一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次数计算方法
一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次数计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于齿轮领域，具体涉及一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次 数计算方法。
【背景技术】
[0002] 齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确，效率高，结 构紧凑，工作可靠，寿命长。目前，各个行业都能看到齿轮传动的身影，而这其中，齿轮是关 键部件。
[0003] 目前齿轮的检测和齿轮弯曲疲劳试验对于齿轮传动尤为重要。现有的齿轮疲劳试 验夹具一般包括加载部分和齿轮安装部分，其中加载部分包含两个加载头，例如中国专利 文献CN201096617公开了一种齿轮弯曲疲劳通用试验夹具，该结构在试验时，两个加载头 要同时加在齿轮轴线两侧的两个齿上，操作中很难保证两个齿的受力点与齿轮中心轴线之 间的距离相同，所以易造成左、右轮齿的加载不均，而且在试验过程中两个轮齿所受载荷易 产生相互变化，造成试验数据不准确；另外，两个加载头的跨距固定或调节范围较小，不适 应多品种的齿轮疲劳试验，尤其不适应大齿轮的疲劳试验；若配备多种尺寸规格的夹具，则 夹具成本较大。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有技术存在的不足之处，提供一种能提高试验精度、且适用于多 品种不同规格齿轮的可伸缩性齿轮疲劳试验台及其疲劳度计算方法，以期能快速得出齿轮 的疲劳度，从而能改善齿轮疲劳试验质量，提高齿轮疲劳的测试速度和测试精度。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台的结构特点包括：加载部分、齿轮安装部 分和上顶板伸缩部分所组成；
[0007] 所述加载部分包括上顶板、丝杠基座、丝杠、螺母、V型块测试顶针、导轨和加载电 机；
[0008] 在所述上顶板上设置有所述导轨，在所述导轨的两端设置有丝杠基座，在所述丝 杠基座内，并处于所述导轨的上方设置有所述丝杠，并由所述加载电机驱动；在所述丝杠上 配合有所述螺母和设置所述螺母上的V型块测试顶针；
[0009] 所述齿轮安装部分包括下基座、齿轮支撑架、测试齿轮、齿轮止动件、蜗杆、蜗轮和 齿轮旋转电机；
[0010] 在所述下基座上设置有滑槽，在所述滑槽上设置有可移动的齿轮支撑架和齿轮止 动件；所述齿轮支撑架为叉形件，且在所述叉形件内通过支撑轴安装有所述测试齿轮，且所 述齿轮止动件抵于所述测试齿轮的非待测轮齿上；所述V型块测试顶针的顶针头抵于所述 测试齿轮的待测轮齿上；在所述支撑轴的末端设置有蜗轮，在所述蜗轮上方设置有蜗杆，并 由所述齿轮旋转电机驱动；
[0011] 所述上顶板伸缩部分包括光轴、顶轴、液压缸；所述顶轴安装在所述液压缸上构成 可伸缩机构；在所述上顶板和下基座之间呈对角布置有所述光轴和可伸缩机构，使得所述 上顶板能上下移动来安装不同规格的测试齿轮；
[0012] 所述齿轮疲劳试验台是以加载电机驱动所述丝杠旋转，从而带动所述螺母和其上 的V型块测试顶针沿着所述导轨水平往复移动；使得所述V型块测试顶针的顶针头对所述 测试齿轮的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再利用所述齿轮旋转电机驱动 所述蜗杆和蜗轮旋转，从而通过所述支撑轴带动所述测试齿轮转动至新的待测轮齿。
[0013] 本发明所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台的结构特点也在于：所述加载电机和所 述齿轮旋转电机均为伺服电机。
[0014] 本发明一种基于可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法的特点是 按如下步骤进行：
[0015] 步骤1、利用式（1)获得所述测试齿轮中第i个轮齿的应力循环次数Ni:
[0016] Nj= (n1+n2)/2 (1)
[0017] 式（1)七表示所述加载电机对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电机对第 i个轮齿的反转次数；
