用于燃料电池测试的加载及固定装置的制作方法

本发明涉及燃料电池测试辅助设备技术领域，具体涉及一种用于燃料电池测试的加载及固定装置。

背景技术：

燃料电池是一种将存储在燃料中的化学能转化为电能的发电装置，具有发电效率高、清洁无污染、无噪声以及快速启动等特点。作为未来可替代能源的最有发展前景的能源装置，近年来有关燃料电池的相关研究不断增多。

为了对燃料电池的性能进行研究，在实验过程中需要经常对燃料电池进行拆分和装配；在研究燃料电池的各种不同的装配夹紧力对电池性能的影响时，还需要对电池的夹紧力进行反复的调整。传统的实验过程中，燃料电池的装配和施加夹紧力大多是采用螺栓直接固定实现；由于燃料电池上固定用的螺栓数目众多，在每次拆分和装配过程费力费时，最重要的是燃料电池的性能受夹紧力的影响非常大，在施加夹紧力的过程中必须保证各螺栓施加力的均匀一致性，这在实际的装配过程中很难得到保证。除此之外，在研究装配力的大小对电池性能的影响时，也是分别通过对各个螺栓施加预紧力来实现的，整个加载力的施加过程繁冗而复杂，也不能确保各螺栓施加力的一致性。因此，针对上述现象，急需一种可以替代燃料电池在装配过程中通过对每个螺栓分别进行力的施加和固定的、同时使施加的力保持均匀一致性的装置，以精简燃料电池装配夹紧的过程，并提高装配夹紧的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种施力均匀、省时省力的用于燃料电池测试的加载及固定装置。

本发明采用的技术方案为：一种用于燃料电池测试的加载及固定装置，包括箱体、传动机构、下压板、上压板和多根螺杆，所述箱体的顶部安装下压板，下压板与上压板上下水平布置；所述传动机构内置于箱体，传动机构的输入端与外设的操作手柄相连，传动机构的输出端分别与多根螺杆的下部相连并可带动螺杆转动，螺杆的上端穿过下压板，分别与开设在上压板上的螺纹孔相适配；当螺杆转动时，上压板可垂直向上或向下移动。

按上述方案，所述传动机构包括第一传动组和第二传动组；所述第一传动组包括第一传动轴、主动锥齿轮和从动锥齿轮，主动锥齿轮和从动锥齿轮置于箱体的内部；第一传动轴的一端伸出箱体，与操作手柄连接，操作手柄可带动第一传动轴转动；第一传动轴的另一端穿入主动锥齿轮的中心，与主动锥齿轮固连；主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮与第二传动组的输入端相连，第二传动组的输出端与螺杆的下部相连并驱动螺杆转动。

按上述方案，所述第二传动组包括第二传动轴、主动圆柱齿轮和多个从动圆柱齿轮，每根螺杆对应一个从动圆柱齿轮；所述第二传动轴穿过从动锥齿轮和主动圆柱齿轮的中心，主动圆柱齿轮与从动圆柱齿轮啮合，从动圆柱齿轮固定在螺杆上；螺杆的下端安装在箱体内，螺杆可相对于箱体转动。

按上述方案，所述螺杆有四根，两两相对布置；所述从动圆柱齿轮有四组，所述主动圆柱齿轮设置在四个从动圆柱齿轮的中心，分别与四个从动圆柱齿轮啮合。

按上述方案，螺杆的下部开设有第一键槽，第一键槽与设在从动圆柱齿轮上的键相适配；在第一键槽下部的螺杆上配设螺杆轴承组，螺杆轴承组安装于设于箱体的螺杆轴承安装孔内。

按上述方案，所述螺杆轴承组包括螺杆上轴承和螺杆下轴承，螺杆上轴承和螺杆下轴承均为圆锥滚子轴承，两者面对面安装于螺杆上。

按上述方案，第一传动轴上依次开设有第二键槽、第一传动轴左轴肩、第一传动轴右轴肩、和扭矩螺母；所述第二键槽与设于主动锥齿轮上的键配合；在第一传动轴右轴肩与第一传动轴左轴肩之间的第一传动轴上装配第一传动轴轴承；所述扭矩螺母与操作手柄相适配，操作手柄可转动扭矩螺母从而带动第一传动轴转动。

