故障模拟实验箱及其装置的制作方法

本发明涉及故障模拟机械领域，具体而言，涉及故障模拟实验箱及其装置。

背景技术：

现有技术中的齿轮箱故障模拟试验台存在以下的缺点：1、只能用于齿轮或者轴承的故障检测；2、仅能用于模拟直齿齿轮故障，无法模拟斜齿轮故障；3、齿轮和轴承故障只能分别进行测量，不能模拟齿轮和轴承的耦合故障实验，即不能模拟齿轮和轴承的叠加故障的实验；4、更换故障齿轮时，需要完全拆解齿轮箱，不够方便；5、模拟轴承故障实验中，更换轴承并不方便，为固定轴承还须设置多种附属部件，使结构更加复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供故障模拟实验箱，以实现轴承故障，齿轮故障以及轴承和齿轮的耦合故障的模拟。

本发明的另一个目的在于提供故障模拟实验装置，以使中间轴齿轮总成更容易拆卸和安装。

本发明是这样实现的：

本发明提供的故障模拟实验箱包括实验装置箱体，实验装置箱体设置有输入轴、输出轴、中间轴和中间轴齿轮总成，输入轴的外侧套设有输入齿轮，输出轴的外侧套设有输出齿轮，中间轴可拆卸地设置于实验装置箱体且位于输入轴和输出轴之间，中间轴、输入轴和输出轴的轴心线不在同一平面内；中间轴齿轮总成包括轴套管和套设于轴套管外侧的中间齿轮，轴套管套设于中间轴的外侧，轴套管和中间轴之间嵌设有中间轴承；输入齿轮和输出齿轮分别能够与中间齿轮啮合。

待测故障齿轮安装在轴套管的外侧，中间齿轮即为待测故障齿轮，中间齿轮与轴套管可以可拆卸连接，也可以一体成型。可拆卸连接，则中间齿轮可以拆换不同的齿轮，同时轴套管的内径可以设计不同的尺寸，进而中间轴和轴套管之间可以匹配安装不同的轴承。一体成型，则轴套管和齿轮可以一起更换，同理，轴套管和齿轮可以有不同的配合，轴套管和中间轴之间依然可以安装不同的轴承。不管是哪一种方式，轴承和齿轮的安装和拆卸都非常简单，大大简化了结构。

轴套管与中间轴之间安装待测故障轴承，中间轴承即为待测故障轴承。齿轮和轴承的故障实验模拟可以分别进行，也可以同时进行，实现叠加故障的模拟实验。轴承故障单独模拟，则中间齿轮为无故障齿轮，中间轴承为故障轴承，传动路径为输入齿轮、中间齿轮和输出齿轮；齿轮故障单独模拟，则中间轴承为无故障齿轮，中间齿轮为故障齿轮，传动路径为输入齿轮、中间齿轮和输出齿轮；轴承和齿轮故障的耦合模拟，中间齿轮为故障齿轮，中间轴承为故障轴承，传动路径依然为输入齿轮、中间齿轮和输出齿轮。

进一步地，中间齿轮为中间直齿轮和/或中间斜齿轮。

进一步地，故障模拟实验箱还包括拨叉换位装置，拨叉换位装置设置于输出轴的一侧；中间齿轮包括中间直齿轮和中间斜齿轮，中间直齿轮和中间斜齿轮固定套设于轴套管的外侧，输出齿轮包括输出直齿轮和输出斜齿轮，输出斜齿轮空转套设于输出轴的外侧且与中间斜齿轮啮合，输出直齿轮滑动套设于输出轴的外侧且始终与输出轴同步转动，输出直齿轮在拨叉换位装置的作用下能够与中间直齿轮啮合或者与输出斜齿轮对接实现同步转动。

进一步地，拨叉换位装置包括拨叉，输出直齿轮设置有第一内花键套，输出轴固定套设有第一外花键套，第一外花键套与第一内花键套匹配，输出斜齿轮的靠近输出直齿轮的一侧设置有第二外花键套，第二外花键套与第一外花键套对接且能够与第一内花键套匹配，输出直齿轮的一侧设置有拨叉插槽，拨叉卡接于拨叉插槽。

进一步地，拨叉换位装置包括拨叉杆和转动手臂，拨叉杆活动穿设于实验装置箱体，拨叉杆与输出轴并排设置，拨叉固定于拨叉杆，转动手臂位于实验装置箱体的外部，转动手臂的一端与拨叉杆转动连接，转动手臂的中部转动设置于实验装置箱体，转动手臂能够驱动拨叉杆沿着轴心线来回往复移动。

