(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 114046989 A(43)申请公布日 2022.02.15
(21)申请号 202111326895.4(22)申请日 2021.11.10
(71)申请人 燕山大学
地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北
大街西段438号(72)发明人 沈世辰 田畅 熊培州 韩毅 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任
公司 21212
代理人 徐华燊 李洪福(51)Int.Cl.
G01M 13/021(2019.01)G01M 13/025(2019.01)G01M 13/028(2019.01)
权利要求书2页 说明书9页 附图4页
(54)发明名称
一种齿轮耐久性实验装置及其工艺方法(57)摘要
本发明提供一种齿轮耐久性实验装置及其工艺方法，装置包括计算机、机架、传动轴、主动齿轮、电机、红外测温仪、扭矩传感器、振动传感器、两组感应加热组件和扭矩施加组件，待测齿轮安装在传动轴上，与主动齿轮啮合连接，电机与主动齿轮相连，两组感应加热组件分别位于主动齿轮和待测齿轮啮合处的两侧，扭矩施加组件与传动轴的中下端相连。方法的步骤为：首先将温度和扭矩相关参数输入计算机，控制感应加热线圈使待测齿轮齿廓温度达到目标温度区间，控制电磁离合器梯度加载惯性转子使齿轮处于不同重载环境，判断齿轮是否失效。本发明有效解决了齿轮在高温环境下变载荷实验，提高实验效率，减少实验所耗费的人力和财力。
CN 114046989 ACN 114046989 A
权 利 要 求 书
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1.一种齿轮耐久性实验装置，其特征在于，包括：计算机(3)、机架(12)、与机架(12)相连的传动轴(8)、主动齿轮(10)以及与计算机(3)连接的电机(9)、红外测温仪(5)、扭矩传感器(1)、振动传感器(2)、两组感应加热组件(4)和扭矩施加组件(14)，待测齿轮(11)安装在传动轴(8)上，并与主动齿轮(10)啮合连接，电机(9)安装在机架(12)上，与主动齿轮(10)相连，用于驱动主动齿轮(10)和待测齿轮(11)啮合转动；
两组感应加热组件(4)安装在机架(12)上，分别位于主动齿轮(10)和待测齿轮(11)啮合处的两侧，用于对待测齿轮(11)进行加热；扭矩施加组件(14)安装在机架(12)上，与传动轴(8)的中下端相连，用于实现待测齿轮(11)处于不同重载环境；两组感应加热组件(4)和扭矩施加组件(14)的组合对待测齿轮(11)进行高温‑重载下的变载荷耐久性实验；红外测温仪(5)安装在机架(12)上，用于检测待测齿轮(11)被加热后齿廓的温度；
扭矩传感器(1)通过联轴器与传动轴(8)的底端相连，用于测算实验过程中传动轴(8)的扭矩；振动传感器(2)设有两个，对称设置在机架(12)的两侧，用于测算实验过程中待测齿轮(11)产生的振幅；通过扭矩传感器(1)和振动传感器(2)来判断待测齿轮(11)是否失效。
2.根据权利要求1所述的齿轮耐久性实验装置，其特征在于，所述传动轴(8)的上部通过轴承与机架(12)的顶板相连，穿出机架(12)的上端连接有电磁制动阀(7)，电磁制动阀(7)与机架(12)顶板的上端面固定连接，可实现实验过程中紧急制动。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮耐久性实验装置，其特征在于，所述传动轴(8)通过止推轴承(15)与机架(12)的中板连接，传动轴(8)上还连接有法兰轴套(16)和轴套(17)，法兰轴套(16)通过螺栓固定在机架(12)中板的下端面，轴套(17)一侧与法兰轴套(16)底端接触连接，另一侧与扭矩施加组件(14)顶部接触连接；传动轴(8)通过止推轴承(15)和轴套(17)共同对待测齿轮(11)进行定位。
4.根据权利要求1所述的齿轮耐久性实验装置，其特征在于，所述两组感应加热组件(4)分别为中频加热组件和高频加热组件，中频加热组件由第一驱动组件以及与第一驱动组件连接的中频加热线圈(402)组成，高频加热组件由第二驱动组件以及与第二驱动组件连接的高频加热线圈(401)组成，高频加热线圈(401)和中频加热线圈(402)分布在主动齿轮(10)和待测齿轮(11)啮合处的两侧，第一驱动组件和第二驱动组件分别用于驱动中频加热线圈(402)和高频加热线圈(401)运动，对待测齿轮(11)齿廓进行加热。
5.根据权利要求4所述的齿轮耐久性实验装置，其特征在于，所述第一驱动组件和第二驱动组件的结构相同，每个驱动组件均由伺服电机(406)、丝杠(405)、移动台(404)和液压缸(403)组成，两侧伺服电机(406)分别与机架(12)两侧板的上表面固定连接，伺服电机(406)的输出轴与丝杠(405)的上端连接，丝杠(405)的下端通过轴承与机架(12)侧板的下端面连接，移动台(404)连接在丝杠(405)上，并与丝杠(405)组成螺旋副，移动台(404)侧边与机架(12)的侧板组成滑动副，通过丝杠(405)转动带动移动台(404)进行上下运动；
两侧液压缸(403)分别固定在两侧移动台(404)上，分别与中频加热线圈(402)和高频加热线圈(401)的末端连接，分别带动中频加热线圈(402)和高频加热线圈(401)进行径向进给运动；中频加热线圈(402)的线圈调节装置与高频加热线圈(401)相同，并分别连接中频感应加热电源(6)和高频感应加热电源(13)。
