，所述基准法兰(23)与所述第一支座(31)固定，所述量表法兰(24)与所述第二支座(32)转动连接；

驱动件(33)，所述驱动件(33)的输出端与所述量表法兰(24)固定，用于驱动所述量表法兰(24)转动。

2.根据权利要求1所述的扭转试验台，其特征在于，所述法兰与所述小径段(11)花键连接。

3.根据权利要求1所述的扭转试验台，其特征在于，所述驱动件(33)为摆动油缸 。

4.根据权利要求1所述的扭转试验台，其特征在于，所述工作台还包括驱动安装架(34)，所述驱动安装架(34)安装于所述基座(30)上，且所述驱动安装架(34)位于所述第二支座(32)背对所述第一支座(31)一侧，所述驱动件(33)固定于所述驱动安装架(34)上。

5.根据权利要求1所述的扭转试验台，其特征在于，所述驱动件(33)的所述输出端与所述量表法兰(24)通过扭矩传感器(35)连接。

6.根据权利要求1所述的扭转试验台，其特征在于，所述支座包括连接部，所述连接部与所述基座(30)通过螺纹紧固件固定。

7.根据权利要求6所述的扭转试验台，其特征在于，所述基座(30)开设有滑槽，所述滑槽沿第一方向贯穿所述基座(30)的两侧端面，所述滑槽面对所述支座所在一侧的开口端的两侧设置有限位板，所述螺纹紧固件包括连接件和螺母，所述连接件包括抵接部与连接部，所述抵接部位于所述滑槽内且与所述滑槽滑动连接，所述抵接部能够与所述限位板抵接，所述连接部的周侧设置有螺纹，所述连接部一端与所述抵接部固定，另一端自所述限位板之间穿出并贯穿所述支座的连接部后与所述螺母螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的扭转试验台，其特征在于，所述支座还包括支撑部，所述支撑部与所述法兰固定，所述支撑部与所述连接部的连接位置设置有加强筋。

9.根据权利要求6所述的扭转试验台，其特征在于，所述调节螺钉(21)与所述法兰之间夹设有垫片(26)。

10.扭矩加载及变形测量的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的扭转试验台，按以下步骤进行测试：

S1、装配：

S1.1、将两个所述预紧衬套(20)套设于两个所述小径段(11)；

S1.2、将两个所述法兰套设于两个所述小径段(11)；

S1.3、所述指针(22)固定于所述基准法兰(23)，并记录此时所述指针(22)指向的所述指示读数θ1；

S1.4、将所述调节螺钉(21)与所述转轴(10)螺纹连接，并调节所述调节螺钉(21)的进给量，使得所述基准法兰(23)抵接于所述预紧衬套(20)，并使所述预紧衬套(20)给予所述大径段(12)预紧力作用；

S1.5、将所述基准法兰(23)固定于所述第一支座(31)，将所述量表法兰(24)与所述第二支座(32)转动连接并与所述驱动件(33)的所述输出端固定；

S2、启动所述驱动件(33)，使得所述量表法兰(24)带着所述转轴(10)具备转动的趋势；

S3、停止所述驱动件(33)，记录下此时所述指针(22)指向的所述指示读数θ2；

S4、计算变形角度，轴试验系统的扭转变形角度为θ2-θ1。