[0018] 步骤2、利用式（2)获得所述测试齿轮的平均应力循环次数反：
[0020] 式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，1 <i<Z。
[0021] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0022] 1、本发明采用一个加载头加载，并由加载电机带动滚珠丝杠运动，从而带动加载 头V型块测试顶针做左右往复运动，与现有技术的垂直向下加载相比，加载速度均匀，试验 精度可靠，省时省力。
[0023] 2、本发明采用液压缸带动顶轴上下运动，使得试验台上顶板方面调整上下位置， 齿轮支撑架和齿轮止动件在试验台下基座的位置调整方便，从而能够适应不同品种不同规 格大小齿轮疲劳试验的需要。
[0024] 3、本发明采用电机带动蜗轮蜗杆运动，从而带动测试齿轮旋转，采用电机为可编 程伺服电机，运动控制可控，运动速度可控，操作简单，成本较低，便于安装和拆卸，省时省 力，能够快速旋转测试齿轮和不同规格的齿轮，使用旋转速度范围广，提高了试验速度。
[0025] 4、本发明采用齿轮的平均应力循环次数作为表征齿轮的疲劳强度，具有一定的代 表意义，且齿轮的平均应力循环次数测量和计算简单方便，操作性强，试验速度快。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的立体示意图；
[0027] 图2是本发明上顶板结构示意图；
[0028] 图3是本发明滚珠丝杠、V型块测试顶针、导轨配合示意图；
[0029] 图4是本发明齿轮支撑架和支撑轴示意图；
[0030] 图5是本发明齿轮止动件示意图；
[0031] 图中序号：1上顶板；2光轴；3下基座；4滑槽；5固定耳；6下基座托手；7顶轴；8 液压缸；9丝杠基座；10防尘罩；11丝杠；12螺母；13V型块测试顶针；14导轨；15加载电 机；16加载电机机座；17齿轮旋转电机；18齿轮旋转电机机座；19蜗杆；20蜗轮；21蜗轮 蜗杆机构基座；22齿轮止动件；23支撑轴；24支撑孔；25齿轮支撑架；26测试齿轮；1-1圆 孔；1-2槽。
【具体实施方式】
[0032] 如图1所示，一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台包括：加载部分、齿轮安装部分和上 顶板伸缩部分所组成；
[0033] 加载部分包括上顶板1、丝杠基座9、防尘罩10、丝杠11、螺母12、V型块测试顶针 13、导轨14、加载电机15和加载电机基座16 ;
[0034] 在上顶板1上设置有导轨14,在导轨14的两端设置有丝杠基座9,在丝杠基座9 内，并处于导轨14的上方设置有丝杠11，并由加载电机15驱动；在丝杠11上配合有螺母 12和设置螺母12上的V型块测试顶针13 ;V型块测试顶针13所用材料为硬质合金钢材料， 硬度高，耐磨损，耐冲击；加载部分的滚珠丝杠机构通过加载电机15带动丝杠11旋转，加 载电机15通过紧固件固定在加载电机基座16上，加载电机机座16通过紧固件固定在地面 上；如图3所示，丝杠基座9、丝杠11、螺母12、V型块测试顶针13、导轨14互相配合组成加 载部分。加载电机15为受电脑程序可编程控制的伺服电机，正反转的次数可有安装在电脑 旁的传感器测定，为后面计算轮齿的应力循环次数提供正转和反转次数，从而表征齿轮的 疲劳强度；
[0035] 齿轮安装部分包括下基座3、齿轮支撑架25、测试齿轮26、齿轮止动件22、蜗杆19、 蜗轮20、蜗轮蜗杆机构基座21、齿轮旋转电机17和齿轮旋转电机基座18 ;
[0036] 在下基座3上设置有滑槽4,在滑槽4上设置有可移动的齿轮支撑架25和齿轮止 动件22 ;为了便于安装和拆卸齿轮，参见图4,齿轮支撑架25的上部开有支撑孔24,支撑孔 24中装有支撑轴23,齿轮止动件22通过紧固件与下基座3的滑槽4相连接而固定在下基 座3上，齿轮支撑架25通过紧固件与下基座3的滑槽4相连接而固定在下基座3上；在下 基座3上四个对角位置设置有固定耳5,固定耳5通过紧固件与地面固定，从而固定下基座 3 ;在下基座3四面中间位置设置有下基座托手6,下基座托手6焊接在下基座3上，方便搬 运下基座3。为了降低试验台的振动，提高试验稳定性，下基座3通过紧固件固定在地面上。
