圆柱齿轮副啮合冲击试验台及试验测试方法与流程

本发明涉及圆柱齿轮副啮合冲击测试及分析领域，尤其涉及一种圆柱齿轮副啮合冲击试验台及试验测试方法。

背景技术：

齿轮传动是机械传动中最常用的一种机械形式，具有工作可靠、效率高、结构紧凑、寿命长等优点，因此被广泛应用于各类机械设备上。

传动的误差和轮齿的变形使得啮合副基节不相等，轮齿在啮入点和啮出点会偏离理论啮合线，导致转速发生突变，引起啮合冲击。啮合冲击会产生较大附加动载荷，使系统振动、噪声加剧，是齿轮传动的重要振动噪声激励源；圆柱齿轮副动态特性研究的关键激励之一就是啮合冲击激励；获得准确的圆柱齿轮副啮合冲击激励是圆柱齿轮副动态行为分析的核心之一。

目前，针对圆柱齿轮副准啮合冲击分析，大多通过理论计算或者有限元仿真分析，或者忽略啮合冲击对动态分析的影响；齿轮动态分析方面，啮合冲击，作为一种周期性的冲击力，是齿轮传动系统动态特性分析不可忽略的关键激励之一；理论计算或有限元仿真分析无法保证计算的准确性，进而无法保证齿轮系统动态特性分析的准确性。

技术实现要素：

发明目的：本发明根据圆柱齿轮副啮合冲击作用机理，提出一种圆柱齿轮副啮合冲击测试试验台。能够实现模拟出轮齿的啮合冲击。

本发明还提供了一种圆柱齿轮副啮合冲击试验测试方法能够获得不同齿形的圆柱齿轮副啮合冲击的实测值，并有效的将啮合冲击引入动力学，开展齿轮副动态分析。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种考虑圆柱齿轮副啮合冲击的试验测试方法，首先通过本专利提出啮合冲击测试试验台及测试方法，通过试验获取啮合冲击激励引起的齿轮副冲击力、冲击动能、冲击加速度；根据能量守恒定律：啮合冲击的冲击动能转换为轮齿微变形的形变势能，得到轮齿微变形量；根据齿轮几何关系，通过微变形量获得轮齿沿啮合线方法的微位移量，进而引入准静态传动误差，形成啮合冲击等效试验方法。

为达到上述目的，本发明圆柱齿轮副啮合冲击试验台可采用如下技术方案：

一种圆柱齿轮副啮合冲击试验台，包括底座、安装在底座上的被测试齿轮件支架、同样安装在底座上的压头调整支架；所述被测试齿轮件支架设有相对的左支撑座及右支撑座，该左支撑座及右支撑座之间横向连接有齿轮轴，所述底座上还设有齿轮下压头，该齿轮下压头安装在齿轮轴的一侧，且齿轮下压头顶面用以支撑测试齿轮件的轮齿；所述压头调整支架上设有竖直延伸的套管，所述套管内设有冲击块，所述冲击块的一个侧面上设有若干上下排列的横向的调整槽，套管的侧面对应所述调整槽设有开槽及自开槽插入调整槽的固定板，当固定板抽出，冲击块自套管上方通过套管向下坠落；还设有上压头，该上压头位于下压头上方，且上压头的底面用以下压测试齿轮件轮齿，该上压头位于套管内并位于冲击块的下方，当冲击块坠落时撞击上压头。

有益效果：本发明的圆柱齿轮副啮合冲击试验台通过冲击块坠落时撞击上压头而提供上压头对被测试齿轮的下压冲击，从而能够模拟出齿轮的啮合冲击效果。并且通过调整槽与固定板的配合能够改变冲击块的高度，从而调整需要得到的啮合冲击力。同时，该试验台构造较简单，结构紧凑，占用空间小；试验台结构为机械式，可以节省资金，缩短设备采购周期。

进一步的，所述左支撑座包括左座体及安装在左座体上的左端盖，所述左座体上方设有半圆形凹槽，左端盖下方设有另外一个半圆形凹槽，两个半圆形凹槽安装后形成整个收容齿轮轴的左轴孔。所述右支撑座包括右座体及安装在右座体上的右端盖，所述右座体上方设有半圆形凹槽，右端盖下方设有另外一个半圆形凹槽，两个半圆形凹槽安装后形成整个收容齿轮轴的右轴孔。通过拆卸和安装左、右端盖以方便安装和拆出齿轮轴。

进一步的，所述压头调整支架包括安装在底座上并自底座向上延伸的立杆及自立杆上方横向延伸的横梁，所述横梁位于被测试齿轮件支架上方，套管安装在横梁前端并位于下压头上方。

进一步的，所述上压头向下的投影与上压头的上表面完全重合。

而本发明圆柱齿轮副啮合冲击试验测试方法的可采用如下技术方案：

一种使用上述圆柱齿轮副啮合冲击试验台的试验测试方法，将被测试齿轮件安装在齿轮轴上，所述上压头的底面下压的轮齿为试验轮齿，所述上压头的上表面向上顶住的轮齿为辅助轮齿；

对于试验轮齿，通过齿根危险截面法，即30°切线法，确定齿根危险截面位置，并标记为a点；在离试验轮齿顺时针或逆时针四个轮齿的位置的轮缘中点位置标记为b点，同时b点所在轮齿与辅助轮齿至少相隔两个齿；a、b点上贴应变片；

