本發(fā)明公開了一種大功率圓柱齒輪綜合性能試驗臺，尤其是一種精密的、中心距無極可調(diào)、可快速換裝的圓柱齒輪綜合性能試驗臺。

背景技術：

圓柱齒輪包含直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、弧齒圓柱齒輪等。在實際生產(chǎn)中，齒輪作為機械傳動的主要部件，它的失效將直接影響機器的正常運行。為了使齒輪機構(gòu)可靠地工作，需要對齒輪輪齒的彎曲強度、齒面接觸強度和膠合承載能力等進行測定，從而分析齒輪破壞的機理，為齒輪傳動的設計提供依據(jù)，象這樣復雜的過程只能在齒輪試驗臺上進行。試驗臺可以綜合測試:在不同的載荷和轉(zhuǎn)速、不同潤滑條件下，齒輪嚙合區(qū)齒面瞬時溫度、輸入輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。為提高齒輪的承載能力、延長使用壽命和潤滑條件的選擇提供依據(jù)。因此圓柱齒輪綜合性能試驗臺的搭建是必要的。

在圓柱齒輪副的試驗過程中，不同的齒輪具有不同的中心距，往往為了測試某一特定齒輪的綜合特性就需要制造一套專門的被試件工裝，費時費力。同時在針對某一固定齒輪時，通過調(diào)整中心距以研究其嚙合特性也是非常有必要的。

目前國際通用的DCS-150型齒輪試驗臺、CL-100型齒輪試驗臺、JG-150型齒輪試驗機、ZHD82-A型封閉齒輪試驗臺等均不能隨意改變中心距，同時拆裝耗時費力，加載時不能在試驗中改變載荷。而常見的GTA-4、CLP-35S等可改變中心距的齒輪試驗機又僅適用于小功率、小扭矩的齒輪試驗。這就使得不少齒輪制造商沒有辦法客觀的評價自己生產(chǎn)出來齒輪的質(zhì)量，對齒輪的檢驗還停留在利用通用低精度的設備使齒輪副對滾來觀察齒面嚙合接觸區(qū)的水平。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種中心距無極可調(diào)的大功率圓柱齒輪綜合性能試驗臺，能在一個試驗臺上滿足任意中心齒輪嚙合的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)、大扭矩的試驗，并能夠滿足長期頻繁試驗需要。

本發(fā)明采用的技術方案是：

本發(fā)明包括變頻交流電機、伺服電機、兩個封閉圓柱齒輪箱、液壓擺動缸、主試試驗臺、陪試試驗臺、十個彈性聯(lián)軸器、四個中間傳動軸、兩個鏈接法蘭、一個離合器。在地坪鐵上的一側(cè)安裝變頻交流電機，從伺服電機開始，按順時針方向依次安裝第一封閉圓柱齒輪箱、液壓擺動缸、第二封閉齒輪箱、陪試齒輪試驗臺底座、主試齒輪試驗臺底座、軸承座滑臺、陪試齒輪輸出軸系、陪試齒輪輸入軸系、主試齒輪輸出軸系、主試齒輪輸入軸系、變頻交流電機。

在地坪鐵的一側(cè)，伺服電機的輸出端通過離合器與第一封閉圓柱齒輪箱的第二輸入端連接，第一封閉圓柱齒輪箱的第二輸出端通過第一彈性聯(lián)軸器、第一中間軸、第二彈性聯(lián)軸器與大功率液壓擺動缸連接，大功率液壓擺動缸的輸出端通過連接法蘭、第三彈性聯(lián)軸器、第二中間軸與第二封閉圓柱齒輪箱的輸出端連接，第二封閉圓柱齒輪箱的輸入端通過第四第五彈性聯(lián)軸器和第三中間軸與陪試齒輪試驗臺連接，陪試齒輪試驗臺與主試齒輪試驗臺之間通過第六彈性聯(lián)軸器連接，主試齒輪試驗臺向第一封閉圓柱齒輪箱方向依次安裝有第七彈性聯(lián)軸器、第四中間軸、第八彈性聯(lián)軸器。