按上述方案，第二传动轴自上而下依次开设有第三键槽、第二传动轴轴肩、第四键槽、第二传动轴轴环和第二传动轴螺纹，所述第三键槽与设于从动锥齿轮上的键配合，第四键槽与设于主动圆柱齿轮上的键配合；在第二传动轴轴环与第二传动轴螺纹之间分别配置有第二传动轴轴承组，第二传动轴轴承组安设于开设在箱体内的第二传动轴轴承组安装孔内；所述第二传动轴螺纹与第二传动轴螺母配合相连。

按上述方案，在箱体上设有连接螺纹孔、第二传动轴孔上轴承安装孔、第二传动轴轴孔、螺杆孔、螺杆轴承组安装孔、螺杆螺纹孔和第二传动轴下轴承安装孔，所述连接螺纹孔与连接螺栓相适配；所述第二传动轴轴孔与第二传动轴相适配，在第二传动轴轴孔上部和下部的箱体上分别开设有第二传动轴上轴承安装孔和第二传动轴下轴承安装孔，第二传动轴上轴承安装孔内安设第二传动轴上轴承，第二传动轴下轴承安装孔内安设第二传动轴下轴承，两个轴承可通过箱体的凸肩辅助定位；所述螺杆孔与螺杆的上部相适配，螺杆轴承安装孔内安设有螺杆轴承组；螺杆螺纹孔与轴向固定螺母相适配。

按上述方案，所述第二传动轴上轴承和第二传动轴下轴承均为圆锥滚子轴承，两者背对背安装于第二传动轴上。

本发明的有益效果为：

1.将燃料电池的各个部件有序的放入上压板和下压板之间，通过人工施加扭矩带动两个传动组传动并最终驱动四根螺杆的同步转动，四根螺杆与上压板通过螺纹相啮合，四根螺杆的同步转动可带动驱动上压板的上下移动，配合下压板夹紧固定燃料电池各组件，操作方便，省时省力；

2.本发明利用螺纹的自锁原理将电池各部件夹紧，电池各部件之间可以牢固的配合在一起；同时，在研究燃料电池夹紧力大小对电池性能影响的实验时，可以通过调节夹紧力保持夹紧固定过程稳定；

3.本发明中上压板和下压板可始终保持平行状态，上压板向下压板移动的过程中施加在燃料电池组件上的力在水平方向上均匀分布，有效避免了燃料电池内部组件由于不均匀的夹紧力分布被破坏；

4.本发明利用齿轮啮合传动，传动精度高，且结构简单、紧凑合理。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例中上压板的结构示意图。

