一种测定极限扭矩的试验装置及方法与流程

本发明涉及一种试验装置，尤其是一种测定极限扭矩的试验装置，同时还涉及相应的试验方法，属于扭转实验技术领域。

背景技术：

据申请人了解，现有扭转试验机为卧式结构，左右分别是扭转盘和固定在底座上的固定盘，扭转盘与电机相连、固定盘固定不动。一般来说，扭转盘和固定盘都是圆形法兰盘的结构，边缘布满螺栓孔，待测试件的两部分通过螺栓与试验机固定连接。试验时先用螺栓将试件的两部分分别与左右两侧的扭转盘和固定盘固定，然后启动电机对试样施加扭矩，观察试件状态，从而得出试件的极限扭矩。然而，采用这种结构测量多组数据时，需要反复拆装螺栓、反复校准定位，工作量大且测试效率很低，特别是当扭矩较大时，需要装拆的螺栓更多，更加减慢了测试的进程；另外，反复装拆容易造成螺栓连接强度降低，多次试验之后连接螺栓可能断裂，进而引发安全事故。

此外，为了合理设计轴孔的配合公差，常常需确定预定传递扭矩所需的过盈配合，现有技术需要制作不同过盈量的试件，然后分别测试其极限扭矩，非常不便。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于：针对扭转试验固定试件复杂、费时的问题，提供一种能够快速安装试件的扭转试验装置，从而显著提高试验操作效率。

本发明进一步的目的在于：提供一种一次安装试验即可得到预定传递扭矩所需过盈配合的测定极限扭矩的试验方法，从而使得试验更加高效快捷。

为了达到以上首要目的，本发明的基本技术方案为：一种测定极限扭矩的试验装置，包括装夹待测试件的试件固定装置，所述待测试件包括同轴安装的试件轴(3)和试件轮(4)，所述试件轮中部具有一个可与试件轴上的配合面配合传扭的配合孔(4-1)；所述试件固定装置包括用于安装试件轴的扭转盘(1)和固连于底座上固定安装试件轮的固定盘(2)，其特征在于：

所述试件轴(3)的两端分别为插装端(3-2)和配合端(3-3)，所述配合端(3-3)沿轴向至少分布有与所述配合孔(4-1)形成传扭配合的一段配合面(3-1)；

所述扭转盘(1)相对固定盘(2)的一侧为具有中心孔(5-1)且与所述插装端(3-2)构成周向约束移动副的载件座(5)；

所述固定盘(2)中部制有与所述试件轮(4)周向约束、一端轴向限位的固定孔(2-1)。

采用本发明测定极限扭矩的试验装置在做好将带扭矩显示试验电机与扭转盘传动连接的准备之后，按如下步骤进行：

步骤一、将待测试试件轴的插装端插装在扭转盘载件座的中心孔中周向约束，将试件轮插装在固定盘中部的固定孔中周向约束且轴向限位；

步骤二、将试件轴配合端的一段配合面压入试件轮的配合孔内，形成传扭配合；

步骤三、开启试验电机逐步施加扭矩，当试验电机转速突破零、即试件轴与试件轮开始产生相对转动时，记录试验电机临界输出扭矩；即得到试件轴与试件轮当前传扭配合所能传递的极限扭矩。

试验时，由于试件轴和试件轮可以分别插装在扭转盘和固定盘中，因此安装十分方便，当扭转盘按需轴向移位使试件轴和试件轮配合后，带扭矩显示的试验电机驱动扭转盘带动试件轴产生旋转趋势，当其与试件轮出现相对滑移时，即得到可传递的极限扭矩，十分方便。

需要说明的是，上述传扭配合具有广义：既包括公差范围的过盈配合，也包括啮合配合。

为了达到进一步的目的，本发明中：所述配合端(3-3)沿轴向至少分布有与所述配合孔(4-1)形成渐紧过盈配合的二段配合面(3-1)。这样，当按以下方法进行试验时，即可得到预定传递扭矩所需的过盈配合试验结果，该测定极限扭矩的试验方法在做好将带扭矩显示试验电机与扭转盘传动连接的准备之后，按如下步骤进行：

步骤一、将待测试试件轴的插装端插装在扭转盘载件座的中心孔中周向约束，将试件轮插装在固定盘中部的固定孔中周向约束且轴向限位；

步骤二、将试件轴配合端的第一段配合面压入试件轮的配合孔内，形成第一级过盈配合；

步骤三、开启试验电机逐步施加扭矩，当试验电机转速突破零、即试件轴与试件轮开始产生相对转动时，记录试验电机临界输出扭矩；

步骤四、如试验电机输出扭矩小于预定传递扭矩，将试件轴配合端的下一段配合面压入试件轮的配合孔内，形成下一级过盈配合，返回步骤三；否则确定该级过盈配合合用，结束试验。

本发明对试件装配一次便可连续进行多次试验，直至测定出可以传递预定扭矩的合用过盈量，显著提高了试验效率，且有利于保证测定结果的精确度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为实施例一的试验装置结构示意图；