进一步地，输出直齿轮为第一挡齿轮，输出斜齿轮为第二挡齿轮，第一挡齿轮和第二挡齿轮的齿数不等。

进一步地，实验装置箱体包括箱盖和箱体，箱盖可拆卸地设置于箱体，箱体的与箱盖的连接端面设置有安装孔，中间轴的两端可拆卸地设置于安装孔，中间轴位于输入轴和输出轴的上侧。

进一步地，中间轴承为滑动轴承、滚动轴承或者滚针轴承中任意一项。

进一步地，轴套管设置有油孔，油孔贯穿轴套管。

一种故障模拟实验装置，包括故障模拟实验箱，实验装置箱体设置有第一止推槽，中间轴设置有第二止推槽，第一止推槽和第二止推槽之间嵌设有止推片。

本发明的有益效果：故障模拟实验箱能够实现轴承和齿轮的耦合故障的模拟。故障模拟实验装置进一步完善故障模拟实验箱，使中间轴齿轮总成更容易拆卸和安装。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的齿轮箱故障模拟装置的第一种结构的整体结构主视图；

图2为图1所示的齿轮箱故障模拟装置的第一种结构的整体结构俯视图；

图3为图1所示的齿轮箱故障模拟装置中的实验装置箱体的侧视图；

图4为图3所示的实验装置箱体的俯视图；

图5为图3中的B-B的局部剖视图；

图6为图3中的中间轴齿轮总成设置深沟球轴承的局部剖视图；

图7为沿途3中的A-A的剖视图；

图8为图1所示的齿轮箱故障模拟装置中的实验装置箱体中箱体的侧视图；

图9为本发明实施例提供的齿轮箱故障模拟装置的第二种结构的整体结构主视图。

图标：100-实验装置箱体；101-输入轴；102-输出轴；103-中间轴；104-中间轴齿轮总成；105-输入齿轮；106-输出齿轮；107-轴套管；108-中间齿轮；109-中间轴承；200-拨叉换位装置；201-中间直齿轮；202-中间斜齿轮；203-输出直齿轮；204-输出斜齿轮；205-拨叉；206-第一内花键套；207-第一外花键套；208-第二外花键套；209-拨叉插槽；300-拨叉杆；301-转动手臂；302-箱盖；303-箱体；304-安装孔；305-油孔；306-止推片；307-底座；308-电磁制动器；309-驱动电机；400-加载轴；401-制动器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施例，参照图1至图9。

齿轮箱故障模拟装置，如图1和图2所示，包括底座307，底座307设置有驱动电机309、实验装置箱体100和负载加持机构。

本实施例提供的故障模拟实验箱实验装置箱体100，如图3和图4所示，实验装置箱体100设置有输入轴101、输出轴102、中间轴103和中间轴齿轮总成104，输入轴101的外侧套设有输入齿轮105，输出轴102的外侧套设有输出齿轮106，中间轴103可拆卸地设置于实验装置箱体100且位于输入轴101和输出轴102之间，中间轴103、输入轴101和输出轴102的轴心线不在同一平面内；中间轴齿轮总成104包括轴套管107和套设于轴套管107外侧的中间齿轮108，轴套管107套设于中间轴103的外侧，轴套管107和中间轴103之间嵌设有中间轴承109；输入齿轮105和输出齿轮106分别能够与中间齿轮108啮合。

负载加持机构设置有加载轴400，输入轴101与驱动电机309通过第一联轴器连接，输出轴102通过第二联轴器与加载轴400连接。

待测故障齿轮安装在轴套管107的外侧，中间齿轮108即为待测故障齿轮，中间齿轮108与轴套管107可以可拆卸连接，也可以一体成型。可拆卸连接，则中间齿轮108可以拆换不同的齿轮，同时轴套管107的内径可以有多种不同的尺寸，配合不同的轴承和中间轴103，可以根据实验要求，形成多种组合，可安装包括滚针轴承在内的多种轴承。一体成型，则轴套管107和齿轮可以一起更换，同理，轴套管107和齿轮可以有不同的配合，轴套管107和中间轴103之间依然可以安装不同的轴承。不管是哪一种方式，轴承和齿轮的安装和拆卸都非常简单，大大简化了结构。

