一种多运动副间隙测量实验装置的使用方法

文档序号：26186004发布日期：2021-08-06 18:37阅读：92来源：国知局

本发明涉及机械制造实验装置技术领域，特别涉及一种间隙方便可调、运动副种类多样的实验装置的使用方法。

背景技术：

众所周知，随着精密机械工程的不断发展，工程中对机械产品的要求越来越高，高精度、高效率、高性能和高可靠性是衡量优秀产品的重要标准。机械系统中普遍存在的运动副间隙是影响系统性能的一个重要因素，间隙对机构动力学特性的影响是一个复杂的过程，当前对含运动副间隙的多体系统动态特性的研究已经成为现代机械工程领域的热点问题。但就目前的运动副间隙测量实验装置来说，对单间隙问题的研究比较多，并且实验装置也较为简单，实验种类单一，过程简化。

专利cn111366361a为一种可调多间隙的齿轮-连杆机构动力学实验模拟系统。其创新点在于提供了一种齿轮-连杆机构动力学实验模拟系统，可以同时精确调整含齿轮副齿侧间隙、转动副径向间隙和移动副间隙，为研究不同间隙的耦合作用对机构动力学性能的影响提供了切实可靠的实验模拟装置。但是该装置将齿轮转子组件和曲柄滑块组件的相互复合会使齿轮副齿侧间隙与转动副径向间隙无法分割开，在考虑转动副径向间隙和移动副间隙的动力学影响时，一定会不可避免的带入齿轮副齿侧间隙，从而造成实验误差。

专利cn208908117u为一种凸轮实验教学装置。其创新点在于该实验装置可以实现系统高副的快速匹配，使从动件的偏置距可以实时调整，不同规律凸轮可以方便更换。但是，该装置在凸轮从动件更换过程中结构过于复杂，安装过程中还是不可避免的带入误差，也没有考虑圆柱形凸轮的情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多运动副间隙测量实验装置的使用方法,以解决上述技术存在的不足,提供一种解决现有实验装置间隙种类单一，间隙耦合程度低，运动副种类单一，运动副间隙调节困难，实验类型固定，实验装置集成性不高等问题的一种多运动副间隙测量实验装置的使用方法。

为解决上述技术问题,本发明提供一种多运动副间隙测量实验装置的使用方法，其实验装置包括实验台1、驱动组件2、齿轮组件3、曲柄滑块组件4、凸轮推杆组件5；其使用方法包括齿轮连杆机构、曲柄滑块机构、齿轮-凸轮机构的关于齿侧间隙、转动副间隙、移动副间隙、凸轮副间隙的测量实验。

所述齿轮组件3由主动齿轮301、从动齿轮302、主动齿轮底座304、从动齿轮底座305、齿轮导轨307、滚珠丝杠308组成，所述主动齿轮301与小平带轮204的输出轴相连接，所述主动齿轮301的侧面设有与主动齿轮相啮合的从动齿轮302，所述主动齿轮301的两侧面分别啮合有从动直齿轮与从动斜齿轮，以丰富齿轮种类，所述主动齿轮301经齿轮支座306固定在主动齿轮底座304上，所述从动齿轮302经齿轮支座306固定在从动齿轮底座305上，所述齿轮导轨307呈倾角设在实验台1上，一条为直齿轮传动导轨，另一条为锥齿轮传动导轨，锥齿轮传动过程中无需分别调节x轴y轴两方向，便于简化实验步骤，导轨交叉处为主动齿轮底座304设置处，所述主动齿轮底座304与齿轮导轨307固定连接，所述从动齿轮底座305经滚珠丝杠308在齿轮导轨307上往返移动，所述滚珠丝杠308设在齿轮导轨307中，通过滚珠丝杠308的旋钮调节从动齿轮的位移，从而调节从动齿轮与主动齿轮的齿侧间隙。

所述曲柄滑块组件4由曲柄401、连杆402、滑块、直线导轨404、间隙调节滑轨组成，所述曲柄401通过联轴器与主动齿轮轴303连接，所述间隙调节滑轨设在直线导轨404上，设有上间隙调节滑轨和下间隙调节滑轨两种，可以实现移动副上下左右间隙的调节，以细化移动副间隙，所述上间隙调节滑轨由滑轨支撑架408、滑轨调节架409组成，主要调节滑块上间隙，上间隙调节滑块410设在滑轨中，通过在上间隙调节滑轨中安装衬套411来改变间隙大小，所述下间隙调节滑轨由侧面开口形支座405、滑轨轨体406组成，主要调节滑块下间隙和左右间隙，下间隙调节滑块407设在滑轨外，通过改变滑块外滑轨轨体406的大小来改变间隙大小，所述连杆402一端与曲柄的孔相连，连杆的另一端与间隙调节滑轨上的滑块转动连接，所述曲柄滑块组件4中的连杆402一端可通过直线导轨404移动与齿轮组件3中的从动直齿轮302轮面上的孔转动连接，可实现从曲柄滑块机构到齿轮连杆机构的改变，达到以便捷简单的方式丰富实验种类的效果。

