一种便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及教学工具技术领域，特别涉及一种机械故障综合模拟试验台。
【背景技术】
[0002]机械系统中各零部件的安全运行是整个机械系统安全运行的保障，而齿轮、轴承等零件的故障通常会影响系统的运行，引起振动、停车甚至发生事故，造成严重后果。因此，及时地监测、发现零件的故障，采取相应措施，对于避免意外事故的发生，降低事故造成的经济损失具有重要意义。各大学院校机械工程相关专业也都将《机械故障诊断》课程作为重要的专业主干课程，机械故障综合模拟试验台是《机械故障诊断》课程实验的重要实验仪器，对于学生理解课堂知识，增加实践经验有重要作用。
[0003]目前市场中相关产品种类繁多，可以实现各种齿轮、轴承、轴系等零件的常见故障模拟，实现教学目的。但是，现有产品普遍存在故障零件更换困难的问题，导致实际教学实验中，学生需耗费大量时间和精力更换故障零件进行实验，降低了课堂效率，润滑油易造成实验室环境污染，而频繁地更换零件，也容易造成实验台本身精度降低，影响实验教学效果O
[0004]因此，针对以上问题，有必要设计一种新型的机械故障综合模拟试验台，实现更方便地更换故障零件，为相关的实验教学与科研工作提供方便。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台，可以简便实现各种故障零件的更换，加载装置易调节，方便于教学演示与科研工作的使用。
[0006]为实现上述功能，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台，包括电动机、故障模拟齿轮箱、阻尼器和台座；电动机和故障模拟齿轮箱固定在台座上;故障模拟齿轮箱包括箱座、箱盖、高速轴、低速轴和拨叉机构;箱座固定在台座上，箱座内平行安装有高速轴和低速轴;高速轴为输入轴，低速轴为输出轴；高速轴和低速轴两端均通过轴承支撑在故障模拟齿轮箱的箱座上；高速轴上装I个高速轴齿轮;低速轴上装多个低速轴齿轮;低速轴与低速轴齿轮之间通过键进行周向定位，轴向通过轴套与轴肩进行定位;高速轴与高速轴齿轮之间通过键进行周向定位，轴向能够通过拨叉机构带动进行滑动;高速轴齿轮为无故障的正常齿轮，低速轴齿轮中一个齿轮为无故障正常齿轮，其余齿轮为故障齿轮；电动机的输出轴通过联轴器连接传动阶梯轴的输入端，传动阶梯轴的输出端通过联轴器连接故障模拟齿轮箱的高速轴的输入端;故障模拟齿轮箱的低速轴的输出端连接阻尼器。
[0008]进一步的，所述拨叉机构包括拨叉手柄、拨叉、方轴和方轴手柄;箱盖上开有窄槽作为拨叉手柄的导轨;拨叉手柄通过弹簧滚珠结构在导轨中进行定位，弹簧滚珠结构置于拨叉手柄内部与箱盖接触处;拨叉手柄下部开槽，槽宽与拨叉宽度相等;拨叉安装于拨叉手柄下部的槽中，能够在拨叉手柄的带动下沿导轨方向移动;拨叉手柄两侧开圆孔，圆孔直径略大于方轴对角线长度，保证方轴转动过程不与拨叉手柄发生干涉;拨叉上端开方形孔槽，与方轴间隙配合，使拨叉能够在方轴上左右滑动;方轴穿过拨叉上端的方形孔槽和拨叉手柄的圆孔；固定连接方轴的方轴手柄位于箱盖外侧;方轴手柄的周向转动能够通过方轴带动拨叉实现放下、抬起的操作。
[0009]进一步的，箱盖上开有若干对应不同低速轴齿轮的V型槽作为定位槽。
[0010]进一步的，所述故障齿轮为断齿齿轮、磨损齿轮、点蚀齿轮或胶合齿轮。
[0011 ]进一步的，还包括故障模拟轴盘、故障模拟轴承和径向加载系统;故障模拟轴盘包括左侧盘和右侧盘;故障模拟轴承包括左侧轴承座盖、左侧轴承、左侧轴承座、径向加载处轴承、径向加载处轴承座、右侧轴、右侧轴承座盖和右侧轴承座;左侧轴承、径向加载处轴承座和右侧轴承依次安装在传动阶梯轴上；左侧轴承座和右侧轴承座固定在台座上；左侧轴承和右侧轴承分别安装在左侧轴承座和右侧轴承座中；左侧轴承座盖和右侧轴承座盖通过螺钉可拆卸的安装在左侧轴承座和右侧轴承座上，并将左侧轴承和右侧轴承分别固定于左侧轴承座盖和左侧轴承座之间、右侧轴承座盖和右侧轴承座之间；径向加载处轴承安装在径向加载处轴承座上；左侧盘和右侧盘安装在于传动阶梯轴上，左侧盘位于左侧轴承和径向加载处轴承之间；右侧盘位于径向加载处轴承和右侧轴承之间；径向加载系统用于对径向加载处轴承座施加径向载荷。
[0012]进一步的，径向加载系统包括液压缸和液压缸支座;液压缸安装在液压缸支座顶部;液压缸支座安装在台座上，液压缸支座的中部具有一个内凹的开口，径向加载处轴承安装于液压缸支座的中部开口中，液压缸的输出轴作用在径向加载处轴承座上，通过径向加载处轴承座向径向加载处轴承和阶梯轴施加径向载荷[0013 ]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0014]1、故障模拟轴盘系统采用阶梯轴设计，便于轴上盘、加载块、轴承等零件装卸，防止装卸过程划伤轴表面。
[0015]2、故障诊断轴盘系统由传动轴和两个盘组成，在盘上增加质量块可以模拟轴系不对中等故障，盘与轴采用紧配合，由轴肩单侧定位;传动轴通过轴肩与轴承座上的轴承定位。
[0016]3、故障模拟轴盘系统增加径向加载装置，通过液压驱动，实现精确的连续加载，加载处采取特殊设计，加载装置不影响轴盘及轴上零件的装卸。
[0017]4、所述的加载系统通过液压驱动，加压大小变化范围大，便于控制，适合实验教学需要。
