CN119334635B - 一体化齿轮夹具和校正标定装置 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种一体化齿轮夹具和校正标定装置，扭矩传递结构整体呈筒状，扭矩传递结构长度方向的两端分别花键连接到内端夹具和外部的薄壁齿轮；应变片固定于扭矩传递结构长度方向的中部的外壁或者内壁；本发明提供的一体化齿轮夹具和校正标定装置，通过内端夹具、外端夹具、扭矩传递结构和应变片组件将薄壁齿轮的夹持和测量一体化，结构紧凑，满足对加载被试薄壁齿轮的定心安装和紧固夹持，实现了对薄壁齿轮所受扭矩的在线测量；薄壁齿轮的定心与传扭分离，同时满足高同心度以及大扭矩传递，满足高精度测试要求；应变片设置于扭矩传递结构而对扭转变形量进行实时反馈，应变片与被试薄壁齿轮距离可控，测试数据受外界干扰小，数据可靠。

Description

一体化齿轮夹具和校正标定装置

技术领域

本发明涉及齿轮检测装置领域，特别涉及一种一体化齿轮夹具和校正标定装置。

背景技术

现有技术中，产品性能的检测在研发阶段和生产阶段均较为重要。在齿轮产品中对齿轮进行疲劳、效率等加载性能检测较为重要；对于测试设备的架构则需要有较高的载荷测量精度，以保证试验结果的准备度。齿轮负载动力源来自测试设备的主轴，齿轮通过夹具与主轴连接。

目前齿轮扭矩通常有以下两种测量方式：第一种为，在主轴、夹具和被试齿轮之间串入扭矩测量装置，虽然可实现较高测量精度，但造成主轴悬伸过长，轴系回转稳定性下降，且对于空间或结构受限的场合无法使用；第二种为，对主轴加外力扭矩，标定其与主轴电流之间的关系，虽然省去了测量装置，但在试验过程中随着主轴温升等影响，这种标定关系可能发生变化，导致无法得到真实的扭矩数据，不能实时反映齿轮受载变形状态，发生齿轮加载扭矩不足或扭矩过大致使被试齿轮损坏的可能性。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种一体化齿轮夹具和校正标定装置，旨在解决现有齿轮检测过程中大扭矩以及高准确性难以综合，且整体装置适配和紧凑性较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种一体化齿轮夹具，用于测试薄壁齿轮，包括：

内端夹具，整体呈筒状且长度方向的一端用于与外界的主轴形成同轴固定；

外端夹具，整体呈筒状，所述外端夹具与所述内端夹具长度方向的另一端同轴固定；

外端轴承，安装于所述外端夹具长度方向外端的内壁；

内端轴承，安装于所述外端夹具长度方向内端的内壁，其中，外部的薄壁齿轮穿过所述外端轴承和所述内端轴承；

扭矩传递结构，整体呈筒状，所述扭矩传递结构长度方向的两端分别花键连接到所述内端夹具和外部的薄壁齿轮；

应变片组件，包括形成电性连接的电源部、功能电路部和至少一个应变片，所述应变片固定于所述扭矩传递结构长度方向的中部的外壁或者内壁，所述电源部和所述功能电路部安装于所述内端夹具、外端夹具和所述扭矩传递结构中的至少一个。

进一步地，所述电源部包括在所述外端夹具远离所述内端夹具的一端周壁上缠绕设置的导电线圈，所述导电线圈与所述外端夹具之间绝缘设置。

进一步地，对应所述导电线圈设置电源结构，所述电源结构安装于所述外端夹具且电性连接到所述导电线圈，其中，所述导电线圈还用于接收以及发送信号。

进一步地，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置的遥感测量收发头。

进一步地，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置有控制器，所述功能电路部包括设置于所述外端夹具外周的环形电极，所述控制器通过弹性导电片与所述环形电极进行接触式数据传输。