所述凸轮推杆组件5由凸轮501、z轴移动平台502、推杆503、弹簧504、推杆从动件505、直角形支撑架506、传感器支撑架507、位移传感器508组成，所述凸轮501通过联轴器与小平带轮205输出轴相连，所述凸轮501设为圆柱形凸轮、盘形凸轮两种，所述推杆从动件505设为圆柱滚子、球形滚子、尖顶、平顶四种，设置全面，极大的覆盖实际情况，所述推杆从动件505与推杆503螺纹连接，方便拆卸更换，还减少了零件的加工工艺，所述推杆503外设有弹簧504，固定在直角形支撑架506上，直角形支撑架506的设置以减少支撑架的拆装工作，所述z轴移动平台502通过两侧旋钮可调节推杆的纵向位移，从而调节凸轮501与推杆503之间偏置位移，所述凸轮推杆组件4中的凸轮501可移动与齿轮组件3中的从动直齿轮302的输出轴连接，可实现从凸轮推杆机构到齿轮-凸轮机构的改变，可进行多种类多间隙耦合实验，达到增多实验形式的效果。

所述一种多运动副间隙测量实验装置的使用方法如下：

当用于测量齿轮连杆机构时：

步骤1：将从动齿轮302与连杆402通过可更换销轴连接，使从动齿轮302与连杆402保持连接状态；

步骤2：移动滑块导轨403调节间隙调节滑轨至合适位置，使连杆402一端与齿轮组件3中的从动齿轮302的轮面孔在合适位置转动连接，连杆402的另一端与间隙调节滑轨上的滑块转动连接；

步骤3：旋转滚珠丝杠308上的旋钮调整从动齿轮302位置，通过齿轮导轨上的刻度即可得到齿侧间隙值；

步骤4：驱动直流电机201，电机输出轴通过联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205、主动齿轮301、从动齿轮302和连杆402驱动滑块在间隙调节滑轨上往返运动；

步骤5：通过齿轮间安装的应变片和滑块上安装的加速度传感器测得数据。

当用于测量曲柄滑块机构时：

步骤1：旋转滚珠丝杠308上的旋钮使从动齿轮302与主动齿轮301分离；

步骤2：将曲柄401与连杆402通过可更换销轴连接，使曲柄401与连杆402保持连接状态；

步骤3：移动滑块导轨403调节间隙调节滑轨至合适位置，使连杆402一端与曲柄401上的孔在合适位置相连，连杆402的另一端与间隙调节滑轨上的滑块转动连接；

步骤4：驱动直流电机201，电机输出轴通过联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205、主动齿轮301、曲柄401和连杆402驱动滑块在间隙调节滑轨上往返运动；

步骤5：通过滑块上安装的加速度传感器测得数据。

当用于测量齿轮-凸轮机构时：

步骤1：解开从动齿轮302与连杆402连接的可更换销轴，使从动齿轮302保持独立状态；

步骤2：旋转滚珠丝杠308上的旋钮调整从动齿轮302位置，通过齿轮导轨上的刻度即可得到齿侧间隙值；

步骤3：移动z轴移动平台502至合适位置使凸轮端联轴器6与从动齿轮302输出端相连；

步骤4：安装所需凸轮501，旋紧所选推杆从动件505；

步骤5：旋转z轴移动平台502两侧旋钮调整推杆503至合适位置，通过旋钮刻度盘即可得到偏置值；

步骤6：调整传感器支撑架507和位移传感器508的位置，使其与所测方位凸轮推杆机构连接；

步骤7：驱动直流电机201，电机输出轴通过联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205、主动齿轮301、从动齿轮302、凸轮501驱动推杆从动件505和推杆503在直角形支撑架506上往返运动；

步骤8：通过齿轮间安装的应变片和直角形支撑架506外安装的位移传感器508测得数据。

所述驱动组件由直流电机201、联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205组成，所述直流电机201设在实验台下层并与实验台1固定连接，以减小直流电机运作过程对实验的干扰，所述直流电机的输出轴通过联轴器、皮带等驱动主动齿轮301、曲柄401以及凸轮501转动。

所述上间隙调节滑轨的滑轨支撑架408的下端两侧与导轨滑块403相连接，所述滑轨调节架409经螺栓与滑轨支撑架408相连接，便于更换衬套，调节间隙，滑轨调节架409与滑轨支撑架408之间设为轨道腔，上间隙调节滑块410在轨道腔内移动，通过设置与滑轨调节架409相配合的衬套411来改变轨道腔的间隙大小。

所述下间隙调节滑轨的滑轨轨体406通过侧面开口形支座405与导轨滑块403相连接，滑轨轨体406中间设为方形，两侧设为圆柱形，滑块407在滑轨轨体406方形部分上移动，通过设置滑块外滑轨轨体406的大小来改变间隙的大小，侧面开口形支座405的设置方便更换滑轨轨体406，从而便于更改间隙大小。