[0037] 齿轮支撑架25为叉形件，且在叉形件内通过支撑轴23安装有测试齿轮26,且齿轮 止动件22抵于测试齿轮26的非待测轮齿上；V型块测试顶针13的顶针头抵于测试齿轮26 的待测轮齿上；参见图1、图2和图3,V型 块测试顶针13通过穿过上顶板1的槽1-2接触 到测试齿轮26 ;丝杠基座9、防尘罩10、导轨14通过紧固件固定在上顶板1上；丝杠11与 丝杠基座9配合，使得丝杠11只做旋转运动；V型块测试顶针13通过与螺母12和导轨14 配合固定在滚珠丝杠机构上，通过滚珠丝杠机构的带动做直线运动；如图5所示，齿轮止动 件22用来抵住未测试轮齿，也起固定齿轮作用。
[0038] 在支撑轴23的末端设置有蜗轮20,在蜗轮20上方设置有蜗杆19,并由齿轮旋转 电机17驱动；本实施例中，齿轮旋转电机17为伺服电机且通过紧固件固定在齿轮旋转电机 机座18上，齿轮旋转电机机座18通过紧固件固定在地面上；蜗轮蜗杆机构包括蜗杆19、蜗 轮20、蜗轮蜗杆机构基座21，蜗杆19和蜗轮20配合，蜗轮20通过固定件固定在蜗轮蜗杆 机构基座21上，防止其上下左右窜动，而只做旋转运动。
[0039] 上顶板伸缩部分包括光轴2、顶轴7、液压缸8 ;顶轴7安装在液压缸8上构成可伸 缩机构；在上顶板1和下基座3之间呈对角布置有光轴2和可伸缩机构，使得上顶板1能上 下移动来安装不同规格的测试齿轮26 ;如图2所示，上顶板1上有圆孔1-1和槽1-2,圆孔 1-1用来和光轴2和顶轴7配合，使得上顶板上下移动；槽1-2用来与V型块测试顶针13配 合。上顶板伸缩部分的光轴2和液压缸8通过紧固件固定在下基座3上。
[0040] 齿轮疲劳试验台是以加载电机15驱动丝杠11旋转，丝杠11和螺母12之间有滚 珠，从而带动螺母12和其上的V型块测试顶针13沿着导轨14水平往复移动；使得V型块 测试顶针13的顶针头对测试齿轮26的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再 利用齿轮旋转电机17驱动蜗杆19和蜗轮20旋转，从而通过支撑轴23带动测试齿轮26转 动至新的待测轮齿。
[0041] 本发明使用时，先将下基座3通过四个角的固定耳5固定在地面上，再将光轴2、液 压缸8通过紧固件固定在下基座3上，顶轴7和液压缸8连接，然后将上顶板1放在光轴2 和顶轴7上，再将丝杠基座9和导轨14通过紧固件固定在上顶板1上，再将滚珠丝杠机构 和V型块测试顶针13、丝杠基座9和导轨14配合好，再将加载电机15固定在加载电机机座 16上，加载电机15与丝杠11连接好，再将测试齿轮26安装在齿轮支撑架25上，并沿滑槽 4左右移动齿轮支撑架25,使测试齿轮26的某个待测轮齿位于V型块测试顶针13的下方， 通过紧固件将齿轮支撑架25与下基座3固定；接着，沿滑槽4左右移动齿轮止动件22,使 齿轮止动件22上端与测试齿轮26下部的一个非待试轮齿相抵，并通过紧固件将齿轮止动 件22与下基座3固定；接着，将齿轮旋转电机17固定在齿轮旋转电机机座18上，齿轮旋转 电机17与蜗轮蜗杆机构配合好，蜗轮蜗杆机构再和支撑轴23连接好，然后加载电机15匀 速启动，带动滚珠丝杠机构运动，然后滚珠丝杠机构带动V型块测试顶针13左右运动，顶针 头顶住测试齿轮26的待测轮齿上，即可以进行疲劳试验。为了防止粉尘，在滚珠丝杠机构 外装一个防尘罩10,防尘罩10通过紧固件固定在上顶板1上。如果要测试另个轮齿，可以 启动齿轮旋转电机17,从而带动蜗轮蜗杆机构运动，最后使得测试齿轮26旋转。如果要测 试更大齿轮，可以控制液压缸8使得顶轴7上下运动，直到调整到合适位置，液压缸8不做 运动，上顶板固定，其它相应的加载电机15和齿轮旋转电机17也调整到相应位置，从而可 以测试不同齿轮。
[0042] 一种基于可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法是按如下步骤进 行：
[0043] 步骤1、利用式（1)获得测试齿轮26中第i个轮齿的应力循环次数Ni:
[0044] Nj= (n1+n2)/2 (1)
[0045] 式（1)，&表示所述加载电机（15)对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电 机（15)对第i个轮齿的反转次数；加载电机15为伺服电机，受电脑控制，电脑旁设置有传 感器，传感器测定加载电机15的正转次数和反转次数；
[0046] 步骤2、利用式（2)获得测试齿轮26的平均应力循环次数歹：
[0048] 式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，一般取偶数；1彡i彡Z。