图3为本实施例中螺杆的结构示意图。

图4为本实施例中下压板的结构示意图。

图5为本实施例中连接螺栓的结构示意图。

图6为本实施例中箱体的结构示意图。

图7为本实施例中操作手柄的结构示意图。

图8为本实施例中第一传动轴的结构示意图。

图9为本实施例中第一传动轴轴承的结构示意图。

图10为本实施例中主动锥齿轮的结构示意图。

图11为本实施例中第二传动轴的结构示意图。

图12为本实施例中从动锥齿轮的结构示意图。

图13为本实施例中轴向定位螺母的结构示意图。

图14为本实施例中密封塞的结构示意图。

其中：1、上压板；1.1、螺纹孔；2、螺杆；2.1、第一键槽；2.2、螺杆轴肩；2.3、螺杆轴环；3、下压板；3.1、螺栓孔；3.2、通孔；3.3、上半第一传动轴轴承安装孔；4、连接螺栓；5、箱体；5.1、连接螺纹孔；5.2、下半第一传动轴轴承安装孔；5.3、第二传动轴上轴承安装孔；5.4、第二传动轴轴孔；5.5、螺杆孔；5.6、螺杆轴承组安装孔；5.7、螺杆螺纹孔；5.8、第二传动轴下轴承安装孔；6、操作手柄；7、第一传动轴；7.1、扭矩螺母；7.2、第一传动轴右轴肩；7.3、第二键槽；7.4、第一传动轴左轴肩；8、第一传动轴轴承；9、主动锥齿轮；10、第二传动轴；10.1、第三键槽；10.2、第四键槽；10.3、第二传动轴轴环；10.4、第二传动轴螺纹；10.5、第二传动轴轴肩；11、从动锥齿轮；12、主动圆柱齿轮；13、从动圆柱齿轮；14、螺杆上轴承；15、螺杆下轴承；16、第二传动轴上轴承；17、轴向固定螺母；18、第二传动轴下轴承；19、第二传动轴螺母；20、密封塞。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种用于燃料电池测试的加载及固定装置，包括箱体5、传动机构、下压板3、上压板1和多根螺杆2，所述箱体5的顶部安装下压板3，下压板3与上压板1上下水平布置，箱体5的底部通过密封塞20(如图14所示)密封；所述传动机构内置于箱体5，传动机构的输入端与外设的操作手柄6相连(如图7所示)，传动机构的输出端分别与多根螺杆2的下部相连并可带动螺杆2转动，螺杆2的上端穿过下压板3，分别与开设在上压板1上的螺纹孔1.1相适配(如图2所示)；当螺杆2转动时，上压板1可垂直向上或向下移动。测试燃料电池时，将待施力的各电池组件置于上压板1和下压板3之间。

本实施例中，所述传动机构包括第一传动组和第二传动组；所述第一传动组包括第一传动轴7、主动锥齿轮9和从动锥齿轮11(如图8、图10和图12所示)，主动锥齿轮9和从动锥齿轮11置于箱体5的内部；第一传动轴7的一端伸出箱体5，与操作手柄6连接，操作手柄6可带动第一传动轴7转动；第一传动轴7的另一端穿入主动锥齿轮9的中心，与主动锥齿轮9固连；主动锥齿轮9与从动锥齿轮11啮合，从动锥齿轮11与第二传动组的输入端相连，第二传动组的输出端与螺杆2的下部相连并驱动螺杆2转动。所述第二传动组包括第二传动轴10、主动圆柱齿轮12和多个从动圆柱齿轮13，每根螺杆2对应一个从动圆柱齿轮13；所述第二传动轴10穿过从动锥齿轮11和主动圆柱齿轮12的中心，主动圆柱齿轮12与从动圆柱齿轮13啮合，从动圆柱齿轮13固定在螺杆2上；螺杆2的下端安装在箱体5内，螺杆2可相对于箱体5转动。

本实施例中，所述螺杆2有四根，两两相对布置；所述从动圆柱齿轮13有四组，所述主动圆柱齿轮12设置在四个从动圆柱齿轮13的中心，分别与四个从动圆柱齿轮13啮合。如图3所示，螺杆2的下部开设有第一键槽2.1，第一键槽2.1与设在从动圆柱齿轮13上的键相适配，螺杆2与从动圆柱齿轮13键连接。优选地，在第一键槽2.1下部的螺杆2上配设螺杆轴承组，螺杆轴承组安装于设于箱体5的螺杆轴承安装孔5.6内。在第一键槽2.1下部的螺杆2上设有螺杆轴肩2.2，螺杆轴肩2.2实现从动圆柱齿轮13的定位；在螺杆轴肩2.2下部的螺杆2上设有螺杆轴环2.3；所述螺杆轴承组包括螺杆上轴承14和螺杆下轴承15，螺杆上轴承14和螺杆下轴承15分别配设在螺杆轴环2.3的两侧(螺杆上轴承14通过箱体5的凸肩辅助定位)。轴向固定螺母17与螺杆螺纹孔5.7通过螺纹相配合，并且轴向固定螺母17与螺杆下轴承15相接触，以使得轴向固定螺母17对螺杆2起到轴向固定作用(如图13所示)。

本实施例中，所述下压板3与箱体5之间通过连接螺栓4连接，如图4和图5所示，下压板3的四角分别开设有与连接螺栓4适配的螺栓孔3.1；下压板3的内表面开设有向上的凹槽，凹槽内开设有与螺杆2相配合的通孔3.2。在下压板3的侧面开设有上半第一传动轴轴承安装孔3.3，在箱体5的侧面开设有下半第一传动轴轴承安装孔5.2，上半第一传动轴轴承安装孔3.3与下半传动轴轴承安装孔5.2组成第一传动轴轴承安装孔，第一传动轴轴承安装孔内安设有第一传动轴轴承8(如图9所示)，第一传动轴轴承8与第一传动轴7相适配；第一传动轴轴承8为角接触球轴承。

