专利名称：齿轮传动失效数控演示仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及教学设备，特别是涉及齿轮传动失效数控演示仪。 背荣技术
目前，国内市面上有齿轮失效数控演示仪，而国外类似的产品则是齿轮转动效率或齿 轮寿命试验台，它们的工作原理均是测量齿轮的功率损失或齿轮寿命。齿轮转动效率演示 仪虽然应用在教学中，但不具有判断齿轮失效形式的功能；齿轮寿命试验台试验周期长、 费用高，且不能同时评价几种典型失效齿轮的传动特征主要用于企业的齿轮寿命研究， 不适应课堂教学要求。并且，这些与齿轮传动相关的实验设备不能演示由于齿轮传动系统 中的轮齿失效形态改变而引起的振动模态现象，也不能实现不同轮齿失效形态对齿轮传动 效率和传动精度影响的实验教学。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种齿轮传动失效数控演示仪，它可以在课堂教 学实验中实现齿轮传动的系统教学实验。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案设有机座、振动传感器、磁粉离合器、 力传感器、变速系统、电机驱动系统、数控系统以及数据采集和处理系统；还设有齿轮失 效特征组，其安装在传动轴上，该传动轴的两端各通过一个轴承座安装在机座上。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点-
其一.结构紧凑、体积小。
其二.由于在设备中预设齿轮失效典型特征组，使之在齿轮传动的教学实验中能够分 析齿轮的失效特征与传动效率、传动精度和传动稳定性之间的相互联系。
其三.预设的齿轮失效典型特征组可基于教学内容而任意设计和安装；测量系统可对 不同齿轮的振动模态、传动效率失效和传动精度进行瞬态监测，并将测量结果储存和输出 以供数据处理和分析；系统中的人机界面则可根据教学内容选择失效特征齿轮组中任意一 组进行演示。由于将齿轮传动与失效特征相结合，因此，在评价齿轮失效特征的同时，可 满足不同齿轮失效模式下的传动特征——传动效率、传动精度和传动平稳性等教学实验要 求，从而达到通过现场实验，认识齿轮传动过程中不同失效特征对齿轮传动精度与运动精 度影响程度的教学效果。
总之，本发明将齿轮失效、转动效率和转动精度于一体，不仅结构紧凑、体积小，而 且能够演示由于齿轮传动系统中的轮齿失效形态而引起的振动模态现象，也能够实现不同 轮齿失效形态对齿轮传动效率和传动精度影响的实验教学，从而拓宽了齿轮传动的系统教 学实验内容。
图1是本发明提供的齿轮传动失效数控演示仪的结构示意图。 图2是图1中齿轮失效特征组1的结构示意图。
图中l.齿轮失效特征组2.第一轴承座；3.传动轴；4.第一力臂；5.第一力传感 器；6.第--转速数码器；7.驱动电机；8.第一法兰盘；9.滑动轴；IO.滑动齿轮； ll.滑动驳叉；12.步进电机；13.第二轴承座；14.磁粉离合器；15.第二转速数码器； 16.第二力臂；17.第二力传感器；18.第二法兰盘；19.振动传感器；20.机座；21.第一 种失效特征齿轮；22.第二种失效特征齿轮；23.第三种失效特征齿轮；24.第四种失效 特征齿轮。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明是一种集齿轮失效、转动效率和转动精度演示于一体的，能够实现齿轮传动系 统中产生失效形态后的传动现象的教学实验的数控演示仪，其结构如图l所示主要由齿 轮失效特征组l、磁粉离合器14、振动传感器19、变速系统、电机驱动系统、力传感器、 数控系统以及数据釆集和处理系统组成，它们装在机座20上。齿轮失效特征组l安装在 传动轴3上，传动轴3通过第一轴承座2和第二轴承座13安装在机座20上。传动轴3的 左端，通过第二法兰盘18与磁粉离合器14和第二转速数码器15连接。第一力传感器5 和第二力传感器17安装在机座20上。第一传感器5与安装在驱动电机7上的第一力臂4 相对应，第二力传感器17与安装在磁粉离合器14上的第二力臂16相对应。变速系统中 的滑动齿轮10和滑动驳叉11在步进电机12的驱动下，沿着滑动轴9在齿轮失效特征组 l间滑动，以完成失效特征齿轮的选择性啮合。滑动轴9的右端由第一法兰盘8与驱动电 机7的机轴左端相连，驱动电机7的机轴右端与第一转速数码器6相连。振动传感器19 安装在第二轴承座13上，以测量不同失效齿轮传动副的振动信号。