[0049] 还可以通过其他方式来获得齿轮疲劳度，例如：在待测轮齿上安装应变片，在滚珠 丝杠上设置位移传感器，从而通过测得的应变和V型块测试顶针13运动的最大位置来带入 标准计算齿轮疲劳强度的计算公式中，也可实现齿轮疲劳度的快速计算，并提高了准确性。
【主权项】
1. 一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台，其特征包括：加载部分、齿轮安装部分和上顶板 伸缩部分所组成； 所述加载部分包括上顶板（1)、丝杠基座（9)、丝杠（11)、螺母（12)、V型块测试顶针 (13)、导轨（14)和加载电机（15); 在所述上顶板（1)上设置有所述导轨（14)，在所述导轨（14)的两端设置有丝杠基座 (9)，在所述丝杠基座（9)内，并处于所述导轨（14)的上方设置有所述丝杠（11)，并由所述 加载电机（15)驱动；在所述丝杠（11)上配合有所述螺母（12)和设置所述螺母（12)上的 V型块测试顶针（13); 所述齿轮安装部分包括下基座（3)、齿轮支撑架（25)、测试齿轮（26)、齿轮止动件 (22) 、蜗杆（19)、蜗轮（20)和齿轮旋转电机（17); 在所述下基座（3)上设置有滑槽（4)，在所述滑槽（4)上设置有可移动的齿轮支撑架 (25)和齿轮止动件（22);所述齿轮支撑架（25)为叉形件，且在所述叉形件内通过支撑轴 (23) 安装有所述测试齿轮（26)，且所述齿轮止动件（22)抵于所述测试齿轮（26)的非待测 轮齿上；所述V型块测试顶针（13)的顶针头抵于所述测试齿轮（26)的待测轮齿上；在所述 支撑轴（23)的末端设置有蜗轮（20)，在所述蜗轮（20)上方设置有蜗杆（19)，并由所述齿 轮旋转电机（17)驱动； 所述上顶板伸缩部分包括光轴（2)、顶轴（7)、液压缸（8);所述顶轴（7)安装在所述液 压缸（8)上构成可伸缩机构；在所述上顶板（1)和下基座（3)之间呈对角布置有所述光轴 (2)和可伸缩机构，使得所述上顶板（1)能上下移动来安装不同规格的测试齿轮（26); 所述齿轮疲劳试验台是以加载电机（15)驱动所述丝杠（11)旋转，从而带动所述螺母 (12)和其上的V型块测试顶针（13)沿着所述导轨（14)水平往复移动；使得所述V型块测 试顶针（13)的顶针头对所述测试齿轮（26)的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂； 从而再利用所述齿轮旋转电机（17)驱动所述蜗杆（19)和蜗轮（20)旋转，从而通过所述支 撑轴（23)带动所述测试齿轮（26)转动至新的待测轮齿。2. 根据权利要求1所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台，其特征是：所述加载电机（15) 和所述齿轮旋转电机（17)均为伺服电机。3. -种基于权利要求1所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法， 其特征是按如下步骤进行： 步骤1、利用式（1)获得所述测试齿轮（26)中第i个轮齿的应力循环次数Ni: Ni= 0^+112)/2 (1) 式（Ihn1表示所述加载电机（15)对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电机（15) 对第i个轮齿的反转次数； 步骤2、利用式（2)获得所述测试齿轮（26)的平均应力循环次数反：式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，I < i < Z。
【专利摘要】本发明涉及一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次数计算方法，其特征是试验台由加载部分、齿轮安装部分和上顶板伸缩部分组成；以加载电机驱动丝杠旋转，从而带动螺母和其上的V型块测试顶针沿着导轨水平往复移动；使得V型块测试顶针的顶针头对测试齿轮的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再利用齿轮旋转电机驱动蜗杆和蜗轮旋转，从而通过支撑轴带动测试齿轮转动至新的待测轮齿。本发明能快速得出齿轮的疲劳度，从而能改善齿轮疲劳试验质量，提高齿轮疲劳的测试速度和测试精度。
【IPC分类】G01M13/02
【公开号】CN104897398