进一步地，所述一体化齿轮夹具还包括轴向锁紧装置，所述轴向锁紧装置连接于所述外端夹具或外部的薄壁齿轮从而与所述外端夹具夹持所述内端轴承。

进一步地，所述一体化齿轮夹具还包括内密封件和骨架密封装置；

所述内密封件安装于所述外端夹具的内壁在轴向上形成密封，所述骨架密封装置安装于所述外端夹具的内壁与薄壁齿轮的外壁之间在轴向上形成密封。

进一步地，所述电源部和所述功能电路部安装于所述扭矩传递结构内，且避让所述应变片设置。

进一步地，所述内端夹具内壁上周设有多个两半式挡片支架，所述两半式挡片支架伸入所述扭矩传递结构，其中，所述两半式挡片支架在扭矩传递结构的径向上为间隙配合。

本发明还提供了一种校正标定装置，用于对一体化齿轮夹具的标定，包括：

连接装置，呈板状用于与外部的薄壁齿轮形成连接；

杠杆，连接于所述连接装置并远离所述一体化齿轮夹具中轴方向延伸；

砝码，连接于所述杠杆远离所述连接装置的一端；

支架，用于支撑所述内端夹具和所述外端夹具，其中，所述支架限制固定所述内端夹具的转动。

本发明提供的一体化齿轮夹具和校正标定装置，通过内端夹具、外端夹具、扭矩传递结构和应变片组件将薄壁齿轮的夹持和测量一体化，结构紧凑，满足对加载被试薄壁齿轮的定心安装和紧固夹持，进一步实现了对薄壁齿轮所受扭矩的在线测量；薄壁齿轮的定心与传扭分离，可同时满足高同心度以及大扭矩传递，满足高精度测试要求；应变片设置于扭矩传递结构而对扭转变形量进行实时反馈，应变片与被试薄壁齿轮距离可控，测试数据受外界干扰小，数据精准可靠。

附图说明

图1 是本发明第一个实施例一体化齿轮夹具的正剖视图（电源部图未示）；

图2 是本发明第一个实施例一体化齿轮夹具的示意图；

图3 是本发明第一个实施例一体化齿轮夹具的立体剖视图；

图4 是本发明第一个实施例一体化齿轮夹具的立体剖视图（爆炸状态）；

图5 是本发明第二个实施例校正标定装置的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1至4，本发明一实施例中，一种一体化齿轮夹具，用于测试薄壁齿轮001，包括：

内端夹具100，整体呈筒状且长度方向的一端用于与外界的主轴010形成同轴固定；

外端夹具200，整体呈筒状，所述外端夹具200与所述内端夹具100长度方向的另一端同轴固定；

外端轴承300，安装于所述外端夹具200长度方向外端的内壁；

内端轴承400，安装于所述外端夹具200长度方向内端的内壁，其中，外部的薄壁齿轮001穿过所述外端轴承300和所述内端轴承400；

扭矩传递结构500，整体呈筒状，所述扭矩传递结构500长度方向的两端分别花键连接到所述内端夹具100和外部的薄壁齿轮001；

应变片组件，包括形成电性连接的电源部620、功能电路部和至少一个应变片610，所述应变片610固定于所述扭矩传递结构500长度方向的中部的外壁或者内壁，所述电源部620和所述功能电路部安装于所述内端夹具100、外端夹具200和所述扭矩传递结构500中的至少一个。

现有技术中，齿轮检测过程中大扭矩以及高准确性难以综合，且整体装置适配和紧凑性较低。

本发明中，体化齿轮夹具安装于设备主轴010上，薄壁齿轮001通过扭矩传递结构500而为主轴010驱动时，通过应变片组件实现扭矩的高精度实时测量。

内端夹具100整体呈筒状且长度方向的一端用于与外界的主轴010形成同轴固定。内端夹具100与主轴010可以在拉刀机构作用下与主轴010的锥孔贴合从而保证内端夹具100与主轴010的同心（同轴）。

外端夹具200整体呈筒状，外端夹具200与内端夹具100长度方向的另一端同轴固定。外端夹具200与内端夹具100之间固定方式可以是多样的。外端夹具200与内端夹具100之间可以具有定位机构（如短锥定位），然后通过内六角圆柱头螺钉刚性连接。

外端轴承300安装于外端夹具200长度方向外端的内壁。内端轴承400安装于外端夹具200长度方向内端的内壁。外部的薄壁齿轮001穿过外端轴承300和内端轴承400。通过外端轴承300以及内端轴承400能对薄壁齿轮001进行支撑。外端轴承300以及内端轴承400的类型都可以是角接触轴承，以保障轴承的使用效果。

扭矩传递结构500整体呈筒状，扭矩传递结构500长度方向的两端分别花键连接到内端夹具100和外部的薄壁齿轮001。顺序通过内端夹具100和扭矩传递结构500将主轴010的扭矩传输到薄壁齿轮001。而薄壁齿轮001的定心通过外端夹具200配合外端轴承300和内端轴承400实现。