轴套管107与中间轴103之间安装待测故障轴承，中间轴承109即为待测故障轴承，模拟轴承故障。齿轮和轴承的故障实验模拟可以分别进行，也可以同时进行，实现叠加故障的模拟实验。轴承故障单独模拟，则中间齿轮108为无故障齿轮，中间轴承109为故障轴承，传动路径为输入齿轮105、中间齿轮108和输出齿轮106；齿轮故障单独模拟，则中间轴承109为无故障齿轮，中间齿轮108为故障齿轮，传动路径为输入齿轮105、中间齿轮108和输出齿轮106；轴承和齿轮故障的耦合模拟，中间齿轮108为故障齿轮，中间轴承109为故障轴承，传动路径依然为输入齿轮105、中间齿轮108和输出齿轮106。综上所述，齿轮和轴承可分别设置故障，也可以将不同故障的齿轮和轴承一起进行模拟实验，以模拟齿轮和轴承耦合的故障工况。

此外，用于安装中间轴齿轮总成104的中间轴103结构简单，加工方便，还可以用来设置中间轴103的偏心故障。

同时，本申请提供的齿轮箱故障模拟装置，相比现有技术，是一个小型实验设备，集成度高，使用方便，使用和维护成本低。

中间齿轮108为中间直齿轮201和/或中间斜齿轮202。中间齿轮108可以单独设置为直齿轮传动，也可以单独设置为斜齿轮传动，也可以同时设置直齿轮和斜齿轮，直齿轮和斜齿轮套设于中间轴103的外侧，分别设置于中间轴103的两端，可以分别对直齿轮和斜齿轮故障进行模拟，期间不需要拆卸零部件，通过调整输出齿轮106的啮合关系即可实现。

如图5所示，轴套管107设置有油孔305，油孔305贯穿所述轴套管107。设置油孔305，以帮助润滑油进入轴套管107的内径，润滑轴承。

如图3和图4所示，齿轮箱故障模拟装置还包括拨叉换位装置200，拨叉换位装置200设置于输出轴102的一侧；如图5所示，中间齿轮108包括中间直齿轮201和中间斜齿轮202，中间直齿轮201和中间斜齿轮202固定套设于轴套管107的外侧，输出齿轮106包括输出直齿轮203和输出斜齿轮204，输出斜齿轮204空转套设于输出轴102的外侧且与中间斜齿轮202啮合，输出直齿轮203滑动套设于输出轴102的外侧且始终与输出轴102同步转动，输出直齿轮203在拨叉换位装置200的作用下能够与中间直齿轮201啮合或者与输出斜齿轮204对接实现同步转动。

在拨叉换位装置200的作用下，输出直齿轮203存在两种工作状态，第一种状态是，输出直齿轮203与中间直齿轮201啮合且与输出斜齿轮204无同步转动关系，同时，输出直齿轮203与输出轴102始终处于同步转动状态，此时，由于输出斜齿轮204空转，整体的传动路径是：输入齿轮105、中间斜齿轮202、中间直齿轮201、输出直齿轮203到输出轴102，第一种状态，用于中间直齿轮201故障检测。第二种状态，输出直齿轮203与输出斜齿轮204对接实现同步转动，输出直齿轮203与输出轴102依然处于同步转动状态，由于输出斜齿轮204与中间斜齿轮202始终啮合，整体的传动路径是：输入齿轮105、中间斜齿轮202、输出斜齿轮204、输出直齿轮203到输出轴102，第二种状态用于中间斜齿轮202故障检测。进而可以实现斜齿轮故障模拟，并且能够在不拆卸其他部件的情况下分别实现直齿轮和斜齿轮故障的检测，实现了整体装置结构部件集中布置，简化了操作步骤和检测步骤。

如图7所示，拨叉换位装置200包括拨叉205，输出直齿轮203设置有第一内花键套206，输出轴102固定套设有第一外花键套207，第一外花键套207与第一内花键套206匹配，输出斜齿轮204的靠近输出直齿轮203的一侧设置有第二外花键套208，第二外花键套208与第一外花键套207对接且能够与第一内花键套206匹配，输出直齿轮203的一侧设置有拨叉插槽209，拨叉205卡接于拨叉插槽209。