【申请号】CN201510341418
【发明人】赵韩, 陈球胜, 黄康, 夏公川, 熊杨寿, 邵可, 于蓉蓉, 段松林
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
【技术领域】
[0001] 本发明属于齿轮领域，具体涉及一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次 数计算方法。
【背景技术】
[0002] 齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。它的传动比较准确，效率高，结 构紧凑，工作可靠，寿命长。目前，各个行业都能看到齿轮传动的身影，而这其中，齿轮是关 键部件。
[0003] 目前齿轮的检测和齿轮弯曲疲劳试验对于齿轮传动尤为重要。现有的齿轮疲劳试 验夹具一般包括加载部分和齿轮安装部分，其中加载部分包含两个加载头，例如中国专利 文献CN201096617公开了一种齿轮弯曲疲劳通用试验夹具，该结构在试验时，两个加载头 要同时加在齿轮轴线两侧的两个齿上，操作中很难保证两个齿的受力点与齿轮中心轴线之 间的距离相同，所以易造成左、右轮齿的加载不均，而且在试验过程中两个轮齿所受载荷易 产生相互变化，造成试验数据不准确；另外，两个加载头的跨距固定或调节范围较小，不适 应多品种的齿轮疲劳试验，尤其不适应大齿轮的疲劳试验；若配备多种尺寸规格的夹具，则 夹具成本较大。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有技术存在的不足之处，提供一种能提高试验精度、且适用于多 品种不同规格齿轮的可伸缩性齿轮疲劳试验台及其疲劳度计算方法，以期能快速得出齿轮 的疲劳度，从而能改善齿轮疲劳试验质量，提高齿轮疲劳的测试速度和测试精度。
[0005] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台的结构特点包括：加载部分、齿轮安装部 分和上顶板伸缩部分所组成；
[0007] 所述加载部分包括上顶板、丝杠基座、丝杠、螺母、V型块测试顶针、导轨和加载电 机；
[0008] 在所述上顶板上设置有所述导轨，在所述导轨的两端设置有丝杠基座，在所述丝 杠基座内，并处于所述导轨的上方设置有所述丝杠，并由所述加载电机驱动；在所述丝杠上 配合有所述螺母和设置所述螺母上的V型块测试顶针；
[0009] 所述齿轮安装部分包括下基座、齿轮支撑架、测试齿轮、齿轮止动件、蜗杆、蜗轮和 齿轮旋转电机；
[0010] 在所述下基座上设置有滑槽，在所述滑槽上设置有可移动的齿轮支撑架和齿轮止 动件；所述齿轮支撑架为叉形件，且在所述叉形件内通过支撑轴安装有所述测试齿轮，且所 述齿轮止动件抵于所述测试齿轮的非待测轮齿上；所述V型块测试顶针的顶针头抵于所述 测试齿轮的待测轮齿上；在所述支撑轴的末端设置有蜗轮，在所述蜗轮上方设置有蜗杆，并 由所述齿轮旋转电机驱动；
[0011] 所述上顶板伸缩部分包括光轴、顶轴、液压缸；所述顶轴安装在所述液压缸上构成 可伸缩机构；在所述上顶板和下基座之间呈对角布置有所述光轴和可伸缩机构，使得所述 上顶板能上下移动来安装不同规格的测试齿轮；
[0012] 所述齿轮疲劳试验台是以加载电机驱动所述丝杠旋转，从而带动所述螺母和其上 的V型块测试顶针沿着所述导轨水平往复移动；使得所述V型块测试顶针的顶针头对所述 测试齿轮的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再利用所述齿轮旋转电机驱动 所述蜗杆和蜗轮旋转，从而通过所述支撑轴带动所述测试齿轮转动至新的待测轮齿。
[0013] 本发明所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台的结构特点也在于：所述加载电机和所 述齿轮旋转电机均为伺服电机。
[0014] 本发明一种基于可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法的特点是 按如下步骤进行：
[0015] 步骤1、利用式（1)获得所述测试齿轮中第i个轮齿的应力循环次数Ni:
[0016] Nj= (n1+n2)/2 (1)
[0017] 式（1)七表示所述加载电机对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电机对第 i个轮齿的反转次数；
