CN114046990B - 一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,包括扭振电机、扭振输入轴、第一动平衡圆盘、第一转矩转速传感器、试验齿轮箱、高温油箱、加热器、第二转矩转速传感器、第二动平衡圆盘、输入皮带轮、转速输入轴、输出皮带轮和第一伺服电机,扭振电机与扭振输入轴连接,第一动平衡圆盘、第一转矩转速传感器和试验齿轮箱连接在扭振输入轴上,输入皮带轮、第二动平衡圆盘、第二转矩转速传感器和试验齿轮箱连接在转速输入轴上,输入皮带轮和输出皮带轮通过同步带连接,输出皮带轮与第一伺服电机连接,试验齿轮箱通过控制油路与高温油箱连接,加热器设置在高温油箱的侧面。本发明结构合理,可有效模拟试验齿轮的高温、高速、正弦扭振环境。
Description
技术领域
本发明涉及机械基础件服役性能试验仪器领域,尤其涉及一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台。
背景技术
平衡轴齿轮服役过程中面临高温、高速和扭振威胁,尤其是在汽车发动机启动、急停阶段,油温可达150℃,扭振扭矩达80N/m,转速可达8000r/min,使得汽车发动机平衡轴齿轮“以塑代钢”方案受到广泛质疑,亟需开展高温高速环境下齿轮扭振耐久试验,验证方案可行性。然而,目前国内齿轮扭振特性研究主要以理论分析为主,现有试验台尚无单独测试齿轮副扭振耐久性能的试验台,难以评估高温、高速、扭振下齿轮可靠性。因此,如何提供一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,成为本领域技术人员亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,解决PEEK平衡轴齿轮高温、高速、扭振下可靠性缺乏试验验证的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,包括扭振电机、扭振输入轴、第一动平衡圆盘、第一转矩转速传感器、试验齿轮箱、高温油箱、加热器、第二转矩转速传感器、第二动平衡圆盘、输入皮带轮、转速输入轴、输出皮带轮和第一伺服电机,所述扭振电机的转轴通过弹性联轴器与所述扭振输入轴连接,所述第一动平衡圆盘、第一转矩转速传感器和所述试验齿轮箱依次从右至左连接在所述扭振输入轴上,所述输入皮带轮、所述第二动平衡圆盘、所述第二转矩转速传感器和所述试验齿轮箱依次从右至左连接在所述转速输入轴上,所述输入皮带轮和所述输出皮带轮通过同步带连接,所述输出皮带轮的转轴通过联轴器与所述第一伺服电机的转轴连接,所述试验齿轮箱通过控制油路与所述高温油箱连接,所述加热器设置在所述高温油箱的侧面,且通过所述控制油路与所述高温油箱连接。
进一步的,所述扭振电机包括第二伺服电机、驱动器、电源、运动控制卡和工控机,所述第二伺服电机的输出轴通过所述弹性联轴器与所述扭振输入轴连接,所述第二伺服电机与所述驱动器和所述电源电连接,所述驱动器与所述工控机电连接。
进一步的,所述试验齿轮箱包括试验齿轮、扭振齿轮、传动齿轮、上齿轮箱、下齿轮箱和垫片,所述上齿轮箱采用凸字形,所述上齿轮箱的凸出部分设有轴孔,所述下齿轮箱上设有两对轴孔,所述上齿轮箱、所述垫片和所述下齿轮箱从上到下依次叠加,且所述上齿轮箱、所述垫片和所述下齿轮箱之间采用螺钉连接,所述试验齿轮和通过连接在所述上齿轮箱上,所述扭振齿轮和所述传动齿轮分别通过所述扭振输入轴和所述转速输入轴连接在所述下齿轮箱上,所述传动齿轮与所述试验齿轮啮合,所述试验齿轮与所述扭振齿轮啮合。
进一步的,所述控制油路包括过滤器、油泵、节流阀、第一开关阀、第二开关阀和溢流阀,所述过滤器、所述油泵、所述节流阀和所述第一开关阀依次设置在同一条管道上,所述过滤器的下端通过管道与所述高温油箱连接,所述第一开关阀的上端通过管道与所述下齿轮箱连接,所述第二开关阀和所述加热器设置在同一条管道上,所述溢流阀的输入端与输出端分别通过管道与所述油泵的输出端和所述高温油箱连接。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
本发明高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,包括扭振电机、扭振输入轴、第一动平衡圆盘、第一转矩转速传感器、试验齿轮箱、高温油箱、加热器、第二转矩转速传感器、第二动平衡圆盘、输入皮带轮、转速输入轴、输出皮带轮和第一伺服电机,通过连接在下齿轮箱的控制油路可为试验提供高温润滑油,且润滑状态可通过液压控制系统在喷油润滑和浸油润滑之间转换;通过基于运动控制卡的控制的第二伺服电机来模拟发动机运行过程中正弦扭振波动;通过增速同步带增大第一伺服电机传输到转速输入轴的转速,为试验齿轮提供高速工况;通过三轴分离式箱体结构,实现试验齿轮中心距可调,满足不同中心距齿轮试验需求。本发明结构合理,可有效模拟试验齿轮的高温、高速、正弦扭振环境,且扭振波动振幅和频率可调整,利用本装置可以方便的对试验齿轮进行试验,从而获取试验齿轮的缺陷,根据缺陷可进一步地进行动力学、疲劳强度分析,对试验齿轮优化设计。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台示意图;