应变片组件包括形成电性连接的电源部620、功能电路部和至少一个应变片610。功能电路部通常包括电桥电路和放大器组成。应变片610是一种能将机械变形转换为电阻变化的传感器，当被测试元器件受到力而产生应变时，应变片能将这种应变转化为电阻变化。为了将应变片610的微小电阻变化转化为可测量的电压信号，应变片610需要与功能电路部配合使用。应变片610固定于扭矩传递结构500长度方向的中部的外壁。功能电路部可以包括放大器和/或桥接电路，通过内六角圆柱头螺钉，固定于外端夹具200上，还可以通过相应的保护结构辅助固定功能电路部。例如，功能电路部固定于外端夹具200上的凹槽内，并通过挡护结构被限制脱出，保证功能电路部在主轴010带动外端夹具200旋转过程中，功能电路部发生的异常晃动降低，避免引入动不平衡加速度，影响测量精度。应变片610在扭矩传递结构500上的固定方式可以是多样的（如粘接等）。

应变片组件的功能电路部采集相关信号后，信号的发送可以是实时的也可以是滞后的相关信号实时传输出。例如可以在完成测试后获取功能电路部采集的相关数据，然后与整个测试过程形成对应分析。若要实时获得功能电路部采集的相关信号，则需要对应功能电路部设置控制器，通过控制器实时获得测试结果，而控制器与功能电路部之间通信的方式可以是无线或者有线的。

综上，通过内端夹具100、外端夹具200、扭矩传递结构500和应变片组件将薄壁齿轮001的夹持和测量一体化，结构紧凑，满足对加载被试薄壁齿轮001的定心安装和紧固夹持，进一步实现了对薄壁齿轮001所受扭矩的在线测量；薄壁齿轮001的定心与传扭分离，可同时满足高同心度以及大扭矩传递，满足高精度测试要求；应变片610设置于扭矩传递结构500而对扭转变形量进行实时反馈，应变片610与被试薄壁齿轮001距离可控，测试数据受外界干扰小，数据精准可靠。

参照图2至3，在一个实施例中，所述电源部620包括在所述外端夹具200远离所述内端夹具100的一端周壁上缠绕设置的导电线圈，所述导电线圈与所述外端夹具200之间绝缘设置。

在本实施例中，考虑到在内端夹具100、外端夹具200与扭矩传递结构500上若安装相关需要供电构件，由于供电构件的质量一般较大，在高转速存在结构隐患。通过在外端夹具200的外周壁上缠绕导电线圈，进而能实现无线输电，导电线圈作为电源部620。具体在使用的过程中，在外部形成一个变化的磁场而作用于导电线圈，进而在导电线圈处形成电压。导电线圈与外端夹具200之间需要绝缘设置，否则导电线圈无法正常工作。具体，绝缘的方式可以是多样的，例如导电线圈的本体的周壁上设置绝缘，或者在外端夹具200远离内端夹具100的一端周壁上设置有绝缘层（此时导电线圈本身无绝缘时，缠绕需要间隔），或者导电线圈的本体的周壁上设置绝缘同时在外端夹具200上面对应位置处也设置绝缘。

在一个实施例中，对应所述导电线圈设置电源结构，所述电源结构安装于所述外端夹具200且电性连接到所述导电线圈，其中，所述导电线圈还用于接收以及发送信号。

在本实施例中，考虑到若需要采用无线设备实现一体化齿轮夹具与外界信息的交互，则需要增加相应的传输结构，在高转速的使用环境下会产生不利的影响，也增加了维护的工作量。利用导电线圈的存在，对导电线圈输出以变化的磁场，则导电线圈能获得信号；对导电线圈输出以变化的电流也就能输出变化的磁场，则导电线圈能输出信号。电源结构的优选结构为与外端夹具200共心的环形结构，进而保障结构稳定性。

参照图1至4，在一个实施例中，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置的遥感测量收发头700。

在前述的实施例中，并未限制应变片组件的功能电路部将相关信号实时传输出，例如可以在完成测试后获取功能电路部采集的相关数据，然后与整个测试过程形成对应分析。在本实施例中，对应功能电路部设置的遥感测量收发头700，两者之间的实时通信（具体通讯方式可以是多样的）使得用户能实时监控扭矩数据，整个测试过程的自动化程度以及准确程度得到提升。遥感测量收发头700的固定位置是在整个主轴系统的非转动位置上。具体安装过程中，可以引入各种适配造型的支架，从而保证遥感测量收发头700与功能电路部之间通信效果。