所述主試齒輪試驗臺與陪試齒輪試驗臺包括底座、兩組由兩個角接觸球軸承和一個短圓柱滾子軸承、兩個液壓脹緊套、一個被試齒輪、第一支撐軸、第二支撐軸、第三支撐軸組成的主被動齒輪軸系(主動齒輪軸系與被動齒輪軸系完全對稱)、軸承座滑臺、三個絲杠、三個步進電機、四個液壓螺母、第一固定軸承座、第二固定軸承座、第一活動軸承座、第二活動軸承座、激光位移傳感器。

底座上包含第一靜壓導軌下接合面、T型槽及第二靜壓導軌下接合面；軸承座滑臺包含第三靜壓導軌下接合面及第一靜壓導軌上接合面(含油腔)。其中軸承座滑臺依靠第一靜壓導軌上接合面與第一靜壓導軌下接合面形成滑移副，并利用液壓螺母和T型槽的配合與底座夾緊固定；第一步進電機固定在底座上，通過第一絲杠與軸承座滑臺形成螺紋副；第二活動軸承座與第二固定軸承座安裝在軸承座滑臺上，第二活動軸承座包含第三靜壓導軌上接合面(含油腔)，第二活動軸承座依靠第三靜壓導軌上接合面與第三靜壓導軌下接合面形成滑移副，第二固定軸承座利用螺釘固定在軸承座滑臺上；第三步進電機固定在軸承座滑臺上，通過第三絲杠與第二活動軸承座形成螺紋副；第一活動軸承座包含第二靜壓導軌上接合面(含油腔)，第一活動軸承座依靠第二靜壓導軌上接合面與第二靜壓導軌下接合面形成滑移副；第二步進電機固定軸承座滑臺上，通過第二絲杠與第一活動軸承座形成螺紋副。

主動齒輪軸系通過兩個角接觸球軸承和一個短圓柱滾子軸承分別與第一固定軸承座與第一活動軸承座連接。其中第一支撐軸通過角接觸球軸承定位于第一固定軸承座上，形成滾動摩擦副。第三支撐軸通過短圓柱滾子軸承定位于第一活動軸承座上，形成滾動摩擦副。第二支撐軸通過兩個液壓脹套與第一支撐軸、第二支撐軸連接。主動齒輪固定于第二支撐軸上。

被動齒輪軸系通過兩個角接觸球軸承和一個短圓柱滾子軸承分別與第二固定軸承座與第二活動軸承座連接。第三支撐軸通過短圓柱滾子軸承定位于第二活動軸承座上，形成滾動摩擦副。第一支撐軸通過角接觸球軸承定位于第二固定軸承座上，形成滾動摩擦副。第二支撐軸通過兩個液壓脹套與第一支撐軸、第二支撐軸連接。被動齒輪固定于第二支撐軸上。

主動齒輪與被動齒輪通過軸承座滑臺調(diào)節(jié)中心距配合。

激光位移傳感器固定于底座，與陪試齒輪試驗臺的激光位移傳感器、上位機組成控制閉環(huán)。

本發(fā)明具有的有益效果是：

被試件平臺可以滿足任意中心距齒輪測試的需求，同時可以滿足同意齒輪下任意中心距調(diào)整的需求。

本發(fā)明調(diào)整方便、拆裝快速，利用液壓脹套避免了軸系在軸承座的反復拆裝，使每次換裝時只需更換齒輪而不需要拆卸軸承，能夠滿足長期頻繁試驗的需要。

有變頻交流電機和伺服電機兩套動力系統(tǒng)，通過離合器和聯(lián)軸器分別單獨完成齒輪的動態(tài)性能測試和穩(wěn)態(tài)性能測試的動力輸入。其中動態(tài)性能包括齒輪的聲震特性、熱變形檢測；穩(wěn)態(tài)特性包括齒輪的接觸區(qū)域、傳遞特性檢測。前者要求在高速狀態(tài)下進行，后者要求在低速平穩(wěn)狀態(tài)進行。變頻交流電機和伺服電機分別能滿足兩者的要求。

