可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置及其应用。

背景技术

咬合亦称为焊合，是机械零件早期失效的主要形式之一、在工程上危害较大。其失效机理是指当摩擦副径向压力足够大时，在接触面上局部凸起的部位因塑性流变产生固相焊合、形成粘着点。在相对滑动下，粘着点在切应力的作用下被剪断而脱开时，部分金属从一个表面转移至另一个表面，这样就形成了咬合。试验研究表明,影响机械零件抗咬合性能的主要因素包括材质、表面加工精度、热处理及表面处理工艺，以及摩擦副偶合间的润滑情况等。

在工程实践中，轴类零件作为一种主要的结构件，大多承受弯矩和扭矩等载荷的作用。对于高速、重载的轴类零件，咬合已成为其主要失效形式之一。

目前，国内外大多采用摩擦磨损试验，运用目测摩痕宽度、称量质量变化、测量摩擦力矩，以及金相分析等手段，间接地测试材料的抗咬合性能。根据相关试验标准，摩擦磨损试验件摩擦副的偶合形式主要包括“环-块”式、“销-盘”式和“四球”式等，难以模拟轴类零件的运动状态及承载形式。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置，用于准确地模拟轴类零件的运动状态及承载形式（扭转）、直接测量轴类零件的抗咬合性能。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置，包括工作台、设置在工作台上的加载支架、设置在工作台上并且与工作台构成水平移动副的第一活动机架与第二活动机架和设置在加载支架上与加载支架构成垂直移动副的加载活塞；所述的加载活塞的下部两侧对称的转动设置有连杆，连杆远离加载活塞的一端转动设置有加载杠杆，所述的加载杠杆下部与加载支架转动连接并且在加载杠杆的底端各转动设置有一个夹块，所述的夹块相向的面上开有可与试验轴相配合的v形槽；所述的第一活动支架上转动设置有顶尖，第二活动支架上转动设置有传动轴，所述的顶尖与传动轴位于同一水平线上，传动轴靠近顶尖的一端开有用于安装试验轴的安装孔，传动轴的另一端用于连接驱动其转动的驱动装置。本申请通过第一活动机架和第二活动机架夹持试验轴，两个夹块用于与在试验过和中与试验轴接触，用于在试验轴上添加载荷，传动轴转动，驱动试验轴转动，试验轴与夹块之间摩擦以及夹块对试验轴施加的径向力模拟真实情况下试验轴的受力情况，并通过观察试验过程中试验轴是否有咬合或者抱死现象而判断试验轴抗咬合性能是否合格，本申请可有效的测试试验轴的抗咬合性能是否合格，并且本申请的结构简单，使用方便。

作为本发明的进一步改进，所述的加载活塞向上贯穿加载支架，并且在加载活塞的顶部设置有用于放置配重的支撑平台，所述的加载活塞上套设有复位弹簧，所述的复位弹簧的顶端与支撑平台接触，复位弹簧的底端与加载支架的顶端接触。本申请通过设置复位弹簧，在加载活塞失去作用力时可对加载活塞施加向上的力，使加载活塞自动复位，进一步和方便本申请的使用。

作为本发明的进一步改进，所述的加载支架包括两侧的支撑柱、连接两根支撑柱的加载横梁和设置在支撑柱顶端的支撑块，所述的支撑块上开有贯穿其上下的活塞通孔，所述的加载活塞设置在活塞通孔内并且可在活塞通孔内上下移动，所述的加载杠杆的下部与加载横梁转动连接。本申请中两根支撑柱之间的形成的空间用于安装试验轴，并且方便将加载活塞设置在试验轴的正上方，即进一步方便本申请的使用，又提高本申请的试验精度。

作为本发明的进一步改进，所述的两根支撑柱上与加载横梁转动连接的部位朝着相互远离的方向弯折。本申请通过反撑柱的弯折，增大两根支撑柱之间的空间，更方便操作。

作为本发明的进一步改进，所述的工作台的上表面设置有导轨，所述的第一活动机架和第二活动机架的底部分别开有与导轨相配合的第一导槽和第二导槽。本申请通过导轨与导槽相配合实现第一活动机架和第二活动机架与工作台之间的相对滑动，并且两个活动机架滑动的方向始终沿着导轨的方向，其移动方向控制较好。

作为本发明的进一步改进，所述的第一活动机架的底部设置有用于将其固定在导轨上的第一紧固装置，第二活活动机架的底部设置有用于将其固定在导轨上的第二紧固装置。本申请设置两个紧固装置，分别用于将两个活动机架固定在导轨上，避免在试验过程中两个活动机架在工作台上滑动而影响试验的正常进行。

