CN109738185A - 考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机，该齿轮疲劳试验机由测试齿轮箱（1）、扭矩离合器（3）、输入轴（4）、联轴器（5）、电机（6）、陪转齿轮箱（10）、输出轴（8）和加载离合器（9）装配组成；本发明通过简易的机械装置对齿轮箱中齿轮对的不对中量和偏载量进行控制，以便对于齿轮箱的振动信号进行监测，结构简洁，适用范围广，有效完成不同齿轮参数的不对中与偏载故障的实验模拟。

Description

考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机

技术领域

本发明涉及齿轮疲劳试验机，具体涉及考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机。

背景技术

齿轮箱是机械传动装置中非常重要的中间动力传输部件之一。其主要功能为改变转轴的旋转速度、传递扭矩与动力分流等。齿轮箱在运行过程中，由于受到齿面加工误差、交变载荷、或者系统安装误差的影响，不可避免的致使齿轮箱存在齿面剥落、点蚀、齿轮安装不对中和齿面安装偏载等故障类型，从而引发齿轮箱的振动与噪声，进而缩短齿轮箱齿轮的运行寿命，导致更大的经济利益损失和人员伤亡。因此，我们在齿轮箱故障产生中早期能够通过振动信号监测进行有效的预判，并采用合适方法进行弥补，就会避免不必要的经济与人员损失。

齿轮箱进行故障模拟的基本原理是：首先，采用故障齿轮箱进行齿轮故障模拟；然后，采用数据采集装置进行振动信号采集，获得不同故障类型、不同故障程度下的振动故障信号；最后，采用信号处理方法对振动信号进行分析，获得不同故障类型与不同故障程度下的故障特征，进行故障类型的诊断。

目前，一般齿轮试验机容易模拟齿轮自身故障，如：齿面点蚀、齿面剥落、齿根裂纹的模拟。但是，一般齿轮试验机较难完成齿轮偏载和不对中故障的模拟。同时，对于试验机的加载，比较多的试验机采用磁粉制动器进行加载，其存在最大负载相对较小、保养费用较高等不足。而且，对于一般的齿轮试验机，常为油浴润滑，无法短期有效的消除齿轮箱温度，很难进行长时间的运转，故很难监测齿轮疲劳损伤的整个生命周期的振动信号。

齿轮的故障诊断研究已成为一个研究热点。如何通过有效的实验手段进行故障信号的模拟具有重大作用。一般的齿轮试验机受限于传动的整体结构，对于齿轮箱结构进行不对中与偏载的模拟具有一定难度。同时对于普通的齿轮箱只能进行简单的运转测试，很少能够在长时间运转情况下进行齿轮疲劳寿命实验的测试。

发明内容

本发明的目的是：设计一种考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机，齿轮箱在喷油润滑的长时间运行情况下模拟齿轮不对中与齿面偏载故障并进行齿轮疲劳损伤检测。

为了实现上述目的，本发明提供的技术解决方案是：该齿轮疲劳试验机包括测试齿轮箱、扭矩离合器、输入轴、联轴器、电机、陪转齿轮箱、输出轴和加载离合器，测试齿轮箱内安装试验齿轮对，陪转齿轮箱内安装陪转齿轮对，电机、陪转齿轮箱与测试齿轮箱与地面接触平台采用地脚螺栓固定安装，测试齿轮箱与陪转齿轮箱的输入端通过扭矩离合器、输入轴相互连接，测试齿轮箱与陪转齿轮箱的输出端通过输出轴、加载离合器相互连接，电机经联轴器连接陪转齿轮箱的输入端，整体构成考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机；整体试验机中，陪转齿轮对、试验齿轮对、扭矩离合器、输入轴、加载离合器、输出轴均为旋转构件，动力传递过程是：电机产生动力，经过联轴器输出至陪转齿轮箱，带动陪转齿轮对旋转；一方面将动力输送至输出轴和加载离合器；另一方面将动力输送至输入轴并沿直线传递至扭矩离合器，扭矩离合器驱动测试齿轮箱的测试齿轮对，动力传递至测试齿轮箱并将动力输出至加载离合器；此时测试齿轮箱的动力与来自输出轴的动力在加载离合器处汇合。

更进一步的，测试齿轮箱与陪转齿轮箱的内部结构是相同的；所述的测试齿轮箱或陪转齿轮箱包括箱体、八齿矩形花键主动轴、八齿矩形花键从动轴、主动齿轮和从动齿轮，八齿矩形花键主动轴、八齿矩形花键从动轴分别通过滚动轴承平行安装在箱体内，箱体内的八齿矩形花键主动轴的中心安装主动齿轮，箱体内的八齿矩形花键从动轴的中心安装从动齿轮，主动齿轮啮合从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮的两侧面皆对称式依次安装齿轮挡圈、调整轴套和轴承挡圈，两两滚动轴承之间安装压缩弹簧，安装在箱体上的调距螺栓轴向对应八齿矩形花键从动轴的滚动轴承的外圈。