本实施例中，如图8所示，第一传动轴7上依次开设有第二键槽7.3、第一传动轴左轴肩7.4、第一传动轴右轴肩7.2、和扭矩螺母7.1，所述第二键槽7.3与设于主动锥齿轮9上的键配合，第一传动轴7与主动锥齿轮9键连接；在第一传动轴右轴肩7.2与第一传动轴左轴肩7.4之间的第一传动轴7上装配第一传动轴轴承8；所述扭矩螺母7.1与操作手柄6相适配，操作手柄6可转动扭矩螺母7.1从而带动第一传动轴7转动。

本实施例中，如图11所示，第二传动轴10自上而下依次开设有第三键槽10.1、第二传动轴轴肩10.5、第四键槽10.2、第二传动轴轴环10.3和第二传动轴螺纹10.4，所述第三键槽10.1与设于从动锥齿轮11上的键配合，第四键槽10.2与设于主动圆柱齿轮12上的键配合，第二传动轴10分别与从动锥齿轮11和主动圆柱齿轮12键连接(主动圆柱齿轮12通过第二传动轴10上的第二传动轴轴环10.3定位)；第二传动轴轴肩10.5辅助从动锥齿轮11定位，第二传动轴轴环10.3辅助第二传动轴上轴承16定位；在第二传动轴轴环10.3与第二传动轴螺纹10.4之间分别配置有第二传动轴轴承组，第二传动轴轴承组安设于开设在箱体5内的第二传动轴轴承组安装孔内。第二传动轴轴承组包括第二传动轴上轴承16和第二传动轴下轴承18，第二传动轴上轴承16和第二传动轴下轴承18通过箱体5上的凸肩辅助定位；所述第二传动轴螺纹10.4与第二传动轴螺母19配合相连，且第二传动轴螺母19对第二传动轴下轴承18起固定作用。

优选地，如图6所示，在箱体5上设有连接螺纹孔5.1、第二传动轴孔上轴承安装孔5.3、第二传动轴轴孔5.4、螺杆孔5.5、螺杆轴承组安装孔5.6、螺杆螺纹孔5.7和第二传动轴下轴承安装孔5.8，所述连接螺纹孔5.1与连接螺栓4相适配；所述第二传动轴轴孔5.4与第二传动轴10相适配，在第二传动轴轴孔5.4上部和下部的箱体5上分别开设有第二传动轴上轴承安装孔5.3和第二传动轴下轴承安装孔5.8，第二传动轴上轴承安装孔5.3内安设第二传动轴上轴承16，第二传动轴下轴承安装孔5.8内安设第二传动轴下轴承18，该两个轴承可通过箱体5的凸肩辅助定位；所述螺杆孔5.5与螺杆2的上部相适配，螺杆轴承安装孔5.6内安设有螺杆轴承组；螺杆螺纹孔5.7与轴向固定螺母17相适配。

本发明中，所述装置施加夹紧力夹紧固定时，第二传动轴10主要承受向下的轴向力，螺杆2主要承受向上的轴向力，针对这些受力特征，配设在第二传动轴10上的第二传动轴上轴承16和第二传动轴下轴承18均为圆锥滚子轴承，并采用背靠背安装形式；配设在螺杆2上的螺杆上轴承14和螺杆下轴承15也均为圆锥滚子轴承，并采用面对面安装形式，这种轴承安装形式可使第二传动轴10和螺杆2承受较大的轴向力。

本发明的具体工作原理为：测试燃料电池时将需施力的组件置于上压板1和下压板3之间；人工转动操作手柄6带动第一传动轴7转动，第一传动轴7上的主动锥齿轮9转动，与之啮合的从动锥齿轮11随之转动；与从动锥齿轮11固连的第二传动轴10转动并带动主动圆柱齿轮12转动，与主动圆柱齿轮12啮合的从动圆柱齿轮13也随之转动并驱动螺杆2旋转，螺杆2上部的上压板3随着螺杆2的转动上下移动，与下压板3配合实现电池组件的夹紧和松开过程。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。