本发明的另一个目的是提供一种采用试验装置测定试验轴抗咬合性能的方法本方法有具体技术方案包括如下步骤：

步骤1，将第一活动机架朝着远离第二活动机架的方向移动，将待测试的试验轴的一端安装在传动轴上的安装孔内，并保持试验轴穿过两个夹块之间，移动第一活动机架，使顶尖顶住试验轴（9）远离第二活动机架的一端的端部，在试验轴表面粘贴压力传感器；

步骤2，在加载活塞上预加载荷，使其向下运动，在夹块能够稳定的夹持住试验轴（9）后，去除所预加的载荷；

步骤3，启动与传动轴连接的驱动装置；

步骤4，在支撑平台上逐步添加砝码，通过压力传感器读取试验轴上的载荷，在试验轴上的载荷加至为f1时，使试验轴进行时长t1的跑合；

步骤5，完成步骤4的跑合期后，再逐级添加砝码，每增加△f，保持试验轴进行时长△t和跑合，直至载荷增加至fn时进入稳定磨合期，其间如出现咬合、抱死等现象，则视为抗咬合性能不合格；

步骤6，进入稳定磨合期后，锁定载荷为fn并保持时长为tn的跑合，如仍未出现咬合、抱死等现象，可视为抗咬合性能合格。

作为本发明的进一步改进，还包括步骤2.1，手动转动传动轴，采用千分表测定试验轴转动一周的跳动误差不大于0.002毫米。

作为本发明的进一步改进，更换试验轴，重复步骤1至步骤6，测定另一试验轴的抗咬合性能。

本申请的方法可直接地、准确地测量出轴类零件的抗咬合性能，并且本申请的方法系采前述的试验装置的前提下进行的，因此，前述装置所具有的所有优点，本方法亦均具备。

本发明的另一个目的是提供一种测定实验轴极限抗咬合性能的方法，其具体的方案是在前述测定试验轴抗咬合性能的方法的基础上增设步骤7，在稳定磨合期保持时长tn的跑合后，继续加大载荷，直至出现咬合、抱死等现象，记录下此时添加在支撑平台上的砝码重量，即为试验轴的极限抗咬合性能。

本申请的方法可测量出轴类零件的极限抗咬合性能，并且本申请的方法系采前述的试验装置的前提下进行的，因此，前述装置所具有的所有优点，本方法亦均具备。

综上所述，本发明的有益效果是：本申请可准确地模拟轴类零件的运动状态及承载形式、直接测量轴类零件的抗咬合性能，并且本申请还具有结构简单、使用方便的优点。

附图说明

图1是本申请的主视图。

图2是本申请的左视图。

图3是反应本申请中夹块的主视图。

图4是反本申请中夹块的断面图。

其中：1、工作台；2、加载支架；3、第一活动机架；4、第二活动机架；5、加载活塞；6、连杆；7、加载杠杆；8、夹块；9、试验轴；10、v形槽；11、顶尖；12、传动轴；13、安装孔；14、支撑平台；15、复位弹簧；16、支撑柱；17、加载横梁；18、支撑块；19、导轨；20、第一紧固装置；21、第二紧固装置；22、第一通孔；23、第二通孔；24、定位销；25、安装槽；26、安装通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

实施例一：

如图1和图2所示的可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置，包括工作台1、底端可拆卸的安装在工作台1上的加载支架2、设置在工作台1上并且与工作台1构成水平移动副的第一活动机架3与第二活动机架4和设置在加载支架2顶部与加载支架2构成垂直移动副的加载活塞5，所述的第一活支动机架3和第二活动机架4均沿着与加载支架2垂直的方向滑动。

本申请在所述的加载活塞5的下部两侧通过活动铰链对称的转动设置有左右两根连杆6，两根连杆6远离加载活塞5的一端通过活动铰链分别转动设置有一根加载杠杆7，所述的加载杠杆7下部与加载支架2通过活动铰链转动连接并且在加载杠杆7的底端通过活动铰链各转动设置有一个夹块8，在两个所述的夹块8相向的面上各开有一个可与试验轴9相配合的v形槽10，本申请中v形槽10的夹角为90度。本申请中的两个连杆6呈“八”字型布置，两个加载杠杆7呈倒“八”字型布置，加载杠杆7的下部弯曲，与加载杠杆7的上部呈一钝角，所述的夹块8远离n形槽10的一侧开有贯穿其上下的安装槽25，如图3和图4所示，本申请中的v形槽10水平开设，并且v形槽10的开设方向与在使用状态下试验轴的长度方向一致，在夹块8上水平地开有圆柱状的安装通孔26，所述的安装通孔26与安装槽25相通，所述的加载杠杆7的底部伸入安装槽25内并且通过穿插在安装通孔26内的圆柱销实现加杠杆7与夹块8的转动连接。