所述直线导轨404设为两条，以增强稳定性，平行固定在实验台1上，每条直线导轨404上均设有2个导轨滑块403，分别安装上间隙调节滑轨和下间隙调节滑轨，无需重新安装调整滑轨，既便利又减少误差，两条直线导轨间距为上、下间隙调节滑轨的长度。

所述z轴移动平台502下经螺栓与实验台1连接，上与直角形支撑架506固定连接，z轴移动平台502的旋钮上标有刻度，偏置位移可直接读取，所述传感器支撑架507经螺栓连接在直角形支撑架506外，所述位移传感器508经传感器支撑架507固定在直角形支撑架506外，与推杆503平行安装。

所述曲柄401均布设有四个长度半径相同的孔，其中一个孔经可更换销轴与连杆402转动连接，所述连杆402中部设有螺纹，可通过两边的六角螺栓调节连杆长度，所述滑块与连杆之间通过可更换销轴相连接，滑块侧面设有轴孔，滑块上还设有与轴孔相连通的锁紧孔，锁紧孔内设有紧定螺钉412。

所述从动齿轮302的轮面边缘设有四个长度半径相同的孔，所述锥齿轮传动导轨上的从动齿轮底座305与齿轮支座306呈倾角连接，与实验台1呈水平设置，所述齿轮导轨307上设有刻度，主动齿轮底座304刻度为0，齿侧位移可直接读取。

所述曲柄滑块组件4中的连杆402、衬套411材料可更改，以进行刚柔耦合实验。

所述下间隙调节滑块407与上间隙调节滑块410上安装了加速度传感器，所述主动齿轮301与从动齿轮302嵌有应变片。

本发明的有益效果如下：

1、本发明包含齿轮副齿侧间隙、移动副间隙、转动副间隙和凸轮副间隙，四种间隙值可分别各自调节，既可以分别测量，也可以进行耦合实验，装置并且包含曲柄滑块机构，齿轮机构，齿轮连杆机构、凸轮推杆机构和齿轮-凸轮机构，使实验种类更为丰富多样。

2、本发明设有呈倾角的齿轮导轨，无需分别调节x轴y轴两方向，简化实验步骤，并且提供了直齿轮、锥齿轮、直齿轮连杆和齿轮-凸轮四种齿轮连接状态，细化实验种类，增加实验形式。

3、本发明设有两种间隙调节滑轨，可实现移动副上下左右间隙的调节，细化了移动副间隙，使实验结果更加接近真实情况。

4、本发明采用直角形支撑架，减少支撑架的拆装工作，将推杆从动件设为可拆卸，与推杆螺栓连接，既减少了零件的加工工艺，又方便更换，并且可以实现盘形凸轮和圆柱凸轮两种凸轮四种推杆两种模式共16种凸轮机构的实验，极大的覆盖实际情况，满足各类实验的要求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为齿轮组件的结构示意图。

图3为曲柄滑块组件的结构示意图。

图4为凸轮推杆组件的结构示意图。

图5为推杆从动件的结构示意图。

图6为上间隙调节滑轨的结构示意图。

图7为下间隙滑轨的结构示意图。

图8为主动齿轮底座的结构示意图。

图9为从动齿轮底座的结构示意图。

图10为z轴移动平台的结构示意图。

图中：实验台1、驱动组件2、直流电机201、联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205、齿轮组件3、主动齿轮301、从动齿轮302、主动齿轮轴303、主动齿轮底座304、从动齿轮底座305、齿轮支座306、齿轮导轨307、滚珠丝杠308、曲柄滑块组件4、曲柄401、连杆402、导轨滑块403、直线导轨404、侧面开口形支座405、滑轨轨体406、下间隙调节滑块407、滑轨支撑架408、滑轨调节架409、上间隙调节滑块410、衬套411、锁紧螺钉412、凸轮组件5、凸轮501、z轴移动平台502、推杆503、弹簧504、推杆从动件505、直角形支撑架506、传感器支撑架507、位移传感器508、联轴器6、支座7、底座8。

具体实施方式

如图1-10所示，本发明设计了一种多运动副间隙测量实验装置，它包括实验台1、驱动组件2、直流电机201、联轴器202、大平带轮203、皮带204、小平带轮205、齿轮组件3、主动齿轮301、从动齿轮302、主动齿轮轴303、主动齿轮底座304、从动齿轮底座305、齿轮支座306、齿轮导轨307、滚珠丝杠308、曲柄滑块组件4、曲柄401、连杆402、导轨滑块403、直线导轨404、侧面开口形支座405、滑轨轨体406、下间隙调节滑块407、滑轨支撑架408、滑轨调节架409、上间隙调节滑块410、衬套411、锁紧螺钉412、凸轮组件5、凸轮501、z轴移动平台502、推杆503、弹簧504、推杆从动件505、直角形支撑架506、传感器支撑架507、位移传感器508、联轴器6、支座7、底座8。