图2为本发明扭振电机控制组成示意图;
图3为本发明试验齿轮箱结构示意图;
图4为本发明控制油路示意图;
附图标记说明:1、扭振电机;101、第二伺服电机;102、驱动器;103、电源;104、运动控制卡;105、工控机;2、扭振输入轴;3、第一动平衡圆盘;4、第一转矩转速传感器;5、试验齿轮箱;501、试验齿轮;502、扭振齿轮;503、传动齿轮;504、上齿轮箱;505、下齿轮箱;506、垫片;6、高温油箱;7、加热器;8、第二转矩转速传感器;9、第二动平衡圆盘;10、输入皮带轮;11、转速输入轴;12、输出皮带轮;13、第一伺服电机;14、弹性联轴器;15、控制油路;1501、过滤器;1502、油泵;1503、节流阀;1504、第一开关阀;1505、第二开关阀;1506、溢流阀。
具体实施方式
如图1所示,一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,包括扭振电机1、扭振输入轴2、第一动平衡圆盘3、第一转矩转速传感器4、试验齿轮箱5、高温油箱6、加热器7、第二转矩转速传感器8、第二动平衡圆盘9、输入皮带轮10、转速输入轴11、输出皮带轮12和第一伺服电机13,所述扭振电机1的转轴通过弹性联轴器14与所述扭振输入轴2连接,所述第一动平衡圆盘3、第一转矩转速传感器4和所述试验齿轮箱5依次从右至左连接在所述扭振输入轴2上,所述输入皮带轮10、所述第二动平衡圆盘9、所述第二转矩转速传感器8和所述试验齿轮箱5依次从右至左连接在所述转速输入轴11上,所述输入皮带轮10和所述输出皮带轮12通过同步带连接,所述输出皮带轮12的转轴通过联轴器与所述第一伺服电机13的转轴连接,所述试验齿轮箱5通过控制油路15与所述高温油箱6连接,所述加热器7设置在所述高温油箱6的侧面,且通过所述控制油路15与所述高温油箱6连接。扭振电机1为试验齿轮501提供扭转振动扭矩,第一伺服电机13保持试验齿轮501高速的运行状态,由于伺服电机转速通常为1000-3000r/min,因此需要通过同步带进行2-3倍的增速。
如图2所示,所述扭振电机1包括第二伺服电机101、驱动器102、电源103、运动控制卡104和工控机105,所述第二伺服电机101的输出轴通过所述弹性联轴器14与所述扭振输入轴2连接,所述第二伺服电机101与所述驱动器102和所述电源103电连接,所述驱动器102与所述工控机105电连接。通过工控机105设置扭振信号所需要的频率和振幅,向运动控制卡104提供周期性谐波信号,使得运动控制器控制驱动器使第二伺服电机101模拟真实发动机扭振信号。
如图3所示,所述试验齿轮箱5包括试验齿轮501、扭振齿轮502、传动齿轮503、上齿轮箱504、下齿轮箱505和垫片506,所述上齿轮箱504采用凸字形,所述上齿轮箱504的凸出部分设有轴孔,所述下齿轮箱505上设有两对轴孔,所述上齿轮箱504、所述垫片506和所述下齿轮箱505从上到下依次叠加,且所述上齿轮箱504、所述垫片506和所述下齿轮箱505之间采用螺钉连接,所述试验齿轮501和通过连接在所述上齿轮箱504上,所述扭振齿轮502和所述传动齿轮503分别通过所述扭振输入轴2和所述转速输入轴11连接在所述下齿轮箱505上,所述传动齿轮503与所述试验齿轮501啮合,所述试验齿轮501与所述扭振齿轮502啮合。试验齿轮型号众多,不同试验齿轮501的直径不同,通过在上从齿轮箱504和下齿轮箱505之间添加垫片506来适应不同直径的试验齿轮501。
如图4所示,所述控制油路15包括过滤器1501、油泵1502、节流阀1503、第一开关阀1504、第二开关阀1505和溢流阀1506,所述过滤器1501、所述油泵1502、所述节流阀1503和所述第一开关阀1504依次设置在同一条管道上,所述过滤器1501的下端通过管道与所述高温油箱6连接,所述第一开关阀1504的上端通过管道与所述下齿轮箱505连接,所述第二开关阀1505和所述加热器7设置在同一条管道上,所述溢流阀1506的输入端与输出端分别通过管道与所述油泵1502的输出端和所述高温油箱6连接。通过控制第一开关阀1504和第二开关阀1505的开关可以控制齿轮箱内齿轮的喷油润滑或者浸油润滑状态。