更进一步的，在箱体上对应调距螺栓的位置设指示游标。

本发明的有益效果是：

1、采用灵活调整轴套的安装位置进行齿轮齿面偏载的模拟，同时通过两对调距螺栓与压缩弹簧的组合实现角不对中与中心距误差故障的模拟，测试齿轮箱在保证中心距的要求下灵活调整齿轮参数以完成实验要求。

2、该试验机整体与地面连接，对于主从动齿，在轴上的定位均采用了轴承挡圈、调整轴套、齿轮挡圈完成齿轮沿轴向方向的定位，轴端与试验齿轮采用八齿矩形花键连接，具有较高稳定性，同时可以承担较大负载扭矩。

3、从动力输入至动力输出均采用了同心轴段传递动力，未采用带传动、链传动等其他动力传动形式，避免了其他中间动力传动装置对采集振动信号的干扰。

4、采用压缩弹簧与调距螺栓之间的配合实现齿轮轴的不对中调节，通过控制两对调距螺栓的调整距离实现传动轴不同角不对中量和中心距偏差量的调节。

5、通过调整齿轮两侧不同厚度轴套的位置实现测试齿轮对齿面之间偏载量的控制，灵活实现不同偏载量的设置。

6、测试齿轮与齿轮轴之间为八齿矩形花键间隙配合连接，方便拆装，在保证齿轮中心距的情况下可以灵活更换不同的齿轮对参数。

7、本发明结构合理，操作简单，适合各种复杂工况。

附图说明

图1为本发明的原理结构示意图。

图2为图1的测试齿轮箱的内部结构示意图。

图3为图1的测试齿轮箱的三维实体结构图。

图4为图1的测试齿轮箱控制偏载调节原理图；(a) 偏载调节之前；(b) 偏载调节之后。

图5为图1的测试齿轮箱不对中调节原理图；(a) 标准安装示意图；(b) 角不对中调节示意图；(c) 中心距误差调节示意图。

图中：1-测试齿轮箱；2-试验齿轮对；3-扭矩离合器；4-输入轴；5-联轴器；6-电机；7-陪转齿轮对；8-输出轴；9-加载离合器；10-陪转齿轮箱；11-箱体；12-八齿矩形花键主动轴；13-八齿矩形花键从动轴；14-主动齿轮；15-从动齿轮；16-滚动轴承；17-齿轮挡圈；18-调整轴套；19-轴承挡圈；20-压缩弹簧；21-调距螺栓；22-指示游标；23-地脚螺栓；4-1调整轴套的厚度；4-2需调整的轴套位置；4-3调整之后的轴套位置；4-4调整后的偏载量；5-1左侧调距螺栓调整距离m(角不对中)；5-2角不对中角度θ；5-3左侧调距螺栓调整距离k1；5-4右侧调距螺栓调整距离k2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，主要对实施中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述功能仅为一部分实施，而不是全部实施功能。

图1为本发明的原理结构示意图；图2为图1的测试齿轮箱的内部结构示意图；图3为图1的测试齿轮箱的三维实体结构图。

如图1所示，该齿轮疲劳试验机包括测试齿轮箱1、扭矩离合器3、输入轴4、联轴器5、电机6、陪转齿轮箱10、输出轴8和加载离合器9，测试齿轮箱1内安装试验齿轮对2，陪转齿轮箱10内安装陪转齿轮对7，电机6、陪转齿轮箱10与测试齿轮箱1与地面接触平台采用地脚螺栓23固定安装，测试齿轮箱1与陪转齿轮箱10的输入端通过扭矩离合器3、输入轴4相互连接，测试齿轮箱1与陪转齿轮箱10的输出端通过输出轴8、加载离合器9相互连接，电机6经联轴器5连接陪转齿轮箱10的输入端，整体构成考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机；整体试验机中，陪转齿轮对7、试验齿轮对2、扭矩离合器3、输入轴4、加载离合器9、输出轴8均为旋转构件，动力传递过程是：电机6产生动力，经过联轴器5输出至陪转齿轮箱10，带动陪转齿轮对7旋转；一方面将动力输送至输出轴8和加载离合器9；另一方面将动力输送至输入轴4并沿直线传递至扭矩离合器3，扭矩离合器3驱动测试齿轮箱的测试齿轮对2，动力传递至测试齿轮箱并将动力输出至加载离合器9；此时测试齿轮箱的动力与来自输出轴8的动力在加载离合器9处汇合。

如图2、图3所示，测试齿轮箱1与陪转齿轮箱10的内部结构是相同的；所述的测试齿轮箱或陪转齿轮箱包括箱体11、八齿矩形花键主动轴12、八齿矩形花键从动轴13、主动齿轮14和从动齿轮15，八齿矩形花键主动轴12、八齿矩形花键从动轴13分别通过滚动轴承16平行安装在箱体11内，箱体11内的八齿矩形花键主动轴12的中心安装主动齿轮14，箱体11内的八齿矩形花键从动轴13的中心安装从动齿轮15，主动齿轮14啮合从动齿轮15，主动齿轮14和从动齿轮15的两侧面皆对称式依次安装齿轮挡圈17、调整轴套18和轴承挡圈19，两两滚动轴承之间安装压缩弹簧20，安装在箱体11上的调距螺栓21轴向对应八齿矩形花键从动轴13的滚动轴承的外圈。

