一种便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台的制作方法

本实用新型涉及一种新型齿轮箱故障模拟实验装置，特别是一种便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台。

背景技术：

齿轮箱作为机械设备常用的变速传动部件，具有结构紧凑、效率高、工作可靠等特点，在运动和动力传递以及调速等各个方面得到了广泛的应用。但由于其自身机构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮箱很容易受到损害和出现故障。齿轮箱故障将直接影响整个设备的安全可靠运行，降低工作精度和生产效率。因此，能够及时地诊断出齿轮箱故障，采取相应的措施，对于避免重大事故的发生，降低经济损失具有十分重要的意义。国内外学者针对齿轮箱故障开展了大量的实验研究，不断探索各种新的故障诊断方法，而这些新的方法必须首先在实验装置上进行验证。

目前，科研单位和高校所使用的齿轮箱故障模拟试验台，大多数是整体化的设计，这种实验台普遍存在：(1)故障零件不便于拆装；(2)在同一实验台上很难实现多种类型的故障模拟；(3)实验设备多次拆卸容易导致装配精度降低；(4)布置实验时需要花费较多的时间和精力。

针对上述问题，有必要设计一种新型的齿轮箱故障模拟综合试验台，来实现更加便捷地拆卸故障零件和模拟多种故障，为科研人员的教学研究提供方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台，从而能够快速、便捷地对实验设备进行拆卸和更换故障零件，通过模块间的组合来实现多种工况下的故障模拟。从而方便了科研人员对齿轮箱故障诊断技术的研究，满足了对不同故障模拟的需求，节省了用于布置实验的时间和精力。

一种便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台，本实用新型由抗振底座(1)、变频器(2)、电动机(3)、联轴器(4)、转速扭矩传感器(5)、联轴器(6)、二级平行轴齿轮箱(7)、压力传感器(7-1)、联轴器(8)、二级行星齿轮减速器(9)、联轴器(10)、磁粉加载器(11)、转速扭矩传感器(12)、可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)、可拆卸底座模块(16)组成；其特征是所述变频器(2)固定在可拆卸底座模块(13)上，且变频器(2)位于电动机(3)后面且与电动机(3)相连接，电动机(3)通过联轴器(4)、转速扭矩传感器(5)、联轴器(6)与二级平行轴齿轮箱(7)的输入轴(26)相连接，二级平行轴齿轮箱(7)的输出轴(31)通过联轴器(8)与二级行星齿轮减速器(9)的输入轴连接，二级行星齿轮减速器(9)的输出轴通过联轴器(10)与磁粉加载器(11)的输入轴连接，磁粉加载器(11)的输出轴与转速扭矩传感器(12)进行连接。

进一步，所述变频器(2)、电动机(3)、联轴器(4)和转速扭矩传感器(5)安装在可拆卸底座模块(13)上面；所述二级平行轴齿轮箱(7)安装在可拆卸底座模块(14)上面；所述二级行星齿轮减速器(9)安装在可拆卸底座模块(15)上面；所述磁粉加载器(11)与转速扭矩传感器(12)安装可拆卸底座模块(16)上面。

进一步，所述抗振底座(1)与可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)和可拆卸底座模块(16)是通过定位螺栓进行连接固定。

进一步，所述抗可拆卸底座模块(13)的宽度小于其他底座模块，可以使其在抗振底座(1)上进行平移，当其左侧与抗振底座(1)左侧对齐且通过定位螺栓进行连接固定时，可实现电动机(3)输出轴与二级平行轴齿轮箱(7)的输入轴(26)在一条直线上；当其右侧与与抗振底座(1)右侧对齐且通过定位螺栓进行连接固定时，可实现电动机(3)输出轴与二级行星齿轮减速器(9)的输入轴在一条直线上。

进一步，所述二级平行轴齿轮箱(7)的前面安装有油标(32)，后面安装有节油阀(24)；二级平行轴齿轮箱(7)的内部安装有输入轴(26)、输出轴(31)和中间轴(29)，三者安置在不同的水平面上，其中中间轴(29)安装在二级平行轴齿轮箱(7)内上部，输入轴(26)和输出轴(31)安装在二级平行轴齿轮箱(7)内下部；在输入轴(26)上安装有输入轴齿轮(25)，中间轴(29)上安装有中间轴大齿轮(30)和中间轴小齿轮(22)，输出轴(31)上安装有输出轴齿轮(21)，且输入轴齿轮(25)与中间轴大齿轮(30)相互啮合，输出轴齿轮(21)与中间轴小齿轮(22)相互啮合；在输入轴(26)、输出轴(31)和中间轴(29)的两端分别安装外球面轴承(18)且在外球面轴承(18)的外圈安装有轴承套(20)，在外球面轴承(18)内侧安装有挡油环(17)；在输入轴(26)的输入端和输出轴(31)的输出端安装有轴承透盖(23)，轴承透盖(23)与对应的轴承套(20)通过螺栓进行连接；在输入轴(26)靠近齿轮一端、输出轴(31)靠近齿轮一端和中间轴的两端分别安装轴承密封端盖(19)，且轴承密封端盖(19)与对应的轴承套(20)通过螺栓进行连接。