本发明的动作过程如下:
首先,将试验齿轮501安装在上齿轮箱504上,然后根据试验齿轮501的直径选择垫片506,通过螺钉将上齿轮箱504、垫片506和下齿轮箱505依次连接。
打开第一开关阀1504和第二开关阀1505的开关,控制油泵1502和加热器7开启,润滑油开始循环加热。润滑油加热到设定温度后,保持第一开关阀1504和第二开关阀1505的开启,即可进行喷油润滑状态下的试验齿轮501的试验。润滑油加热到设定温度后,保持第一开关阀1504的开启,关闭第二开关阀1505,注满齿轮箱5后,关闭第一开关阀1504,即可进行浸油润滑状态下的试验齿轮501的试验。
通过工控机105设置扭振信号所需要的频率和振幅,向运动控制卡104提供周期性谐波信号,使得运动控制器控制驱动器使第二伺服电机101模拟真实发动机扭振信号。第二伺服电机101产生具有正弦波动的扭转振动转矩,通过弹性联轴器14依次传递给扭振输入轴2,最终传递给试验齿轮箱5中的试验齿轮501。伺服电机12为试验齿轮提供输入转速,输入皮带轮10和输出皮带轮12升速后,经转速输入轴11传动,最终传递给试验齿轮箱5中的试验齿轮501。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,其特征在于:包括扭振电机(1)、扭振输入轴(2)、第一动平衡圆盘(3)、第一转矩转速传感器(4)、试验齿轮箱(5)、高温油箱(6)、加热器(7)、第二转矩转速传感器(8)、第二动平衡圆盘(9)、输入皮带轮(10)、转速输入轴(11)、输出皮带轮(12)和第一伺服电机(13),所述扭振电机(1)的转轴通过弹性联轴器(14)与所述扭振输入轴(2)连接,所述第一动平衡圆盘(3)、第一转矩转速传感器(4)和所述试验齿轮箱(5)依次从右至左连接在所述扭振输入轴(2)上,所述输入皮带轮(10)、所述第二动平衡圆盘(9)、所述第二转矩转速传感器(8)和所述试验齿轮箱(5)依次从右至左连接在所述转速输入轴(11)上,所述输入皮带轮(10)和所述输出皮带轮(12)通过同步带连接,所述输出皮带轮(12)的转轴通过联轴器与所述第一伺服电机(13)的转轴连接,所述试验齿轮箱(5)通过控制油路(15)与所述高温油箱(6)连接,所述加热器(7)设置在所述高温油箱(6)的侧面,且通过所述控制油路(15)与所述高温油箱(6)连接;
所述试验齿轮箱(5)包括试验齿轮(501)、扭振齿轮(502)、传动齿轮(503)、上齿轮箱(504)、下齿轮箱(505)和垫片(506),所述上齿轮箱(504)采用凸字形,所述上齿轮箱(504)的凸出部分设有轴孔,所述下齿轮箱(505)上设有两对轴孔,所述上齿轮箱(504)、所述垫片(506)和所述下齿轮箱(505)从上到下依次叠加,且所述上齿轮箱(504)、所述垫片(506)和所述下齿轮箱(505)之间采用螺钉连接,所述试验齿轮(501)和通过连接在所述上齿轮箱(504)上,所述扭振齿轮(502)和所述传动齿轮(503)分别通过所述扭振输入轴(2)和所述转速输入轴(11)连接在所述下齿轮箱(505)上,所述传动齿轮(503)与所述试验齿轮(501)啮合,所述试验齿轮(501)与所述扭振齿轮(502)啮合。
2.根据权利要求1所述的高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,其特征在于:所述扭振电机(1)包括第二伺服电机(101)、驱动器(102)、电源(103)、运动控制卡(104)和工控机(105),所述第二伺服电机(101)的输出轴通过所述弹性联轴器(14)与所述扭振输入轴(2)连接,所述第二伺服电机(101)与所述驱动器(102)和所述电源(103)电连接,所述驱动器(102)与所述工控机(105)电连接。
3.根据权利要求1所述的高温高速圆柱齿轮扭振耐久试验台,其特征在于:所述控制油路(15)包括过滤器(1501)、油泵(1502)、节流阀(1503)、第一开关阀(1504)、第二开关阀(1505)和溢流阀(1506),所述过滤器(1501)、所述油泵(1502)、所述节流阀(1503)和所述第一开关阀(1504)依次设置在同一条管道上,所述过滤器(1501)的下端通过管道与所述高温油箱(6)连接,所述第一开关阀(1504)的上端通过管道与所述下齿轮箱(505)连接,所述第二开关阀(1505)和所述加热器(7)设置在同一条管道上,所述溢流阀(1506)的输入端与输出端分别通过管道与所述油泵(1502)的输出端和所述高温油箱(6)连接。
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