一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置及其试验方法

本发明属于机械工程的，具体涉及一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置及其试验方法。

背景技术：

1、齿轮齿条广泛应用在各类数控工具机、铣床、钻床、车床、切割机械等上，具有承载能力大、精度高、负载大、可无限拼接、高速运行、运行平稳、传动精度高、传动效率高、传动比准确、功率范围大、大扭矩传动、低噪音、使用寿命长等优点，适用于快速准确的定位结构，以及重载、高精度、高刚性、高速度、长行程的场合。应用范围广，具有良好的发展前景。

2、飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件，大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。某些零件、构件是在高于或低于室温下工作，或在腐蚀介质中工作，或受载方式不是拉压和弯曲而是接触滚动等，这些不同的环境因素可使零件、构件产生不同的疲劳破坏。最常见的有接触疲劳、高温疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳和微动疲劳等。疲劳问题已逐渐成为工程应用中亟待解决问题之一。

3、齿轮齿条的运行工况大多存在着高加速度的往复运动，接触应力也随周期性变化，疲劳失效更易产生，但国内外对于齿轮齿条的研究大多只存在各类机械设备中集成的齿轮齿条机构，只探究其对整个机械设备的稳定性以及适用性，并未单独对齿轮齿条进行相应的性能测试和质量评价。研究并开发齿轮齿条的疲劳设备有助于更加清晰的揭示齿轮齿条疲劳失效的过程以及产生机理，评价齿轮齿条新材料和新工艺的性能，更易在未来的应用中提前规避齿轮齿条的疲劳失效现象。有利于提高齿轮齿条机构应用的安全性及可靠性，具有十分重要的现实意义和工程应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置及其试验方法，以解决现有技术并未单独对齿轮齿条进行相应的性能测试和质量评价的问题。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、第一方面，一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其包括铸铁平台；铸铁平台上安装有导轨滑块模组；所述导轨滑块模组上活动安装有齿条；齿条分别与负载齿轮和驱动齿轮啮合相连；负载齿轮和所述驱动齿轮分别安装于负载轴和驱动轴上；负载轴和驱动轴分别与负载组件和驱动组件相连；负载组件和驱动组件共直流母线连接，且负载组件和所述驱动组件固定于铸铁平台上；负载组件和驱动组件受控于控制系统。

4、进一步地，导轨滑块模组包括导轨和滑块；所述导轨通过导轨安装板和导轨挡块的配合设置于所述铸铁平台上；所述滑块上安装有齿条安装板，所述齿条固定于所述齿条安装板上。

5、进一步地，齿条安装板开设有沉孔；导轨滑块模组通过该沉孔与齿条安装板锁紧相连；齿条与齿条安装板之间通过齿条挡块定位。

6、进一步地，负载齿轮和驱动齿轮通过止动垫圈、圆螺母分别固定于所述负载轴和驱动轴上。

7、进一步地，驱动组件包括驱动电机；驱动电机与驱动端减速器通过法兰盘连接；驱动端减速器通过驱动端联轴器与驱动轴相连；驱动轴通过内侧轴箱和外侧轴箱中的轴承支撑。

8、进一步地，负载组件包括负载电机；所述负载电机与负载端减速器相连，负载端减速器通过减速器轴与扭矩传感器一端相连，扭矩传感器的另一端通过负载端联轴器与负载轴相连，负载轴两侧分别布置在内侧轴箱和外侧轴箱中。

9、进一步地，外侧轴箱包括第一左端盖、第一轴箱体和第一右端盖；第一左端盖和第一右端盖分别位于第一轴箱体的两侧；

10、第一左端盖上开设有梯形槽，该梯形槽内嵌设有毡圈，所述毡圈套设在所述负载轴或驱动轴上；所述箱体内设置有两个第一圆柱滚子轴承；两个所述第一圆柱滚子轴承的外圈分别由第一左端盖和第一右端盖锁紧，两个所述第一圆柱滚子轴承的内圈通过第一止动垫圈与第一圆螺母锁紧；第一圆柱滚子轴承的内圈套设于所述负载轴或驱动轴上。

11、进一步地，内侧轴箱包括第二左端盖、第二右端盖和第二轴箱体；第二左端盖、第二右端盖分别设于第二轴箱体的两侧；

12、第二左端盖上开设有梯形槽，通过第二左端盖上的梯形槽将左毡圈固定在轴承挡圈上；轴承挡圈内圈设有螺纹，通过螺纹连接锁紧两个第二圆柱滚子轴承的内圈；两个第二圆柱滚子轴承由轴箱体支撑，两个所述第二圆柱滚子轴承外圈由第二左端盖和第二右端盖锁紧；第二右端盖上开设有梯形槽，右毡圈通过该第二右端盖上的梯形槽套设在所述负载轴或驱动轴上。

13、进一步地，内侧轴箱和所述外侧轴箱均固定于轴箱座上；轴箱座通过螺栓紧固在铸铁平台上。

14、第二方面，一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

15、s1、将负载齿轮和驱动齿轮通过止动垫圈、圆螺母分别固定于所述负载轴和驱动轴上；

16、s2、将负载轴和驱动轴的两侧分别套入第一圆柱滚子轴承和第二圆柱滚子轴承，进而将负载轴和驱动轴的两侧分别装入外侧轴箱和内侧轴箱中，并将外侧轴箱和内侧轴箱固定在轴箱座上，调节两个轴箱座的间距；