在一个实施例中，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置有控制器，所述功能电路部包括设置于所述外端夹具200外周的环形电极，所述控制器通过弹性导电片与所述环形电极进行接触式数据传输。

考虑到在一些测试场景下，需要采用的转速较大，那么功能电路部通过无线的方式与外界进行数据沟通时，过大的转速严重影响了数据传输的准确性和稳定性。在本实施例中，可以将控制器安装于主轴的非转动部分，且对应功能电路部设置。将功能电路部的部分设置于外端夹具200的外周，通过弹性导电片与控制器之间进行电性连接。弹性导电片不限制为一个，也不限制为只进行数据传输，还可以进行电能的传输。在转动的过程中，弹性导电片始终与功能电路部保持联系，进行完成功能电路部与控制器之间的交互。

参照图1至4，在一个实施例中，所述一体化齿轮夹具还包括轴向锁紧装置800，所述轴向锁紧装置800连接于所述外端夹具200或外部的薄壁齿轮001从而与所述外端夹具200夹持所述内端轴承400。

在本实施例中，引入轴向锁紧装置800提升内端轴承400的固定效果。轴向锁紧装置800的固定位置可以是外端夹具200或外部的薄壁齿轮001，具体以能将内端轴承400为准。其中，轴向锁紧装置800优选为固定于外端夹具200进而能降低对薄壁齿轮001的结构要求。

参照图1至4，在一个实施例中，所述一体化齿轮夹具还包括内密封件920和骨架密封装置910；

所述内密封件920安装于所述外端夹具200的内壁在轴向上形成密封，所述骨架密封装置910安装于所述外端夹具200的内壁与薄壁齿轮001的外壁之间在轴向上形成密封。

在本实施例中，考虑到在一些测试环境下，具有大量的轮滑油，通过内密封件920和骨架密封装置910使得轮滑油不会干扰到内部相关构件的工作。骨架密封装置910可以设置在外端轴承300和内端轴承400之间形成密封。内密封件920的形式根据薄壁齿轮001的结构不同，且结构也可以是多样的。如内密封件920包括安装有O形圈的防护装置，被一枚带有弹垫、平垫及用于平垫下方O形圈的内六角圆柱头螺钉压紧于扭矩传递结构500涂有螺纹胶的中心孔内。

在一个实施例中，所述电源部620和所述功能电路部安装于所述扭矩传递结构500内，且避让所述应变片610设置。

在前述的实施例中，考虑到离心力的作用以及扭矩传递结构500的筒状结构，将电源部620和功能电路部安装于扭矩传递结构500内，此时电源部620和功能电路部发生固定异常的可能性降低。

在一个实施例中，所述内端夹具100内壁上周设有多个两半式挡片支架，所述两半式挡片支架伸入所述扭矩传递结构500，其中，所述两半式挡片支架在扭矩传递结构500的径向上为间隙配合。

在本实施例中，考虑到扭矩传递结构500与内端夹具100之间可能存在轴向上的异常运动，引入两半式挡片支架。具体，两半式挡片支架的安装位置可以是在扭矩传递结构500上或者是内端夹具100上，所述两半式挡片支架在扭矩传递结构500的径向（也就是内端夹具100的径向）上为间隙配合，那么两半式挡片支架不会对扭矩传递结构500与内端夹具100之间的定心造成不利的影响，同时能限制扭矩传递结构500与内端夹具100之间轴向上的异常运动。两半式挡片支架的数量优选为三个以上，在周向上均匀设置。

参照图5，本发明还提供了一种校正标定装置，用于对一体化齿轮夹具的标定，包括：

连接装置002，呈板状用于与外部的薄壁齿轮001形成连接；

杠杆003，连接于所述连接装置002并远离所述一体化齿轮夹具中轴方向延伸；

砝码004，连接于所述杠杆003远离所述连接装置002的一端；

支架005，用于支撑所述内端夹具100和所述外端夹具200，其中，所述支架005限制固定所述内端夹具100的转动。

在本实施例中，将连接装置002与薄壁齿轮001形成连接，通过支架005将一体化齿轮夹具进行支撑，并限制内端夹具100的转动（也就是限制了外端夹具200的转动）。通过砝码004的重量调整和/或位置调整，实现对薄壁齿轮001的不同扭矩施加，并收集对应的应变片组件数据，进而能获得标定曲线，为后续一体化齿轮夹具的使用提供计算基础。

