专利名称：齿轮热力耦合变形加载实验装置及实验方法
技术领域：
本发明涉及机械制造和测控技术领域，确切地说是设计一种用于配合现有调温控温实验设备，实现对渐开线直齿轮进行加力载荷的装置，用于对渐开线直齿轮的热力耦合变形进行模拟和测量。
背景技术：
目前，常用的齿轮加载装置是让齿轮达到实际工况下的载荷和转速，是为了发现和测量齿轮的磨损寿命、疲劳寿命、摩擦扭矩以及动态的稳定性，但是对于运行状态下齿轮的变形状况无法测量。工程实践表明，齿轮在运行状态下所产生的热力变形会严重地影响其承载能力和工作性能，从而产生很大的振动、噪声，使其寿命缩短。为了模拟齿轮在稳定运行状态下的热力变形状态，拟采用高精度温控系统和力加载系统，给静止状态下的齿轮分别加热载荷和力载荷，使其与运动齿轮在实际工况下的温度和力分布基本相同。但是，现有技术中没有关于在齿轮静止状态下为其施加实际运行状态下的可控力度载荷和热载荷装置的公开报导。
发明内容
本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种齿轮热力耦合变形加载实验装置及实验方法，以实现在齿轮静止状态下为其施加实际运行状态下的可控力度载荷，为准确测量齿轮在运行状态下的变形情况提供条件。本发明为解决技术问题采用如下技术方案本发明齿轮热力耦合变形加载实验装置的结构特点是将齿轮传动副中的主动轮固定于转轴的右端；在所述转轴的左端固定设置转动手柄，转动手柄的转矩由传感器检测获得，并通过转换电路由LED显示器显示；所述齿轮传动副中的从动轮固联于呈水平设置的丝杠螺母副中丝杠的左端；所述丝杠的右端与连杆相连接；所述连杆由支架支撑，连杆的另一端与杠杆的动力臂铰接；所述杠杆的阻力臂与渐开线触杆臂相固连，渐开线触杆臂的末端是加载测头，所述加载测头的轮廓形状为渐开线，以所述加载测头与被测渐开线齿轮的渐开线齿廓相接触，使接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线方向。本发明齿轮热力耦合变形加载实验装置的结构特点也在于加载测头与被测渐开线齿轮位于呈水平设置的实验平台上。本发明齿轮热力耦合变形加载实验装置的实验方法是按如下步骤进行摇动转动手柄，通过由转轴、主动轮和从动轮构成的齿轮传动副、丝杠、连杆、杠杆，以及渐开线触杆臂的依次传动，使渐开线测头与被测齿轮的渐开线齿廓相接触，接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线方向，所述摇动手柄的加力载荷的大小由传感器和转换电路得到，并实时显
/Jn ο与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明是利用齿轮传动机构、连杆和杠杆机构对被测渐开线齿轮施加力载荷，将手柄的转动转化为杠杆的移动，实现将力矩转化为力，并以传感器和转换电路实现力度载荷的显示，实现了在齿轮静止状态下为其施加实际运行状态下的可控力度的载荷，为准确模拟啮合齿轮在运行状态下的力变形提供条件；2、本发明为保证齿轮的受力点为其啮合线方向并垂直于接触齿面，设计了加载测头形状为渐开线齿廓，同时通过连杆的铰链连接，实现加载和卸载，同时丝杠螺母副可锁定力载的大�。Ｖちυ氐目煽匦裕�3、本发明结构简单，操作方便，配合温度控制系统，可实现对被测齿轮的热力耦合变形模拟，从而通过位移测量系统，测出热力耦合变形。
图1为本发明的结构示意图；图2为图1的A向视图局部放大图；图中标号1手柄,2传感器,3转轴,4a主动齿轮，4b从动齿轮，5a丝杠,5b丝杠螺母，6连杆，7支架，8杠杆，9a渐开线触杆，9b渐开线测头，10被测渐开线齿轮，11实验平台。
具体实施例方式参见图1，本实施例中齿轮热力耦合变形加载实验装置的结构设置为将齿轮传动副中的主动轮4a固定于转轴3的右端；在转轴3的左端固定设置转动手柄1，转动手柄I的转矩由传感器2检测获得，并通过转换电路由LED显示器显示；齿轮传动副中的从动轮4b固联于呈水平设置的丝杠螺母副中丝杠5a的左端，丝杠5a的右端与连杆6相连接，丝杠螺母5b固定设置在支架7上；连杆6由支架7支撑，连杆6的另一端与杠杆8的动力臂铰接；如图1和图2所示，本实施例中的杠杆8的阻力臂与渐开线触杆臂9a相固连，渐开线触杆臂的末端是加载测头9b，加载测头9b的轮廓形状为渐开线，以加载测头9b与被测渐开线齿轮10的渐开线齿廓相接触，使接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线a的方向；加载测头％与被测渐开线齿轮10位于呈水平设置的实验平台11上。