[0018] 步骤2、利用式（2)获得所述测试齿轮的平均应力循环次数反：
[0020] 式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，1 <i<Z。
[0021] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0022] 1、本发明采用一个加载头加载，并由加载电机带动滚珠丝杠运动，从而带动加载 头V型块测试顶针做左右往复运动，与现有技术的垂直向下加载相比，加载速度均匀，试验 精度可靠，省时省力。
[0023] 2、本发明采用液压缸带动顶轴上下运动，使得试验台上顶板方面调整上下位置， 齿轮支撑架和齿轮止动件在试验台下基座的位置调整方便，从而能够适应不同品种不同规 格大小齿轮疲劳试验的需要。
[0024] 3、本发明采用电机带动蜗轮蜗杆运动，从而带动测试齿轮旋转，采用电机为可编 程伺服电机，运动控制可控，运动速度可控，操作简单，成本较低，便于安装和拆卸，省时省 力，能够快速旋转测试齿轮和不同规格的齿轮，使用旋转速度范围广，提高了试验速度。
[0025] 4、本发明采用齿轮的平均应力循环次数作为表征齿轮的疲劳强度，具有一定的代 表意义，且齿轮的平均应力循环次数测量和计算简单方便，操作性强，试验速度快。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的立体示意图；
[0027] 图2是本发明上顶板结构示意图；
[0028] 图3是本发明滚珠丝杠、V型块测试顶针、导轨配合示意图；
[0029] 图4是本发明齿轮支撑架和支撑轴示意图；
[0030] 图5是本发明齿轮止动件示意图；
[0031] 图中序号：1上顶板；2光轴；3下基座；4滑槽；5固定耳；6下基座托手；7顶轴；8 液压缸；9丝杠基座；10防尘罩；11丝杠；12螺母；13V型块测试顶针；14导轨；15加载电 机；16加载电机机座；17齿轮旋转电机；18齿轮旋转电机机座；19蜗杆；20蜗轮；21蜗轮 蜗杆机构基座；22齿轮止动件；23支撑轴；24支撑孔；25齿轮支撑架；26测试齿轮；1-1圆 孔；1-2槽。
【具体实施方式】
[0032] 如图1所示，一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台包括：加载部分、齿轮安装部分和上 顶板伸缩部分所组成；
[0033] 加载部分包括上顶板1、丝杠基座9、防尘罩10、丝杠11、螺母12、V型块测试顶针 13、导轨14、加载电机15和加载电机基座16 ;
[0034] 在上顶板1上设置有导轨14,在导轨14的两端设置有丝杠基座9,在丝杠基座9 内，并处于导轨14的上方设置有丝杠11，并由加载电机15驱动；在丝杠11上配合有螺母 12和设置螺母12上的V型块测试顶针13 ;V型块测试顶针13所用材料为硬质合金钢材料， 硬度高，耐磨损，耐冲击；加载部分的滚珠丝杠机构通过加载电机15带动丝杠11旋转，加 载电机15通过紧固件固定在加载电机基座16上，加载电机机座16通过紧固件固定在地面 上；如图3所示，丝杠基座9、丝杠11、螺母12、V型块测试顶针13、导轨14互相配合组成加 载部分。加载电机15为受电脑程序可编程控制的伺服电机，正反转的次数可有安装在电脑 旁的传感器测定，为后面计算轮齿的应力循环次数提供正转和反转次数，从而表征齿轮的 疲劳强度；
[0035] 齿轮安装部分包括下基座3、齿轮支撑架25、测试齿轮26、齿轮止动件22、蜗杆19、 蜗轮20、蜗轮蜗杆机构基座21、齿轮旋转电机17和齿轮旋转电机基座18 ;
[0036] 在下基座3上设置有滑槽4,在滑槽4上设置有可移动的齿轮支撑架25和齿轮止 动件22 ;为了便于安装和拆卸齿轮，参见图4,齿轮支撑架25的上部开有支撑孔24,支撑孔 24中装有支撑轴23,齿轮止动件22通过紧固件与下基座3的滑槽4相连接而固定在下基 座3上，齿轮支撑架25通过紧固件与下基座3的滑槽4相连接而固定在下基座3上；在下 基座3上四个对角位置设置有固定耳5,固定耳5通过紧固件与地面固定，从而固定下基座 3 ;在下基座3四面中间位置设置有下基座托手6,下基座托手6焊接在下基座3上，方便搬 运下基座3。为了降低试验台的振动，提高试验稳定性，下基座3通过紧固件固定在地面上。