[0018]5、两组轴承尺寸不同，可根据实验需求布置正常齿轮与故障齿轮。
[0019]6、齿轮箱通过拨叉结构，实现在停机状态下不打开齿轮箱，即可通过拨动拨叉实现不同故障齿轮的啮合，进行各种齿轮故障的模拟。
[0020]7、齿轮箱拨叉通过弹簧滚珠结构定位，通过橡皮塞固定。
[0021]8、通过阻尼器作为转动的载荷。
【附图说明】
[0022]图1为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的立体图。
[0023]图2为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的故障模拟齿轮箱的立体图。
[0024]图3为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的故障模拟齿轮箱的隐藏箱盖及相关连接螺钉的立体图。
[0025]图4为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的故障模拟齿轮箱中拨叉结构工作原理的示意图。
[0026]图5为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的故障模拟轴盘的立体图。
[0027]图6为本发明便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台的故障模拟轴盘传动阶梯轴的立体图。
[0028]图中，各序号对应零部件分别为:电动机(I)、联轴器(2)、故障模拟轴盘(3)、故障模拟齿轮箱(4)、故障模拟轴承(5)、径向加载系统(6)、阻尼器(7)、台座(8)、键(9)、箱座
(11)、箱盖(10)、轴承盖(12)、高速轴(13)、低速轴(14)、高速轴齿轮(15)、低速轴齿轮(16)、轴承(17)、拨叉手柄(18)、拨叉(19)、方轴(20)、方轴手柄(21)、液压缸(22)、液压缸支座
(23)、左侧盘(24)、左侧轴承座盖(25)、左侧轴承(26)、传动阶梯轴(27)、轴承座底座螺钉
[28]、左侧轴承座(29)、径向加载处轴承(30)、径向加载处轴承座(31)、右侧盘(32)、右侧轴承(33)、右侧轴承座盖(34)、右侧轴承座(35)、轴承座螺钉(36)。
【具体实施方式】
[0029]下面根据附图，对本发明的具体实施方案进行详细说明。
[0030]本发明提出一种便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台，以解决实际教学实验和科研活动中，机械故障综合模拟试验台进行故障演示实验过程中，更换故障齿轮费时费力的问题。属于机械故障综合模拟试验台设计领域的技术发明，具有实用性强、应用范围广、生产成本低、操作方便、加载方便等优点。
[0031]请参阅图1，本发明一种便于更换故障零件的机械故障综合模拟试验台，包括:电动机1、联轴器2、故障模拟轴盘3、故障模拟齿轮箱4、故障模拟轴承5、径向加载系统6、阻尼器7、台座8和防护罩。
[0032]电动机1、径向加载系统6和故障模拟齿轮箱4固定在台座8上；电动机I的输出轴通过联轴器2连接传动阶梯轴27的输入端，传动阶梯轴27的输出端通过联轴器2连接故障模拟齿轮箱4的高速轴13的输入端;故障模拟齿轮箱4的低速轴14的输出端连接阻尼器7。故障模拟轴盘3和故障模拟轴承5安装于传动阶梯轴27上。
[0033]该机械故障综合模拟试验台以实现齿轮、轴承、轴的各种常见机械故障模拟为目的。齿轮故障的模拟通过故障模拟齿轮箱4实现;轴承故障的模拟通过故障模拟轴承5实现；轴系故障的模拟通过故障模拟轴盘3实现;动力由电动机I提供;系统的径向加载通过径向加载系统6实现，扭矩载荷通过阻尼器7实现;各模块之间通过联轴器2连接。进行故障模拟实验时，将需要演示其故障的零件连入传动链，传动链其他零件均使用无故障零件，启动电机带动轴系、齿轮及相关零件转动，在相应位置布置适当的传感器即可实现机械故障的模拟演示。
[0034]请参阅图2、图3，该机械故障综合模拟试验台的故障模拟齿轮箱4，包括箱座11、箱盖10、轴承盖12、高速轴13、低速轴14、高速轴齿轮15、低速轴齿轮16、轴承17、拨叉手柄18、拨叉19、方轴20和方轴手柄21。箱座11固定在台座8上，箱座11内平行安装有高速轴13和低速轴14。
[0035]齿轮故障模拟是该实验台的重要功能，常见齿轮故障主要包括断齿、磨损、点蚀、胶合等，实验台旨在实现不打开齿轮箱的情况在，即可在停机状态下切换不同故障演示。故障模拟齿轮箱4中，高速轴13为输入轴，低速轴14为输出轴;高速轴13和低速轴14两端均通过轴承支撑在故障模拟齿轮箱4的箱座11上。高速轴13上装I个高速轴齿轮15，高速轴齿轮15为小齿轮，设计为29齿，低速轴14上装4个低速轴齿轮16，低速轴齿轮16为大齿轮，设计为71齿。高速轴齿轮15为无故障的正常齿轮，低速轴齿轮16中最左侧齿轮为无故障正常齿轮，其余3齿轮为故障齿轮，具体为何种故障可根据实验具体需求进行更换。此处低速轴齿轮16不限定一定为4个，可根据具体需求调整齿轮个数，并设置与之配套的轴套即可。
[0036]故障模拟齿轮箱4的低速轴14与低速轴齿轮16之间为较小的过盈配合或过渡配合，通过键进行周向定位，轴向