本實驗臺是功率封閉試驗臺，由液壓擺動缸提供扭矩、由電機提供轉(zhuǎn)速，可以滿足臺架的長期低功耗工作。

附圖說明

圖1是發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖2是圖1的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖3是主要試驗臺架的俯視圖；

圖4是主要試驗臺架的三維視圖；

圖5是主要試驗臺架的背面的局部三維視圖；

圖6是底座的三維視圖；

圖7是被試齒輪軸系的剖視圖；

圖8是活動軸承座沿X方向調(diào)整視圖

圖9是軸承座滑臺局部視圖；

圖10是軸承座滑臺沿Y方向調(diào)整視圖；

圖中：1-第九彈性聯(lián)軸器，2-變頻交流電機，3-伺服電機，4-離合器，5-第一封閉圓柱齒輪箱，6-第一彈性聯(lián)軸，7-第一中間軸，8-第二彈性聯(lián)軸器，9-第一法蘭，10-液壓擺動缸，11-第二法蘭，12-第三彈性聯(lián)軸器，13-第二中間軸，14-，15-第二封閉圓柱齒輪箱，16-第四彈性聯(lián)軸器，17-第三中間軸，18-第五彈性聯(lián)軸器，19-陪試齒輪試驗臺，20-第六彈性聯(lián)軸器，21-主試齒輪試驗臺，22-第七彈性聯(lián)軸器，23-第四中間軸，24-第八彈性聯(lián)軸器，25-地坪鐵，26-底座，27-第一角接觸球軸承，28-第二角接觸球軸承，29-短圓柱滾子軸承，30-第一液壓脹緊套，31-第二液壓脹緊套，32-被試齒輪，33-第一支撐軸，34-第二支撐軸，35-第三支撐軸，36-主動齒輪軸系，37-被動齒輪軸系，38-軸承座滑臺，39-第一絲杠，40-第二絲杠，41-第三絲杠，42-第一步進電機，43-第二步進電機，44-第三步進電機，45-第一液壓螺母，46-第二液壓螺母，47-第三液壓螺母，48-第四液壓螺母，49-第一固定軸承座，50-第二固定軸承座，51-第一活動軸承座，52-第二活動軸承座，53-激光位移傳感器，54-第一靜壓導軌下接合面，55-T型槽，56-第三靜壓導軌下接合面，57-第二靜壓導軌下接合面，58-第一靜壓導軌上接合面(含油腔)，59-第三靜壓導軌上接合面(含油腔)，60-第二靜壓導軌上接合面(含油腔)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進一步的描述

如圖1和2所示，本發(fā)明包括變頻交流電機(2)、伺服電機(3)、兩個封閉圓柱齒輪箱(5,15)、液壓擺動缸(10)、主試試驗臺(21)、陪試試驗臺(19)、十個彈性聯(lián)軸器(1,6,8,12,14,16,18,20,22,24)、四個中間傳動軸(7,13,17,23)、兩個鏈接法蘭(9,11)、一個離合器(4)。在地坪鐵(25)上的一側(cè)安裝變頻交流電機(2)，從伺服電機(3)開始，按順時針方向依次安裝第一封閉圓柱齒輪箱(5)、液壓擺動缸(10)、第二封閉圓柱齒輪箱(15)、陪試齒輪試驗臺(19)、主試齒輪試驗臺(21)、變頻交流電機(2)。

在地坪鐵的一側(cè)，伺服電機(3)的輸出端通過離合器(4)與第一封閉圓柱齒輪箱(5)的第二輸入端連接，第一封閉圓柱齒輪箱(5)的第二輸出端通過第一彈性聯(lián)軸器(6)、第一中間軸(7)、第二彈性聯(lián)軸器(8)與大功率液壓擺動缸(10)連接，大功率液壓擺動缸(10)的輸出端通過連接法蘭(11)、第三彈性聯(lián)軸器(12)、第二中間軸(13)與第二封閉圓柱齒輪箱(15)的輸出端連接，第二封閉圓柱齒輪箱(15)的輸入端通過第四性聯(lián)軸器(16)、第三中間軸(17)、第五彈性聯(lián)軸器(18)與陪試齒輪試驗臺(19)連接，陪試齒輪試驗臺(19)與主試齒輪試驗臺(21)之間通過第六彈性聯(lián)軸器(20)連接，主試齒輪試驗臺(21)向第一封閉圓柱齒輪箱(5)方向依次安裝有第七彈性聯(lián)軸器(22)、第四中間軸(23)、第八彈性聯(lián)軸器(24)。