进一步，所述输入轴齿轮(25)、输出轴齿轮(21)、中间大齿轮(30)和中间轴小齿轮(22)都通过平键和紧固螺钉固定在对应的轴上，从而实现圆周方向和轴向的定位，松开紧固螺钉，即可实现齿轮在轴上的平移，达到更换故障件的目的。

进一步，所述中间轴(29)上安装有径向载荷加载装置(27)，径向载荷加载装置(27)安装在中间轴大齿轮(30)与中间轴小齿轮(22)的中间位置。

进一步，所述径向载荷加载装置(27)，是由螺纹杆(33)、长形螺母(34)、螺纹杆(35)、圆柱滚动轴承(28)和八边形轴承套(36)组成，圆柱滚动轴承(28)安装在中间轴(29)的中间位置，八边形轴承套(36)安装在圆柱滚动轴承(28)的外表面，且一侧与螺纹杆(35)连接，螺纹杆(35)通过长形螺母(34)与螺纹杆(33)一端相连接，螺纹杆(33)另一端则伸出二级平行轴齿轮箱(7)的上部端盖与压力传感器(7-1)进行连接。

本实用新型的有益效果在于通过拆装抗振底座与可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)和可拆卸底座模块(16)之间的定位螺栓，能够让模块间进行重新组合，这样不仅可以实现不同类型的故障模拟，还可以实现多种工况下的故障模拟。此外，在二级平行轴齿轮箱的内部可以通过松紧中间轴上大小齿轮的紧固螺钉，实现其在中间轴上的轴向平移，达到更换故障件的目的。从而为科研人员进行齿轮箱故障诊断技术的研究提供了便捷的实验条件，节省了其用于布置实验的时间和精力，满足了其对不同类型的齿轮箱故障模拟的需求；同时，本实用新型实验台在模拟不同类型和不同工况下的故障时，通过模块间的简单组合即可实现，避免了设备由于多次拆卸而导致的装配精度降低。

附图说明

图1为本实用新型便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台的立体图。

图2为本实用新型便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台的齿轮箱总体装配图。

图中，各序号对应的零部件编号分别为：抗振底座(1)、变频器(2)、电动机(3)、联轴器(4)、转速扭矩传感器(5)、联轴器(6)、二级平行轴齿轮箱(7)、压力传感器(7-1)、联轴器(8)、二级行星齿轮减速器(9)、联轴器(10)、磁粉加载器(11)、转速扭矩传感器(12)、可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)、可拆卸底座模块(16)、挡油环(17)、外球面轴承(18)、轴承密封端盖(19)、轴承套(20)、输出轴齿轮(21)、中间轴小齿轮2(2)、轴承透盖2(3)、节油阀(24)、输入轴齿轮(25)、输入轴(26)、径向载荷加载装置(27)、圆柱滚动轴承(28)、中间轴(29)、中间轴大齿轮(30)、输出轴(31)、油标(32)、螺纹杆(33)、长形螺母(34)、螺纹杆(35)、八边形轴承套(36)。

具体实施方式

以下为本实用新型专利的较佳实施方式，并不因此而限定本实用新型的保护范围。

本实用新型便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台可以进行的试验项目为：

1、平行轴齿轮箱中齿轮(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损、偏心)故障的模拟试验。

2、平行轴齿轮箱中间轴轴承(外圈、内圈、滚动体)故障的模拟试验。

3、二级行星齿轮减速器中第一级太阳轮(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损)故障的模拟试验。

针对二级平行轴齿轮箱(7)中齿轮(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损、偏心)故障的模拟试验：实验时将二级平行轴齿轮箱(7)中的中间轴小齿轮(22)，分别更换为具有(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损、偏心)故障的小齿轮，然后将二级平行轴齿轮箱(7)组装完好。此时，可以保留可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)和可拆卸底座模块(16)及模块上的所有部件，即保留整个实验台上的所有模块。然后通过变频器(2)来调节电动机(3)的转速，类模拟匀转速和非匀转速情况下齿轮箱中的齿轮故障，从而可以研究转速对齿轮故障信号的影响；同时，也可以调节磁粉加载器(11)，来模拟添加负载情况下齿轮箱中齿轮故障，这样使得模拟的故障特征与工程实际更加接近。如果研究无载荷情况下的齿轮箱中齿轮故障特征，可以松开联轴器(8)或者联轴器(10)，实现无载荷状态，从而可以比较加载和不加载条件下的齿轮振动特性。