[0037] 齿轮支撑架25为叉形件，且在叉形件内通过支撑轴23安装有测试齿轮26,且齿轮 止动件22抵于测试齿轮26的非待测轮齿上；V型块测试顶针13的顶针头抵于测试齿轮26 的待测轮齿上；参见图1、图2和图3,V型 块测试顶针13通过穿过上顶板1的槽1-2接触 到测试齿轮26 ;丝杠基座9、防尘罩10、导轨14通过紧固件固定在上顶板1上；丝杠11与 丝杠基座9配合，使得丝杠11只做旋转运动；V型块测试顶针13通过与螺母12和导轨14 配合固定在滚珠丝杠机构上，通过滚珠丝杠机构的带动做直线运动；如图5所示，齿轮止动 件22用来抵住未测试轮齿，也起固定齿轮作用。
[0038] 在支撑轴23的末端设置有蜗轮20,在蜗轮20上方设置有蜗杆19,并由齿轮旋转 电机17驱动；本实施例中，齿轮旋转电机17为伺服电机且通过紧固件固定在齿轮旋转电机 机座18上，齿轮旋转电机机座18通过紧固件固定在地面上；蜗轮蜗杆机构包括蜗杆19、蜗 轮20、蜗轮蜗杆机构基座21，蜗杆19和蜗轮20配合，蜗轮20通过固定件固定在蜗轮蜗杆 机构基座21上，防止其上下左右窜动，而只做旋转运动。
[0039] 上顶板伸缩部分包括光轴2、顶轴7、液压缸8 ;顶轴7安装在液压缸8上构成可伸 缩机构；在上顶板1和下基座3之间呈对角布置有光轴2和可伸缩机构，使得上顶板1能上 下移动来安装不同规格的测试齿轮26 ;如图2所示，上顶板1上有圆孔1-1和槽1-2,圆孔 1-1用来和光轴2和顶轴7配合，使得上顶板上下移动；槽1-2用来与V型块测试顶针13配 合。上顶板伸缩部分的光轴2和液压缸8通过紧固件固定在下基座3上。
[0040] 齿轮疲劳试验台是以加载电机15驱动丝杠11旋转，丝杠11和螺母12之间有滚 珠，从而带动螺母12和其上的V型块测试顶针13沿着导轨14水平往复移动；使得V型块 测试顶针13的顶针头对测试齿轮26的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再 利用齿轮旋转电机17驱动蜗杆19和蜗轮20旋转，从而通过支撑轴23带动测试齿轮26转 动至新的待测轮齿。
[0041] 本发明使用时，先将下基座3通过四个角的固定耳5固定在地面上，再将光轴2、液 压缸8通过紧固件固定在下基座3上，顶轴7和液压缸8连接，然后将上顶板1放在光轴2 和顶轴7上，再将丝杠基座9和导轨14通过紧固件固定在上顶板1上，再将滚珠丝杠机构 和V型块测试顶针13、丝杠基座9和导轨14配合好，再将加载电机15固定在加载电机机座 16上，加载电机15与丝杠11连接好，再将测试齿轮26安装在齿轮支撑架25上，并沿滑槽 4左右移动齿轮支撑架25,使测试齿轮26的某个待测轮齿位于V型块测试顶针13的下方， 通过紧固件将齿轮支撑架25与下基座3固定；接着，沿滑槽4左右移动齿轮止动件22,使 齿轮止动件22上端与测试齿轮26下部的一个非待试轮齿相抵，并通过紧固件将齿轮止动 件22与下基座3固定；接着，将齿轮旋转电机17固定在齿轮旋转电机机座18上，齿轮旋转 电机17与蜗轮蜗杆机构配合好，蜗轮蜗杆机构再和支撑轴23连接好，然后加载电机15匀 速启动，带动滚珠丝杠机构运动，然后滚珠丝杠机构带动V型块测试顶针13左右运动，顶针 头顶住测试齿轮26的待测轮齿上，即可以进行疲劳试验。为了防止粉尘，在滚珠丝杠机构 外装一个防尘罩10,防尘罩10通过紧固件固定在上顶板1上。如果要测试另个轮齿，可以 启动齿轮旋转电机17,从而带动蜗轮蜗杆机构运动，最后使得测试齿轮26旋转。如果要测 试更大齿轮，可以控制液压缸8使得顶轴7上下运动，直到调整到合适位置，液压缸8不做 运动，上顶板固定，其它相应的加载电机15和齿轮旋转电机17也调整到相应位置，从而可 以测试不同齿轮。
[0042] 一种基于可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法是按如下步骤进 行：
[0043] 步骤1、利用式（1)获得测试齿轮26中第i个轮齿的应力循环次数Ni:
[0044] Nj= (n1+n2)/2 (1)
[0045] 式（1)，&表示所述加载电机（15)对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电 机（15)对第i个轮齿的反转次数；加载电机15为伺服电机，受电脑控制，电脑旁设置有传 感器，传感器测定加载电机15的正转次数和反转次数；
[0046] 步骤2、利用式（2)获得测试齿轮26的平均应力循环次数歹：
[0048] 式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，一般取偶数；1彡i彡Z。