本申请在所述的第一活动机架3上部沿着与加载支架2垂直的方向开有第一通孔22，在第一通孔22内通过深沟球轴承转动设置有顶尖11，顶尖11的尖端朝向第二活动机架4的方向设置，在第二活动机架4上部开有第二通孔23，在第二通孔23内通过深沟球轴承转动设置有传动轴12，所述的顶尖11与传动轴12的中心线位于同一水平线上，传动轴12靠近顶尖11的一端沿其中心线开有用于安装试验轴9的安装孔13，并且在传动轴12上沿其径向开有与安装孔13相通的定位销孔，在将试验轴9安装在安装孔13内时，采用定位销24插入定位销孔内并使定位销穿过试验轴上沿试验轴径向开设的定位孔内，完成试验轴传动轴12的固定，传动轴12的另一端用于连接驱动其转动的驱动装置（图中未示出），本申请中的驱动装置优先的采用电动机，电动机的传动轴通过联轴器与传动轴远离第一活动机架3有一端联接，电动机工作驱动传动轴12转动。

本申请所述的加载活塞5向上贯穿加载支架2，并且在加载活塞5的顶部设置有用于放置配重的支撑平台14，本申请中的支撑平台14与加载活塞5可通过焊接的方式固定联接，也可两者一体成型制造而成，所述的加载活塞5上套设有复位弹簧15，所述的复位弹簧15的顶端与支撑平台14接触，复位弹簧15的底端与加载支架2的顶端接触，加载活塞5向下运动，压缩复位弹簧15，当加载活塞5上向下的作用力消失时，复位弹簧15恢复原长，将加载活塞5向上弹起复位。

本申请中所述的加载支架2包括两侧的支撑柱16、连接两根支撑柱16中部的加载横梁17和设置在支撑柱16顶端的支撑块18，本申请中的加载横梁17的两端通过铆钉分别固定在两根支撑柱16上，本申请中的两根支撑柱16对称设置，并且支撑块18与两根支撑柱16的顶端固定连接通，具体支撑块18与支撑柱16可通过焊接的方式固定，所述的支撑块18上开有贯穿其上下的活塞通孔（图中未示出），所述的加载活塞5设置在活塞通孔内并且可在活塞通孔内上下移动，本申请中所述的加载横梁17水平设置并且所述的加载杠杆7的下部与加载横梁17通过活动铰链转动连接。本申请优选将两根支撑柱16的底端朝着相互远离的方向水平弯折成水平的安装部，在安装部开有贯穿安装部上下的固定通孔（图中未示出），在工作台1上开有与固定孔相对应的螺纹孔（图中未示出），本申请通过与螺纹孔心以及固定通孔螺纹配合的双头螺柱将支撑柱16可拆卸的安装在工作台上。本申请中加载杠杆7受到向下的力时，其下部与加载横梁17相对转动，加载杠杆7底部的夹块8的上部相互靠近，夹块8的下部相互远离，使得两个夹块8底部形成倒v字形的开口，当两个夹块8夹紧试验轴9时，每个夹块8均与试验轴外表面相切成线接触。

本申请优选的将所述的两根支撑柱16上与加载横梁17转动连接的部位朝着相互远离的方向弯折，以增大两根支撑柱16之间的空间。

本申请实现第一活动机架3和第二活动机架4与工作台1之间滑动的具体结构是：在所述的工作台1的上表面沿着与加载支架2垂直的方向通过多个螺母可拆卸的设置有纵截面呈v形的导轨19，所述的第一活动机架3和第二活动机架4的底部分别开有与导轨19相配合的第一导槽（图中未示出）和第二导槽（图中未示出），所述的导轨19穿过第一导槽和第二导槽，实现对第一活动机架3和第二活动机架4的定位和导向。