图2为图1中e-e剖面图；

图3为实施例一的载件座结构示意图；

图4为图3中f-f剖面图；

图5为实施例一的固定盘结构示意图；

图6为图5中g-g剖面图；

图7为实施例一的试件结构示意图；

图8为图7中h-h剖面图；

图9为实施例二的试验装置结构示意图；

图10为图9中k-k剖面图；

图11为实施例二的试件结构示意图；

图12为图11中i-i剖面图；

图13为测定步骤流程图。

图中：1扭转盘；2固定盘；2-1固定孔；2-2定位孔；3试件轴；3-1配合面；3-2插装端；3-3配合端；3-4花键面；3-5定位凸轮；4试件轮；4-1配合孔；5载件座；5-1中心孔；5-2限位孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例一

本实施例的试验装置用于测定过盈配合待测试件的可传递极限扭矩。如图1至图8所示，待测试件包括同轴安装的试件轴3和试件轮4。其中试件轮4中部具有一个可与试件轴3上的配合面配合传扭的配合孔4-1，外廓具有矩形截面段和圆柱截面段。试件轴3的两端分别为矩形截面的插装端3-2和圆柱形的配合端3-3，配合端3-3沿轴向分布有与配合孔4-1形成渐紧过盈配合的三段配合面3-1(例如每段增大0.005毫米；当只有特定配合尺寸的一段配合面时，可以实现快速安装试件测定该配合尺寸的极限扭矩)。插装端3-2和配合端3-3被中部定位凸轮3-5隔开。

装夹待测试件的试件固定装置包括用于安装试件轴3的扭转盘1和固连于底座上固定安装试件轮4的固定盘2。扭转盘1有带扭矩显示的试验电机驱动并可按需轴向移位，其相对固定盘2的一侧固连具有中心孔5-1且通过矩形孔与插装端3-2构成周向约束移动副的载件座5。固定盘2中部制有与试件轮4矩形截面段周向约束的矩形截面固定孔2-1和与圆柱截面段相配的轴向限位缩径圆形定位孔2-2。

当试件轴的配合端只有一段配合面、只需要进行测定某一配合可传递的极限扭转时，在做好将带扭矩显示试验电机与扭转盘传动连接的准备之后，按如下简单步骤进行试验：

步骤一、将待测试试件轴3的矩形截面插装端3-2插装在扭转盘载件座5适配的中心孔5-1中周向约束，将试件轮4的矩形截面段插装在固定盘中部的固定孔2-1中周向约束并通过缩径圆形定位孔2-2轴向限位；

步骤二、将试件轴3配合端的配合面3-3压入试件轮4的配合孔4-1内，形成过盈配合；

步骤三、开启试验电机逐步施加扭矩，当试验电机转速突破零、即试件轴3与试件轮4开始产生相对转动时，记录试验电机临界输出扭矩，得到试件轴3与试件轮4当前过盈配合所能传递的极限扭矩。

当需要测定预定传递扭矩所需的过盈配合时，在做好将带扭矩显示试验电机与扭转盘传动连接的准备之后，按如下步骤进行(参见图13)：

步骤一、将待测试试件轴3的矩形截面插装端3-2插装在扭转盘载件座5适配的中心孔5-1中周向约束，将试件轮4的矩形截面段插装在固定盘中部的固定孔2-1中周向约束并通过缩径圆形定位孔2-2轴向限位；

步骤二、将试件轴3配合端的第一段配合面压入试件轮4的配合孔4-1内，形成第一级过盈配合；

步骤三、开启试验电机逐步施加扭矩，当试验电机转速突破零、即试件轴与试件轮开始产生相对转动时，记录试验电机临界输出扭矩；

步骤四、如试验电机输出扭矩小于预定传递扭矩，将试件轴3配合端的下一段配合面压入试件轮4的配合孔4-1内，形成下一级过盈配合，返回步骤三；否则确定该级过盈配合合用，结束试验。

实践证明，与现有技术相比，本实施例的扭转试验装置具有以下显著有益效果：

1).试件轴固定孔对试件轴、试件轮固定孔对试件轮均形成周向上的旋转限制，使得试件轴、试件轮无法在周向上转动，从而对试件进行快速固定；相比于螺栓拆装固定，明显简化了操作流程，显著提高了试验效率；

2).试件轴上多段配合面可以与配合孔形成多级过盈配合，从而一次安装即可测定预定扭矩所需的理想过盈配合量，以便设计时确定优选的标准公差或设定最佳的非标公差；

3).试件轮固定孔的直径大于试件轴固定孔的直径，使得试件可以从试件轮固定孔的一侧插入，在试验结束后无阻碍地逆向抽出，安装更加快速简便；

4).试件轴与试件轮从一侧插入试验装置后依靠自身的周向、限位结构自动形成定位，省去了人工校准；

5).各段配合面之间设有标记线，便于压力机的推进。

实施例二

本实施例的试验装置如图9至图13所示，基本技术方案与实施例相同，不同之处在于试件轴3的配合面为花键面3-4，试件轮4的配合孔4-1为花键孔；两者之间形成花键啮合配合。试件轴3中部具有径向外凸的定位凸轮3-5，起到轴向上定位的作用。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。