更进一步的，在箱体11上对应调距螺栓21的位置设指示游标22。

实施例1：测试齿轮箱控制偏载调节

如图4所示，为图1的测试齿轮箱控制偏载调节原理图；其中：(a) 偏载调节之前；(b)偏载调节之后；具体的偏载调节步骤如下：当需要调整偏载量l时，找到相应厚度的调整轴套4-1，在齿轮安装之前，八齿矩形花键从动轴从齿轮箱中抽出，将左侧的调整轴套移动至轴段右侧调整轴套的位置4-3，并进而完成其余零件的安装，以实现偏载量为t的齿面偏载4-4安装。

实施例2：测试齿轮箱不对中调节

如图5所示，为图1的测试齿轮箱不对中调节原理图；其中：(a) 标准安装示意图；(b)角不对中调节示意图；(c) 中心距误差调节示意图；具体的角不对中与中心距误差调节步骤如下：当需要进行齿轮角不对中调节时，单独调节左侧调距螺栓(或者单独调节右侧调距螺栓，左侧不动)，右侧螺栓保持不动，轴承支撑下的有效轴段长度为n，此时左侧压缩的弹簧长度为m（见图中5-1），该长度通过观察指示游标获得，则此时的角度不对中量θ为（见图中5-2）：

(1)

对于中心距误差的调节，此时同时调节左右侧的调距螺栓，使从动轴完成整体移动，此时读取左右两侧调距弹簧的示数分别为k1，k2(分别见图中5-3和5-4，该示数通过指示游标直接读取)，则该调整的中心距误差k为：

(2)

此时则完成中心距误差的调节。

尽管上述已经描述了本发明的实施，对于本领域的技术人员，可以容易理解；但是，根据工况进行多种变化调节、修改和变型以适用实际工况的改进，仍属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机，其特征是：该齿轮疲劳试验机包括测试齿轮箱（1）、扭矩离合器（3）、输入轴（4）、联轴器（5）、电机（6）、陪转齿轮箱（10）、输出轴（8）和加载离合器（9），测试齿轮箱（1）内安装试验齿轮对（2），陪转齿轮箱（10）内安装陪转齿轮对（7），电机（6）、陪转齿轮箱（10）与测试齿轮箱（1）与地面接触平台采用地脚螺栓（23）固定安装，测试齿轮箱（1）与陪转齿轮箱（10）的输入端通过扭矩离合器（3）、输入轴（4）相互连接，测试齿轮箱（1）与陪转齿轮箱（10）的输出端通过输出轴（8）、加载离合器（9）相互连接，电机（6）经联轴器（5）连接陪转齿轮箱（10）的输入端，整体构成考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机；整体试验机中，陪转齿轮对（7）、试验齿轮对（2）、扭矩离合器（3）、输入轴（4）、加载离合器（9）、输出轴（8）均为旋转构件，动力传递过程是：电机（6）产生动力，经过联轴器（5）输出至陪转齿轮箱（10），带动陪转齿轮对（7）旋转；一方面将动力输送至输出轴（8）和加载离合器（9）；另一方面将动力输送至输入轴（4）并沿直线传递至扭矩离合器（3），扭矩离合器（3）驱动测试齿轮箱的测试齿轮对（2），动力传递至测试齿轮箱并将动力输出至加载离合器（9）；此时测试齿轮箱的动力与来自输出轴（8）的动力在加载离合器（9）处汇合。

2.根据权利要求1所述的考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机，其特征是：测试齿轮箱（1）与陪转齿轮箱（10）的内部结构是相同的；所述的测试齿轮箱或陪转齿轮箱包括箱体（11）、八齿矩形花键主动轴（12）、八齿矩形花键从动轴（13）、主动齿轮（14）和从动齿轮（15），八齿矩形花键主动轴（12）、八齿矩形花键从动轴（13）分别通过滚动轴承（16）平行安装在箱体（11）内，箱体（11）内的八齿矩形花键主动轴（12）的中心安装主动齿轮（14），箱体（11）内的八齿矩形花键从动轴（13）的中心安装从动齿轮（15），主动齿轮（14）啮合从动齿轮（15），主动齿轮（14）和从动齿轮（15）的两侧面皆对称式依次安装齿轮挡圈（17）、调整轴套（18）和轴承挡圈（19），两两滚动轴承之间安装压缩弹簧（20），安装在箱体（11）上的调距螺栓（21）轴向对应八齿矩形花键从动轴（13）的滚动轴承的外圈。

3.根据权利要求2所述的考虑齿轮不对中与齿面偏载的齿轮疲劳试验机，其特征是：在箱体（11）上对应调距螺栓（21）的位置设指示游标（22）。