为在工作状态下对第一活动机架3和第二活动机架4进行固定，本申请在所述的第一活动机架3的底部设置有用于将其固定在导轨19上的第一紧固装置20，在第二活动机架4的底部设置有用于将其固定在导轨19上的第二紧固装置21。本申请中的第一紧固装置20包括开设在第一活动机架3底部的第一螺纹通孔（图中未示出）和第一螺栓（图中未示出），其中第一螺栓与第一螺纹通孔螺纹配合，第一螺栓的端部可与导轨19接触，当第一螺栓的端部与导轨19接触并压紧导轨19时，将第一活动机架3固定在导轨19上。本申请中第二紧固装置21的结构与第一紧固装置20的结构相同，并且使用方式也相同，本申请不予赘述。

实施例二：

本实施例系采用实施例一所述的试验装置测定试验轴抗咬合性能的方法，本实施例的方法具体的包括如下步骤：

步骤1，将第一活动机架3朝着远离第二活动机架4的方向移动，将待测试的试验轴9的一端安装在传动轴12上的安装孔13内，并保持试验轴9穿过两个夹块8之间，移动第一活动机架3，使顶尖11顶住试验轴9远离第二活动机架4的一端的端部，在试验轴9表面粘贴压力传感器；

步骤2，在加载活塞5上预加载荷，使其向下运动，在夹块8能够稳定的夹持住试验轴9后，去除所预加的载荷。

步骤2.1，手动转动传动轴12，采用千分表测定试验轴9转动一周的跳动，保持其跳动误差不大于0.002毫米，本步骤系千分表的常规用法，具体测定方法本申请不予详述。

步骤3，启动与传动轴12连接的电动机，保持电动机的转速为300转/分。

步骤4，在支撑平台14上逐步添加砝码，通过压力传感器读取试验轴9上的载荷，在试验轴9上的载荷加至为f1=1000牛顿时，使试验轴9进行时长t1=30分钟的跑合，即在此状态下电动机连续工作30分钟而不添加砝码。

步骤5，完成步骤4的跑合期后，再逐级添加砝码，每增加△f=250牛顿，保持试验轴9进行时长△t=1分钟的跑合（即电动机工作1分钟），直至载荷增加至fn=7500牛顿时进入稳定磨合期，其间如果出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象，则视为抗咬合性能不合格，停止试验。

步骤6，当步骤5中未出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象并且进入稳定磨合期后，锁定载荷为fn=7500牛顿并保持时长为tn=30分钟的跑合，如在跑合30分钟后仍未出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象，可视为抗咬合性能合格。

在完成步骤1至步骤6后可更换试验轴9，并重复步骤1至步骤6，测定另一试验轴9的抗咬合性能。

实施例三：

本实施例是的技术方案是测定试验轴极限抗咬合性能的方法，本实施例的实施采用实施例一公开的可测定轴类零件抗咬合性能的试验装置，本实施例所述的方法具体的包括如下的步骤：

步骤1，将第一活动机架3朝着远离第二活动机架4的方向移动，将待测试的试验轴9的一端安装在传动轴12上的安装孔13内，并保持试验轴9穿过两个夹块8之间，移动第一活动机架3，使顶尖11顶住试验轴9远离第二活动机架4的一端的端部，在试验轴9表面粘贴压力传感器。

步骤2，在加载活塞5上预加载荷，使其向下运动，在夹块8能够稳定的夹持住试验轴9后，去除所预加的载荷。

步骤2.1，手动转动传动轴12，采用千分表测定试验轴9转动一周的跳动，保持其跳动误差不大于0.002毫米，本步骤系千分表的常规用法，具体测定方法本申请不予详述。

步骤3，启动与传动轴12连接的电动机，保持电动机的转速为300转/分。

步骤4，在支撑平台14上逐步添加砝码，通过压力传感器读取试验轴9上的载荷，在试验轴9上的载荷加至为f1=1000牛顿时，使试验轴9进行时长t1=30分钟的跑合，即在此状态下电动机连续工作30分钟而不添加砝码。

步骤5，完成步骤4的跑合期后，再逐级添加砝码，每增加△f=250牛顿，保持试验轴9进行时长△t=1分钟的跑合（即电动机工作1分钟），直至载荷增加至fn=7500牛顿时进入稳定磨合期，其间如果出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象，则视为抗咬合性能不合格，则停止试验。

步骤6，当步骤5中未出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象并且进入稳定磨合期后，锁定载荷为fn=7500牛顿并保持时长为tn=30分钟的跑合，如在跑合30分钟后仍未出现咬合、抱死或者定位销24被剪断等现象，可视为抗咬合性能合格。

步骤7，在稳定磨合期保持时长tn=30分钟的跑合后，继续加大载荷，直至出现咬合、抱死等现象，记录下此时添加在支撑平台14上的砝码重量，即为试验轴9的极限抗咬合性能。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。