综上所述，本发明提供的一体化齿轮夹具和校正标定装置，通过内端夹具100、外端夹具200、扭矩传递结构500和应变片组件将薄壁齿轮001的夹持和测量一体化，结构紧凑，满足对加载被试薄壁齿轮001的定心安装和紧固夹持，进一步实现了对薄壁齿轮001所受扭矩的在线测量；薄壁齿轮001的定心与传扭分离，可同时满足高同心度以及大扭矩传递，满足高精度测试要求；应变片610设置于扭矩传递结构500而对扭转变形量进行实时反馈，应变片610与被试薄壁齿轮001距离可控，测试数据受外界干扰小，数据精准可靠。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化齿轮夹具，用于测试薄壁齿轮（001），其特征在于，包括：

内端夹具（100），整体呈筒状且长度方向的一端用于与外界的主轴（010）形成同轴固定；

外端夹具（200），整体呈筒状，所述外端夹具（200）与所述内端夹具（100）长度方向的另一端同轴固定；

外端轴承（300），安装于所述外端夹具（200）长度方向外端的内壁；

内端轴承（400），安装于所述外端夹具（200）长度方向内端的内壁，其中，外部的薄壁齿轮（001）穿过所述外端轴承（300）和所述内端轴承（400）；

扭矩传递结构（500），整体呈筒状，所述扭矩传递结构（500）长度方向的两端分别花键连接到所述内端夹具（100）和外部的薄壁齿轮（001）；

应变片组件，包括形成电性连接的电源部（620）、功能电路部和至少一个应变片（610），所述应变片（610）固定于所述扭矩传递结构（500）长度方向的中部的外壁或者内壁，所述电源部（620）和所述功能电路部安装于所述内端夹具（100）、外端夹具（200）和所述扭矩传递结构（500）中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述电源部（620）包括在所述外端夹具（200）远离所述内端夹具（100）的一端周壁上缠绕设置的导电线圈，所述导电线圈与所述外端夹具（200）之间绝缘设置。

3.根据权利要求2所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，对应所述导电线圈设置电源结构，所述电源结构安装于所述外端夹具（200）且电性连接到所述导电线圈，其中，所述导电线圈还用于接收以及发送信号。

4.根据权利要求1所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置的遥感测量收发头（700）。

5.根据权利要求1所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述一体化齿轮夹具还包括对应所述功能电路部设置有控制器，所述功能电路部包括设置于所述外端夹具（200）外周的环形电极，所述控制器通过弹性导电片与所述环形电极进行接触式数据传输。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述一体化齿轮夹具还包括轴向锁紧装置（800），所述轴向锁紧装置（800）连接于所述外端夹具（200）或外部的薄壁齿轮（001）从而与所述外端夹具（200）夹持所述内端轴承（400）。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述一体化齿轮夹具还包括内密封件（920）和骨架密封装置（910）；

所述内密封件（920）安装于所述外端夹具（200）的内壁在轴向上形成密封，所述骨架密封装置（910）安装于所述外端夹具（200）的内壁与薄壁齿轮（001）的外壁之间在轴向上形成密封。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述电源部（620）和所述功能电路部安装于所述扭矩传递结构（500）内，且避让所述应变片（610）设置。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体化齿轮夹具，其特征在于，所述内端夹具（100）内壁上周设有多个两半式挡片支架，所述两半式挡片支架伸入所述扭矩传递结构（500），其中，所述两半式挡片支架在扭矩传递结构（500）的径向上为间隙配合。

10.一种校正标定装置，用于对权利要求1至9中任意一项所述一体化齿轮夹具的标定，其特征在于，包括：

连接装置（002），呈板状用于与外部的薄壁齿轮（001）形成连接；

杠杆（003），连接于所述连接装置（002）并远离所述一体化齿轮夹具中轴方向延伸；

砝码（004），连接于所述杠杆（003）远离所述连接装置（002）的一端；

支架（005），用于支撑所述内端夹具（100）和所述外端夹具（200），其中，所述支架（005）限制固定所述内端夹具（100）的转动。