17、s3、将负载轴和驱动轴分别与负载组件和驱动组件相连；

18、s4、试验过程时，设置驱动电机的输出转速与转矩，驱动轴带动驱动齿轮运动，进而带动齿条往复运动，负载齿轮施加扭矩载荷；

19、s5、通过扭矩传感器实时监测转矩和转速，并通过控制系统将所述转矩和转速上传至客户端；

20、s6、实验完成后，将外侧轴箱拆卸，再取出轴上圆螺母和止动垫圈，即可取出负载齿轮、驱动齿轮，再松开齿条安装板上的螺钉和齿条挡块以更换齿条。

21、本发明提供的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置及其试验方法，具有以下有益效果：

22、1、本发明功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置和方法能够准确实现齿轮齿条的往复运动，直观反映出齿轮齿条的疲劳磨损情况，并提供了可调节的负载扭矩、拖动转速，可自主设置齿轮齿条的运行工况；自动化程度高，试验数据的重现性好。

23、2、本发明采用伺服控制，负载电机和驱动电机均为伺服电机，能够任意改变输出的转速与扭矩，以及输出的转速-时间曲线，以满足不同的工况需要。

24、3、本发明采用功率封闭的控制，有利于能量的充分利用，降低能源消耗，更利于保证监测数据的准确性。

25、4、本发明驱动齿轮和负载齿轮之间的间距可进行调节，以满足不同的运行周期，充分利用剩余空间，采用空心轴输出的减速器，提高空间利用率。

26、5、本发明端盖处开有梯形槽，并装有毡圈，使得轴承润滑更充分，减少漏油的可能性；采用圆螺母与止动垫圈的使用使得拆卸更加方便快速；

27、6、本发明轴承与轴箱对称分布有利于提高系统的承载能力，增加系统可靠性。

技术特征：

1.一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：包括铸铁平台(11)；所述铸铁平台(11)上安装有导轨滑块模组(15)；所述导轨滑块模组(15)上活动安装有齿条(14)；所述齿条(14)分别与负载齿轮(4)和驱动齿轮(27)啮合相连；所述负载齿轮(4)和所述驱动齿轮(27)分别安装于负载轴(5)和驱动轴(24)上；所述负载轴(5)和所述驱动轴(24)分别与负载组件和驱动组件相连；所述负载组件和所述驱动组件共直流母线连接，且所述负载组件和所述驱动组件固定于所述铸铁平台(11)上；所述负载组件和所述驱动组件受控于控制系统。

2.根据权利要求1所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述导轨滑块模组(15)包括导轨和滑块；所述导轨通过导轨安装板(13)和导轨挡块(26)的配合设置于所述铸铁平台(11)上；所述滑块上安装有齿条安装板(12)，所述齿条(14)固定于所述齿条安装板(12)上。

3.根据权利要求2所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述齿条安装板(12)开设有沉孔；所述导轨滑块模组(15)通过该沉孔与齿条安装板(12)锁紧相连；所述齿条(14)与齿条安装板(12)之间通过齿条挡块(25)定位。

4.根据权利要求1所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述负载齿轮(4)和驱动齿轮(27)通过止动垫圈(3)、圆螺母(2)分别固定于所述负载轴(5)和驱动轴(24)上。

5.根据权利要求1所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述驱动组件包括驱动电机(22)；所述驱动电机与驱动端减速器(19)通过法兰盘连接；所述驱动端减速器(19)通过驱动端联轴器(8)与驱动轴(24)相连；所述驱动轴(24)通过内侧轴箱(6)和外侧轴箱(1)中的轴承支撑。

6.根据权利要求5所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述负载组件包括负载电机(23)；所述负载电机(23)与负载端减速器(21)相连，所述负载端减速器(21)通过减速器轴(10)与扭矩传感器(9)一端相连，扭矩传感器(9)的另一端通过负载端联轴器(7)与负载轴(5)相连，负载轴(5)两侧分别布置在内侧轴箱(6)和外侧轴箱(1)中。

7.根据权利要求6所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述外侧轴箱(1)包括第一左端盖(101)、第一轴箱体(104)和第一右端盖(107)；所述第一左端盖(101)和第一右端盖(107)分别位于所述第一轴箱体(104)的两侧；

8.根据权利要求6所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述内侧轴箱(6)包括第二左端盖(601)、第二右端盖(606)和第二轴箱体(607)；所述第二左端盖(601)、第二右端盖(606)分别设于第二轴箱体(607)的两侧；

9.根据权利要求6所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置，其特征在于：所述内侧轴箱(6)和所述外侧轴箱(1)均固定于轴箱座(16)上；所述轴箱座(16)通过螺栓紧固在铸铁平台(11)上。

10.一种采用权利要求1～9任一项所述的功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置及其试验方法，包括铸铁平台；铸铁平台上安装有导轨滑块模组；导轨滑块模组上活动安装有齿条；齿条分别与负载齿轮和驱动齿轮啮合相连；负载齿轮和所述驱动齿轮分别安装于负载轴和驱动轴上；负载轴和驱动轴分别与负载组件和驱动组件相连；负载组件和驱动组件共直流母线连接，且负载组件和所述驱动组件固定于铸铁平台上；负载组件和驱动组件受控于控制系统。发明功率封闭齿轮齿条疲劳试验装置和方法能够准确实现齿轮齿条的往复运动，直观反映出齿轮齿条的疲劳磨损情况，并提供了可调节的负载扭矩、拖动转速，可自主设置齿轮齿条的运行工况；自动化程度高，试验数据的重现性好。

技术研发人员：任岩平,朱旻昊,黄盖,樊小强,彭金方,贺继樊,谢克力
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15