[0049] 还可以通过其他方式来获得齿轮疲劳度，例如：在待测轮齿上安装应变片，在滚珠 丝杠上设置位移传感器，从而通过测得的应变和V型块测试顶针13运动的最大位置来带入 标准计算齿轮疲劳强度的计算公式中，也可实现齿轮疲劳度的快速计算，并提高了准确性。
【主权项】
1. 一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台，其特征包括：加载部分、齿轮安装部分和上顶板 伸缩部分所组成； 所述加载部分包括上顶板（1)、丝杠基座（9)、丝杠（11)、螺母（12)、V型块测试顶针 (13)、导轨（14)和加载电机（15); 在所述上顶板（1)上设置有所述导轨（14)，在所述导轨（14)的两端设置有丝杠基座 (9)，在所述丝杠基座（9)内，并处于所述导轨（14)的上方设置有所述丝杠（11)，并由所述 加载电机（15)驱动；在所述丝杠（11)上配合有所述螺母（12)和设置所述螺母（12)上的 V型块测试顶针（13); 所述齿轮安装部分包括下基座（3)、齿轮支撑架（25)、测试齿轮（26)、齿轮止动件 (22) 、蜗杆（19)、蜗轮（20)和齿轮旋转电机（17); 在所述下基座（3)上设置有滑槽（4)，在所述滑槽（4)上设置有可移动的齿轮支撑架 (25)和齿轮止动件（22);所述齿轮支撑架（25)为叉形件，且在所述叉形件内通过支撑轴 (23) 安装有所述测试齿轮（26)，且所述齿轮止动件（22)抵于所述测试齿轮（26)的非待测 轮齿上；所述V型块测试顶针（13)的顶针头抵于所述测试齿轮（26)的待测轮齿上；在所述 支撑轴（23)的末端设置有蜗轮（20)，在所述蜗轮（20)上方设置有蜗杆（19)，并由所述齿 轮旋转电机（17)驱动； 所述上顶板伸缩部分包括光轴（2)、顶轴（7)、液压缸（8);所述顶轴（7)安装在所述液 压缸（8)上构成可伸缩机构；在所述上顶板（1)和下基座（3)之间呈对角布置有所述光轴 (2)和可伸缩机构，使得所述上顶板（1)能上下移动来安装不同规格的测试齿轮（26); 所述齿轮疲劳试验台是以加载电机（15)驱动所述丝杠（11)旋转，从而带动所述螺母 (12)和其上的V型块测试顶针（13)沿着所述导轨（14)水平往复移动；使得所述V型块测 试顶针（13)的顶针头对所述测试齿轮（26)的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂； 从而再利用所述齿轮旋转电机（17)驱动所述蜗杆（19)和蜗轮（20)旋转，从而通过所述支 撑轴（23)带动所述测试齿轮（26)转动至新的待测轮齿。2. 根据权利要求1所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台，其特征是：所述加载电机（15) 和所述齿轮旋转电机（17)均为伺服电机。3. -种基于权利要求1所述的可伸缩性的齿轮疲劳试验台的应力循环次数计算方法， 其特征是按如下步骤进行： 步骤1、利用式（1)获得所述测试齿轮（26)中第i个轮齿的应力循环次数Ni: Ni= 0^+112)/2 (1) 式（Ihn1表示所述加载电机（15)对第i个轮齿的正转次数，n2表示所述加载电机（15) 对第i个轮齿的反转次数； 步骤2、利用式（2)获得所述测试齿轮（26)的平均应力循环次数反：式（2)，Z表示所述加载电机（15)的轮齿总数，I < i < Z。
【专利摘要】本发明涉及一种可伸缩性的齿轮疲劳试验台及其应力循环次数计算方法，其特征是试验台由加载部分、齿轮安装部分和上顶板伸缩部分组成；以加载电机驱动丝杠旋转，从而带动螺母和其上的V型块测试顶针沿着导轨水平往复移动；使得V型块测试顶针的顶针头对测试齿轮的待测轮齿产生径向力而迫使待测轮齿断裂；从而再利用齿轮旋转电机驱动蜗杆和蜗轮旋转，从而通过支撑轴带动测试齿轮转动至新的待测轮齿。本发明能快速得出齿轮的疲劳度，从而能改善齿轮疲劳试验质量，提高齿轮疲劳的测试速度和测试精度。
【IPC分类】G01M13/02
【公开号】CN104897398
【申请号】CN201510341418
【发明人】赵韩, 陈球胜, 黄康, 夏公川, 熊杨寿, 邵可, 于蓉蓉, 段松林
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日
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