针对二级平行轴齿轮箱(7)中间轴轴承(外圈、内圈、滚动体)故障的模拟试验：实验时将二级平行轴齿轮箱(7)中的中间轴(29)一端的轴承，分别更换为具有(外圈、内圈、滚动体)故障的轴承，然后将二级平行轴齿轮箱(7)组装完好。可以保留可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)和可拆卸底座模块(16)及模块上的所有部件，即保留整个实验台上的所有模块。然后通过变频器(2)来调节电动机(3)的转速，来模拟匀转速和非匀转速情况下齿轮箱中的轴承故障，从而可以研究转速对轴承故障信号的影响；同时，也可以调节磁粉加载器(11)，来模拟添加负载情况下的齿轮箱中轴承故障特征，如果研究无载荷情况下的齿轮箱中轴承故障特征，可以松开联轴器(8)或者联轴器(10)，实现无载荷状态，从而可以对比分析加载和不加载条件下的齿轮振动特性。此外，通过调节二级平行轴齿轮箱7中的径向载荷加载装置(27)可以给中间轴(29)添加径向载荷，径向载荷的大小可以通过上面的压力传感器(7-1)读取，从而能够研究轴承径向载荷对轴承故障信号的影响。

针对二级行星齿轮减速器(9)中的第一级太阳轮(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损)故障的模拟试验，实验方案一：实验时保留可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)、可拆卸底座模块(15)和可拆卸底座模块(16)及模块上的所有部件，即保留整个实验台上的所有模块。将二级行星齿轮减速器(9)中的第一级太阳轮，分别更换为具有(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损)故障的太阳轮，然后将二级行星齿轮减速器(9)组装完好。此时，通过变频器(2)来调节电动机(3)的转速，可以模拟匀转速和非匀转速情况下行星齿轮箱中的太阳轮故障；同时，也可以调节磁粉加载器(11)，来模拟添加负载情况下行星齿轮箱中太阳轮故障，如果研究无载荷情况下的齿轮箱中轴承故障特征，可以松开联轴器(10)，实现无载荷状态。

针对二级行星齿轮减速器(9)中第一级太阳轮(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损)故障的模拟试验，实验方案二，实验时为了防止齿轮箱的干扰，可以仅保留可拆卸底座模块(13)、可拆卸底座模块(14)和可拆卸底座模块(15)及上面的部件，拆除可拆卸底座模块(16)及其上面安装的部件，此时需要松开可拆卸底座模块(13)上的定位螺栓，将其右侧与与抗振底座(1)右侧对齐且通过定位螺栓进行连接固定，实现电动机(3)的输出轴与二级行星齿轮减速器(9)的输入轴在一条直线上，然后在联轴器(6)和联轴器(8)之间用一根轴进行过度，代替齿轮箱传动。再将二级行星齿轮减速器(9)中的第一级太阳轮，分别更换为具有(断齿、缺齿、齿根裂纹、齿面磨损)故障的太阳轮，然后将二级行星齿轮减速器(9)组装完好。这样在研究行星齿轮箱中齿轮的故障时，可以避免有平行轴齿轮箱振动的干扰，使得所模拟的实验效果更佳。在二级行星齿轮减速器(9)组装完好后，通过调节变频器(2)可以模拟匀转速和非匀转速情况下行星齿轮箱中的太阳轮故障；调节磁粉加载器(11)，来模拟添加负载情况下的行星齿轮箱中太阳轮故障，同样，研究无载荷情况下的太阳轮故障特征，可以松开联轴器(10)，实现无载荷状态。

本实用新型便于拆卸式模块化的齿轮箱故障模拟综合试验台具有如下优点：

1、该实用新型实验台的电动机(3)、二级平行轴齿轮箱(7)、二级行星齿轮减速器(9)、磁粉加载器(11)分别安装在不同的模块的基座上，通过模块间的简单组合可以更好地实现多种类型、多种工况下的故障模拟。基座通过定位螺栓安装固定在抗振底座上，模块间重新组合后不需要再进行工艺对准，这在很大程度上节省了科研人员用于布置实验的时间。

2、科研人员在模拟不同类型的故障实验时，对实验设备不需要反复的拆装，只需通过模块间的简单组合即可实现，从而减少了设备因多次拆装导致的装配精度降低。

3、在进行平行轴齿轮箱中间轴上的齿轮故障件或轴承故障件更换时，不需要改变另外两根轴的状态，而且更换后也不用在对另外两根轴进行轴向定位的调整，更换时操作简单、方便。

4、本实用新型造价低、操作简单方便，稳定性好，空间结构设计合理，能够更方便地模拟出多种类型的齿轮箱故障，从而为科研人员进行齿轮箱故障诊断技术的研究提供了理想的实验条件，具有很大的实用和推广价值。