通过固定板与冲击块上的调整槽配合以调整冲击块相对上压头的冲击距离，然后抽离固定板，使冲击块在向下坠落提供冲击动能。

进一步的，通过数据采集仪采集冲击作用时间及轮齿变形量，通过以下公式计算圆柱齿轮副啮合等效冲击；

啮合冲击激励引起的冲击动能计算公式为：

式中，ed为齿轮啮合冲击动能；△t为啮合冲击作用时间；me为等效质量；fs为啮合冲击力：重锤质量和重力加速度相乘得到。

根据能量守恒定律，考虑衰减后的啮入冲击动能转化为轮齿的形变势能，其表达形式为：

ed＝fδdste

式中，δdste为由冲击动能引起的轮齿的沿啮合线方向的变形量；f为轮齿单位齿宽上的载荷。

有益效果：本发明的试验测试方法可以获得不同齿形的圆柱齿轮副啮合冲击的实测值。

附图说明

图1为本发明中圆柱齿轮副啮合冲击试验台的结构示意图；并展示了被测试齿轮件已经安装时的状态。

图2为试验件及齿轮轴上零部件布置示意图。

图3为试验齿轮贴片位置示意图。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1及图2所示，为本发明公开一种圆柱齿轮副啮合冲击试验台的实施例。该试验台包括底座6、安装在底座上的被测试齿轮件支架、同样安装在底座6上的压头调整支架7。所述被测试齿轮件支架设有相对的左支撑座101及右支撑座102。该左支撑座101及右支撑座102之间横向连接有齿轮轴10。所述底座6上还设有齿轮下压头4，该齿轮下压头4安装在齿轮轴10的一侧。且齿轮下压头4面向齿轮轴的侧面设有供测试齿轮件轮齿啮合的下齿槽41。所述压头调整支架上设有竖直延伸的套管201。所述套管201内设有冲击块1，所述冲击块1的一个侧面上设有若干上下排列的横向的调整槽111。套管201的侧面对应所述调整槽设有开槽(未标号)及自开槽插入调整槽的固定板2。固定板2与调整槽干涉使冲击块1固定在套管201上方。当固定板2抽出，冲击块1自套管201上方通过套管201向下坠落。该试验台还设有上压头3，该上压头3位于下压头4上方。且上压头3的侧面设有供测试齿轮件轮齿啮合的上齿槽31。该上压头31位于套管201内并位于冲击块1的下方，当冲击块1坠落时撞击上压头3使上压头3能够提供对于被压轮齿的啮合冲击力。所述压头调整支架7包括安装在底座6上并自底座向上延伸的立杆71及自立杆71上方横向延伸的横梁72，所述横梁72位于被测试齿轮件支架上方，套管201安装在横梁72前端并位于下压头4上方。在本实施方式中，为了能够平衡的对被测试齿轮件8模拟出精确的啮合效果，优选的方式为所述上压头3向下的投影与上压头4的上表面完全重合。

该结构中为了便于被测齿轮件8的安装，在设计时考虑到便于将齿轮轴10拆卸和安装。即，所述左支撑座101包括左座体11及安装在左座体上的左端盖9。所述左座体11上方设有半圆形凹槽，左端盖9下方设有另外一个半圆形凹槽，两个半圆形凹槽安装后形成整个收容齿轮轴10的左轴孔。所述右支撑座102包括右座体5及安装在右座体5上的右端盖12，所述右座体5上方设有半圆形凹槽，右端盖12下方设有另外一个半圆形凹槽，两个半圆形凹槽安装后形成整个收容齿轮轴10的右轴孔。通过拆卸和安装左、右端盖以方便安装和拆出齿轮轴10，从而能够便于安装、更换被测试齿轮件8。试验件8在齿轮轴上通过齿轮轴10上的轴肩和套筒13定位。

实施例二

本实施例提供一种圆柱齿轮副啮合冲击试验测试方法。该试验测试方法使用实施例一中的圆柱齿轮副啮合冲击试验台进行操作。

试验测试方法为，将被测试齿轮件8安装在齿轮轴10上，所述上压头的上齿槽与被测试齿轮件的一个轮齿形成啮合(该上齿槽与一个轮齿形成啮合不但能够避免上压头与其他轮齿的干涉，使上压头3的下表面能够准确的压住试验轮齿，同时能够模拟出与该被测试齿轮件的啮合效果)，下压头4的下齿槽与被测试齿轮件的一个另一个轮齿形成啮合；所述上压头4的底面下压的轮齿为试验轮齿81，所述上压头3的上表面向上顶住的轮齿为辅助轮齿82；

请结合图3所示，对于试验轮齿，通过齿根危险截面法，即30°切线法，确定齿根危险截面位置，并标记为a点；在离试验轮齿81顺时针或逆时针四个轮齿的位置的轮缘中点位置标记为b点，同时b点所在轮齿与辅助轮齿至少相隔两个齿；a、b点上贴应变片；

通过固定板2与冲击块1上的调整槽配合以调整冲击块1相对上压头3的冲击距离，然后抽离固定板2，使冲击块1在向下坠落提供冲击动能。

通过数据采集仪采集冲击作用时间及轮齿变形量，通过以下公式计算圆柱齿轮副啮合等效冲击；

啮合冲击激励引起的冲击动能计算公式为：

式中，ed为齿轮啮合冲击动能；△t为啮合冲击作用时间；me为等效质量；fs为啮合冲击力：重锤质量和重力加速度相乘得到。

根据能量守恒定律，考虑衰减后的啮入冲击动能转化为轮齿的形变势能，其表达形式为：

ed＝fδdste

式中，δdste为由冲击动能引起的轮齿的沿啮合线方向的变形量；f为轮齿单位齿宽上的载荷。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。