输出斜齿轮204在输出轴102外侧空转，输出斜齿轮204与中间斜齿轮202始终啮合，输出直齿轮203与输出轴102之间始终通过第一外花键套207和第一内花键套206连接，实现同步转动。中间直齿轮201故障检测时，输出直齿轮203与中间直齿轮201啮合，输出斜齿轮204空转，传动路径为，输入齿轮105，中间斜齿轮202、中间直齿轮201到输出直齿轮203。中间斜齿轮202故障检测时，拨叉205驱动输出直齿轮203沿着输出轴102朝靠近输出斜齿轮204的方向移动，当第一内花键套206与第二外花键套208对接匹配时，输出直齿轮203与输出斜齿轮204之间通过第二外花键套208连接，输出斜齿轮204带动输出直齿轮203转动，输出直齿轮203通过第一内花键套206和第二外花键套208的匹配驱动输出轴102转动，实现输出。

如图7所示，拨叉换位装置200包括拨叉杆300和转动手臂301，拨叉杆300活动穿设于实验装置箱体100，拨叉杆300与输出轴102并排设置，拨叉205固定于拨叉杆300，转动手臂301位于实验装置箱体100的外部，转动手臂301的一端与拨叉杆300转动连接，转动手臂301的中部转动设置于实验装置箱体100，转动手臂301能够驱动拨叉杆300沿着轴心线来回往复移动。

转动手臂301的一端为施力端，转动手臂301的另一端与拨叉杆300铰接，施力端与铰接端的转动方向相反，向朝向箱体303的方向转动施力端，拨叉205驱动输出直齿轮203向靠近输出斜齿轮204的一侧移动，向远离箱体303的方向转动施力端，拨叉205驱动输出直齿轮203向远离输出斜齿轮204的一端移动。

如图5所示，输出直齿轮203为第一挡齿轮，输出斜齿轮204为第二挡齿轮，第一挡齿轮和第二挡齿轮的齿数不等。

第一挡输出时，输出直齿轮203与中间直齿轮201啮合，传动路径为，输入齿轮105、中间斜齿轮202、中间直齿轮201到输出直齿轮203；因此，第一挡输出时，实现中间直齿轮201的故障检测。

第二挡输出时，输出直齿轮203在拨叉205的作用下靠近输出斜齿轮204，输出直齿轮203和中间直齿轮201错开，第一内花键套206与第二外花键套208匹配，传动路径为，输入齿轮105，中间斜齿轮202，输出斜齿轮204到输出直齿轮203；因此，第二挡输出时，实现中间斜齿轮202的故障检测。综上，实现了高、低速变挡操作。

中间轴承109为滑动轴承、滚动轴承或者滚针轴承中任意一项。调节轴套管107的内径和中间轴103的尺寸配合关系，即可在轴套管107和中间轴103之间安装不同的轴承，完成不同的轴承的故障模拟实验。如图5所示，中间轴承109为滚针轴承，如图6所示，中间轴承109为深沟球轴承。

如图8所示，实验装置箱体100包括箱盖302和箱体303，箱盖302可拆卸地设置于箱体303，箱体303的与箱盖302的连接端面设置有安装孔304，中间轴103的两端可拆卸地设置于安装孔304，中间轴103位于输入轴101和输出轴102的上侧，进而中间轴齿轮总成104安装于实验装置箱体100的最上端，方便中间轴齿轮总成104的拆装更换。

中间轴103可拆卸设置于安装孔304，安装和拆卸时，只需要将箱盖302拆卸即可。中间轴齿轮总成104设置于中间轴103，能够整体安装和拆卸，不需要连接联轴器，降低了更换和拆解的操作难度。可用于安装各类轴承和齿轮。

如图1和图9所示，负载加持机构可以为制动器401、发电机或者电磁制动器308，本实施例中，负载加持机构为电磁制动器308，电磁制动器308的输出轴102与加载轴400之间通过第二联轴器连接。发电机作为负载，成本高。使用和维护成本高。电磁制动器308作为输出负载，使用和维护成本高。使用电磁制动器308，可实现制动操作，操作简单；使用和维护方便，成本低。

本实施例还提供了故障模拟实验装置如图5所示，实验装置箱体100设置有第一止推槽，中间轴103设置有第二止推槽，第一止推槽和第二止推槽之间嵌设有止推片306。通过设置止推片306，能够有效防止中间轴103的轴向移动。起到固定中间轴齿轮总成104的作用，同时便于中间轴齿轮总成104的安装和拆卸。

本实施例还提供的齿轮箱故障模拟系统，包括齿轮箱故障模拟装置，底座307包括安装底板，安装底板依次并排设置有第一安装座、第二安装座和第三安装座，驱动电机309设置于第一安装座、实验装置箱体100设置于第二安装座，负载加持机构设置于第三安装座。能够实现部件的合理布局，缩小整体体积的占用空间，更适于模拟实验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。