具体实施中，转动手柄选用传统的机械进给手轮，在转轴上粘贴应变片式传感器，感测转动手柄传来的力矩，通过转换电路显示加载在渐开线齿轮上的力度载荷。齿轮传动副中的主动齿轮4a为标准渐开线直齿轮,参数m=2,zl=38,通过平键与转轴连接；被动齿轮4b的参数:m=2，z2=76，齿轮精度等级7级。丝杠螺母副为滚珠丝杠，精度等级C3，丝杠的工作长度为20cm，导程6mm，滚道硬度 HRC=58。杠杆的动力臂和阻力臂之比为3:2。实验方法由转动手柄I带动转轴3的转动，进一步驱动齿轮副运动，从侧带动丝杠5a，将转动转换为连杆6的水平移动，进一步由铰链带动杠杆8绕支点转动，从而使渐开线测头9b与被测渐开线齿轮10的渐开线齿廓相接触，接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线a的方向，转动手柄I上的加力载荷的大小由传感器2和转换电路得到，并实时显示。本发明主体部分可安放于温度控制箱内，即转轴、齿轮传动副、丝杠螺母副、连杆、杠杆和测头通过底座和支架固定于温控箱的内工作台上，加载操作和读数装置，即手柄、传感器转换电路和LED显示器部分设置在温度控制箱外，配合温度的变化，可实现对静止状态下齿轮分别加载热载荷和力载荷，实现在实验室中模拟齿轮在稳定运行状态下的热力变形状态，控制有效、加载和卸载方便。
权利要求
1.齿轮热力耦合变形加载实验装置，其特征在于将齿轮传动副中的主动轮(4a)固定于转轴(3)的右端；在所述转轴(3)的左端固定设置转动手柄(1)，转动手柄(I)的转矩由传感器(2)检测获得，并通过转换电路由LED显示器显示；所述齿轮传动副中的从动轮(4b) 固联于呈水平设置的丝杠螺母副中丝杠(5a)的左端；所述丝杠(5a)的右端与连杆(6)相连接；所述连杆(6)由支架(7)支撑，连杆￠)的另一端与杠杆(8)的动力臂铰接；所述杠杆(8)的阻力臂与渐开线触杆臂(9a)相固连，渐开线触杆臂的末端是加载测头(％)，所述加载测头(9b)的轮廓形状为渐开线，以所述加载测头(9b)与被测渐开线齿轮(10)的渐开线齿廓相接触，使接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线方向。
2.根据权利要求1或2所述的齿轮热力耦合变形加载试验装置，其特征在于加载测头(％)与被测渐开线齿轮(10)位于呈水平设置的实验平台(11)上。
3.—种权利要求1所述的齿轮热力耦合变形加载实验装置的实验方法，其特征在于 摇动转动手柄(1)，通过由转轴(3)、主动轮(4a)和从动轮(4b)构成的齿轮传动副、丝杠 (5a)、连杆(6)、杠杆(8)，以及渐开线触杆臂(9a)的依次传动，使渐开线测头(9b)与被测齿轮(10)的渐开线齿廓相接触，接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线方向，所述摇动手柄(I)的加力载荷的大小由传感器(2)和转换电路得到，并实时显示。
全文摘要
本发明公开了一种齿轮热力耦合变形加载实验装置，其特征在于将齿轮传动副中的主动轮固定于转轴的右端；在转轴的左端固定设置转动手柄，转动手柄的转矩由传感器检测获得；齿轮传动副中的从动轮固联于呈水平设置的丝杠螺母副中丝杠的左端；丝杠的右端与连杆相连接；连杆由支架支撑，连杆的另一端与杠杆的动力臂铰接；杠杆的阻力臂与渐开线触杆臂相固连，渐开线触杆臂的末端是加载测头，加载测头的轮廓形状为渐开线，以加载测头与被测渐开线齿轮的渐开线齿廓相接触，使接触力的方向沿渐开线齿廓的公法线方向。本发明实现了在齿轮静止状态下为其施加实际运行状态下的可控力度的载荷，为准确模拟啮合齿轮在运行状态下的力变形提供条件。
文档编号G01M13/02GK102998117SQ20121054899
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者李桂华, 张永恒, 刘西慧, 王丹, 袁海涛, 张华俊 申请人:安徽大学
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