所述齿轮失效特征组1,由一种或一种以上的基于教学要求设计的失效特征齿轮组 成，它们排列和安装在传动轴3上。由一种以上的失效特征齿轮组成的齿轮失效特征组1， 是由基于教学要求设计的两种或两种以上的失效特征齿轮构成。所述基于教学要求设计的 失效特征的齿轮为磨损失效齿轮，断齿齿轮，缺齿齿轮，不同材质齿轮，渐开线不正确 齿轮，齿形变形齿轮，齿形超差齿轮。
本发明中，齿轮失效特征组1与加载磁粉离合器14和驱动电机7组成具有失效特征 系统的齿轮传动效率链。齿轮失效特征组1通过驱动电机7和第一转速数码器6与第二转 速数码器15组成具有失效特征系统的齿轮传动精度链。所述的齿轮传动效率链和齿轮传 动精度链均能够独立演示其功能，，且其运一动参数均通过数控,系统进行控制。、
失效特征齿轮21、第二种失效特征齿轮22、第三种失效特征齿轮23和第四种失效特征齿
轮24,它们自左向右依次排列和安装在传动轴3上。这四种失效特征齿轮为不同种类， 它们可以从上述的基于教学要求设计的典型的失效特征的齿轮中选用。工作中，滑动齿轮 IO在数控系统的驱动下，沿着滑动轴9滑动，并根据预先设置的程序选择失效齿轮中的 任意一种进行啮合，形成齿轮传动副。
所述第一转速数码器6、滑动驳叉11、磁粉离合器14、第二转速数码器15、振动传 感器19、变速系统、电机驱动系统和力传感器等均为现有技术，它们是构成国内市面上 的齿轮失效数控演示仪、国外的齿轮转动效率或齿轮寿命试验台上的组成部件。
本发明提供的齿轮传动失效数控演示仪，其工作过程是驱动电机7通过滑动轴9和 滑动齿轮IO与齿轮失效特征组1中任意一对齿轮组成传动副，并通过磁粉离合器14对其 进行加载；此时，传动效率失效的瞬态值是由第一力传感器5和第二力传感器17采集， 而传动精度的瞬态值则通过第二转速数码器15和第一转速数码器6采集；采集的数据进 入数据处理系统进行处理、储存和输出；过程参数则由数控系统控制。
权利要求
1．一种齿轮传动失效数控演示仪，设有机座(20)、振动传感器(19)、磁粉离合器(14)、力传感器、变速系统、电机驱动系统、数控系统以及数据采集和处理系统，其特征是所述演示仪还设有齿轮失效特征组(1)，其安装在传动轴(3)上，该传动轴的两端各通过一个轴承座安装在机座(20)上。
2. 根据权利要求1所述的齿轮失效数控演示仪，其特征是所述齿轮失效特征组(1) 由一种或一种以上的失效特征齿轮组成，它们排列和安装在传动轴(3)上。
3. 根据权利要求2所述的齿轮失效数控演示仪，其特征是失效特征齿轮包括磨损 失效齿轮，断齿齿轮，缺齿齿轮，不同材质齿轮，渐开线不正确齿轮，齿形变形齿轮，齿 形超差齿轮。
4. 根据权利要求1至4中任一权利要求所述的齿轮失效数控演示仪，其特征是齿 轮失效特征组(1)与加载磁粉离合器(14)和驱动电机(7)组成具有失效特征系统的齿 轮传动效率链；齿轮失效特征组(1)通过驱动电机(7)和第一转速数码器(6)与第二 转速数码器(15)组成具有失效特征系统的齿轮传动精度链。
5. 根据权利要求4所述的齿轮失效数控演示仪，其特征是所述的齿轮传动效率链 和齿轮传动精度链均能够独立演示其功能，并且其运动参数均通过数控系统进行控制。
全文摘要
本发明提供齿轮传动失效数控演示仪，其结构是设有齿轮失效特征组(1)、机座(20)、振动传感器(19)、磁粉离合器(14)、力传感器、变速系统、电机驱动系统、数控系统以及数据采集和处理系统；所述齿轮失效特征组(1)安装在传动轴(3)上，该传动轴的两端各通过一个轴承座安装在机座(20)上。本发明将齿轮失效、转动效率和转动精度于一体，不仅结构紧凑、体积小，而且能够演示由于齿轮传动系统中的轮齿失效形态而引起的振动模态现象，也能够实现不同轮齿失效形态对齿轮传动效率和传动精度影响的实验教学，从而拓宽了齿轮传动的系统教学实验内容。
文档编号G09B25/00GK101364356SQ20081019689
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者刘佐民, 张一兵, 王二虎, 王斌球 申请人:武汉理工大学