如圖3至圖9所示，主試齒輪試驗臺(21)與陪試齒輪試驗臺(19)包括底座(26)、主動齒輪軸系(36)、被動齒輪軸系(37)、軸承座滑臺(38)、三個絲杠(39,40,41)、三個步進電機(42,43,44)、四個液壓螺母(45,46,47,48)、第一固定軸承座(49)、第二固定軸承座(50)、第一活動軸承座(51)、第二活動軸承座(52)、激光位移傳感器(53)。

底座(26)上包含第一靜壓導軌下接合面(54)、T型槽(55)及第二靜壓導軌下接合面(57)；軸承座滑臺(38)包含第三靜壓導軌下接合面(56)及第一靜壓導軌上接合面(含油腔)(58)。其中軸承座滑臺(38)依靠第一靜壓導軌上接合面(58)與第一靜壓導軌下接合面(54)形成滑移副，并利用液壓螺母(45,46,47,48)和T型槽(55)的配合與底座(26)夾緊固定；第一步進電機(42)固定在底座(26)上，通過第一絲杠(39)與軸承座滑臺(38)形成螺紋副；第二活動軸承座(52)與第二固定軸承座(50)安裝在軸承座滑臺(38)上，第二活動軸承座(52)包含第三靜壓導軌上接合面(含油腔)(59)，第二活動軸承座(52)依靠第三靜壓導軌上接合面(59)與第三靜壓導軌下接合面(56)形成滑移副，第二固定軸承座(50)利用螺釘固定在軸承座滑臺(38)上；第三步進電機(44)固定在軸承座滑臺(38)上，通過第三絲杠(41)與第二活動軸承座(52)形成螺紋副；第一活動軸承座(51)包含第二靜壓導軌上接合面(含油腔)(60)，第一活動軸承座(51)依靠第二靜壓導軌上接合面(60)與第二靜壓導軌下接合面(57)形成滑移副；第二步進電機(43)固定軸承座滑臺(38)上，通過第二絲杠(40)與第一活動軸承座(51)形成螺紋副。

主動齒輪軸系(36)和被動齒輪軸系(37)完全對稱，且均由兩組由兩個角接觸球軸承(27,28)和一個短圓柱滾子軸承(29)、兩個液壓脹緊套(30,31)、一個被試齒輪(32)、第一支撐軸(33)、第二支撐軸(34)、第三支撐軸(35)組成，參看圖7所示；

主動齒輪軸系(36)通過兩個角接觸球軸承(27,28)和一個短圓柱滾子軸承(29)分別與第一固定軸承座(49)、第一活動軸承座(51)連接。其中第一支撐軸(33)通過角接觸球軸承(27,28)定位于第一固定軸承座(49)上，形成滾動摩擦副。第三支撐軸(35)通過短圓柱滾子軸承(29)定位于第一活動軸承座(51)上，形成滾動摩擦副。第二支撐軸(34)通過兩個液壓脹套(30,31)與第一支撐軸(33)、第二支撐軸(34)連接。主動齒輪固定于第二支撐軸(34)上。

被動齒輪軸系(37)通過兩個角接觸球軸承(27,28)和一個短圓柱滾子軸承(29)分別與第二固定軸承座(50)與第二活動軸承座(52)連接。第三支撐軸(35)通過短圓柱滾子軸承(29)定位于第二活動軸承座(52)上，形成滾動摩擦副。第一支撐軸(33)通過角接觸球軸承(27,28)定位于第二固定軸承座(50)上，形成滾動摩擦副。第二支撐軸(34)通過兩個液壓脹套(30,31)與第一支撐軸(33)、第二支撐軸(34)連接。被動齒輪固定于第二支撐軸(34)上。

主動齒輪與被動齒輪通過軸承座滑臺(38)調(diào)節(jié)中心距配合。

激光位移傳感器(53)固定于底座(26)，與陪試齒輪試驗臺(19)的激光位移傳感器(53)、上位機組成控制閉環(huán)。

本發(fā)明的工作原理如下：

高低速試驗的切換：系統(tǒng)在功率補償端安裝有變頻交流電機(2)和伺服電機(3)兩套動力系統(tǒng)，其中變頻交流電機(2)通過第九彈性聯(lián)軸器(1)與第一封閉圓柱齒輪箱(5)直連。伺服電機(3)通過離合器(4)與第一封閉圓柱齒輪箱(5)連接。進行高速實驗時，離合器(4)脫開，從而截斷伺服電機(3)與第一封閉圓柱齒輪箱(5)之間的動力傳遞，變頻交流電機(2)工作。進行低速試驗時，變頻交流電機(2)隨動，由伺服電機(3)向功率封閉系統(tǒng)提供動力。伺服電機(3)因其特有的位置控制方式，可滿足接觸印痕試驗時精確的位置控制需求。

中心距調(diào)整：如圖3、4、5、6、9、10所示，試驗箱的中心距通過調(diào)整軸承座滑臺(38)完成。主試試驗臺(21)的輸出齒輪軸系(37)(或陪試試驗臺的輸入齒輪軸系)由底座(26)上的軸承座滑臺(38)支撐。軸承座滑臺(38)依靠第一靜壓導軌上接合面(58)與第一靜壓導軌下接合面(54)形成滑移副。不考慮上部齒輪軸系的換裝流程，調(diào)整過程中首先通過泄油，松開底部夾緊底座(26)與軸承座滑臺(38)的液壓螺母(45,46,47,48)。此時為第一靜壓導軌上接合面(58)油腔供油，使其支支撐起軸承座滑臺(38)，同時驅(qū)動第一步進電機(42)，將軸承座滑臺(38)沿Y方向拉開，由固定在底座(26)上的激光位移傳感器(53)獲得精確的中心距。完成中心距調(diào)整后，通過液壓螺母液壓螺母(45,46,47,48)將軸承座滑臺(38)夾緊在T型槽(55)上。

被試件換裝：如圖4至圖8所示，主動齒輪軸系(36)與被動齒輪軸系(37)通過軸承座固定在試驗臺架上，其中各軸系的第一支撐軸(33)與第三支撐軸(35)分別以過盈連接的方式與液壓脹套(30,31)連接，并永久安裝于軸承坐上。換裝時以主動齒輪軸系(36)為例，首先利用內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)液壓脹套(30,31)，泄去脹緊力；此時為第二靜壓導軌上接合面(60)提供油壓，使油壓撐起第一活動軸承座(51)，同時利用第二步進電機(43)和第二絲杠(40)將第一活動軸承座(51)拉開，取下第二支撐軸(34)和主動齒輪；然后以相同的方式拉開第二活動軸承座(52)并取下被動齒輪；調(diào)整中心距到合適位置后，分別安裝新的主動、被動齒輪，并推動第一活動軸承座(51)、第二活動軸承座(52)至工作位置。

完整裝夾：

從伺服電機(3)開始，按順時針方向依次安裝第一封閉圓柱齒輪箱(5)、液壓擺動缸(10)、第二封閉圓柱齒輪箱(15)、陪試齒輪試驗臺(19)、主試齒輪試驗臺(21)、變頻交流電機(2)，并以彈性聯(lián)軸器連接各部件。

接著依次拉開第一活動軸承座(51)、第二活動軸承座(52)，同時拉動軸承座滑臺(38)，配合激光位移傳感器(53)調(diào)整中心距以裝配試件。裝配及調(diào)整完成后，利用液壓脹套及液壓螺母鎖緊試驗臺，從而完成臺架的安裝和試件的裝夾。在高速工況下，可利用噪聲傳感器、振動傳感器、熱電偶測試齒輪的聲振特性、熱變形檢測；在低速工況下，可利用工業(yè)相機、光柵尺檢測齒輪的的接觸區(qū)域、傳遞特性。