6.根据权利要求1所述的齿轮耐久性实验装置，其特征在于，所述扭矩施加组件(14)设
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有多个，包括惯性转子(143)、扭矩块(142)、电磁离合器(141)和托盘，托盘固定在机架(12)上，惯性转子(143)置于托盘内，扭矩块(142)放置于惯性转子(143)的凹槽内，惯性转子(143)的内孔表面与电磁离合器(141)的外侧连接，电磁离合器(141)的内侧与传动轴(8)外表面连接；在电磁离合器(141)解锁后，惯性转子(143)通过下端设有的滚轮(144)与托盘粗糙面接触摩擦，实现惯性转子(143)自由制动；
通过依次梯度增加施加到传动轴(8)上的惯性转子(143)的数量，使待测齿轮(11)所加的重载发生改变，实现重载条件下待测齿轮(11)一次实验的多次变载。
7.一种如权利要求1‑6任意一项权利要求所述的齿轮耐久性实验装置的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对待测齿轮(11)进行空载传动质量检验，将待测齿轮(11)的震动幅度的平均值设置为震动标定参数M0，设定扭矩参数M1、M2、M3，失效时间参数t，输入齿轮齿廓的实验预设温度T，齿顶许用温差[T1]，齿底许用温差[T2]，负载M，高频加热线圈(401)距齿顶X1，中频加热线圈(402)距齿底X2，单位移动距离X0，破坏时间阈值t0；
S2：温度加载：计算机(3)控制伺服电机(406)和液压缸(403)使高频加热线圈(401)运动到距离待测齿轮(11)齿顶X1处、中频加热线圈(402)运动到距离待测齿轮(11)齿底X2处，同时接通高频感应加热电源和中频感应加热电源，对待测齿轮(11)齿廓进行加热，通过红外测温仪(5)测算出待测齿轮(11)齿顶温度T1、齿底温度T2，若|T1‑T|≤[T1]，则保持高频加热线圈(401)的位置不变，否则当T1‑T＞0时，高频加热线圈(401)向外移动单位距离X0，当T1‑T＜0时，高频加热线圈(401)向内移动单位距离X0，直至|T1‑T|≤[T1]，若|T‑T2|≤[T2]，则保持中频加热线圈(402)的位置不变，否则当T‑T2＞0时，中频加热线圈(402)向内移动单位距离X0，当T‑T2＜0时，中频加热线圈(402)向外移动单位距离X0，直至|T‑T2|≤[T2]；
S3：应力加载：扭矩参数M1对应n1个惯性转子(143)，扭矩参数M2对应n2个惯性转子(143)，扭矩参数M3对应n3个惯性转子(143)，待测齿轮(11)齿廓温度均匀后，计算机(3)控制电磁离合器(141)将n1个惯性转子(143)施加到传动轴(8)上，若改变施加的扭矩，则控制n2个惯性转子(143)、n3个惯性转子(143)依次施加到传动轴(8)，使待测齿轮(11)处于不同重载环境；
S4：齿轮失效判断及试验停止：通过振动传感器(2)测算出振幅Mmax和Mmin，通过扭矩传感器(1)测算出扭矩随时间变化曲线；若
扭矩随时间变化曲线没有
出现骤降时，则继续试验，直至m＞M0；若m＞M0，t＞t0，扭矩随时间变化曲线出现骤降，则判断待测齿轮(11)样品出现失效，计算机(3)立刻控制电磁离合器(141)使惯性转子(143)全部脱离传动轴(8)，惯性转子(143)利用底部的转轮自由摩擦停止，试验停止；若m＞M0，t≤t0，扭矩随时间变化曲线没有出现骤降，则继续试验，直至m＞M0，t＞t0。
8.根据权利要求7所述的齿轮耐久性实验装置的工艺方法，其特征在于，所述步骤S1中，待测齿轮(11)的空载传动质量检验方法为：将待测齿轮(11)固定在实验装置上，在不设置负载的情况下，采用400r/m的速度进行空转，观察实验装置的振动情况，若出现不合格对轴的情况，将待测齿轮(11)重新进行安装，直至对轴合格。
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说 明 书
一种齿轮耐久性实验装置及其工艺方法
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技术领域
[0001]本发明涉及冶金机械技术领域，具体而言，尤其涉及一种齿轮耐久性实验装置及其工艺方法。
背景技术
[0002]随着我国制造业的发展，齿轮最为发动机的重要传动件，在航空、交通运输、工程机械等行业机械装备的应用广泛。21世纪以来，大量高新技术特别是信息技术在机械装备上应用，使对这些机械装备的可靠性水平提出了更高的要求，升级齿轮等基础零部件产业
随着我国综合国力的稳步提升，所面临的有利于提高我国机械装备制造业的核心竞争力。
安全形势愈加复杂多变，维护安全和利益的压力也在不断增大，而对于在现代快速救援中占有举足轻重地位的直升机，其传动系统的可靠性更是决定着直升机使用性能的高低。对于直升机而言，提高传动系统的可靠性可以有效提高搜救人员和被救人员的存活可能性。[0003]齿轮作为齿轮传动系统中的核心部件而言，保证齿轮的耐久性对于整个传动系统的正常工作具有重要的现实意义。同时，齿轮的耐久性也是齿轮生产制造的重要指标之一，齿轮的耐久性能测试在产品开发阶段必须得到严格的验证，而耐久性的验证是耗费时间和成本最多的测试。在常规寿命实验条件下，采用室温进行试验，无法实现高温条件下的齿轮耐久性实验；采用施加衡重载荷进行定载荷模拟实验，无法实现变载荷实验，加之处于不同工况的齿轮的寿命分布相对离散，需要耗费大量人力与财力，成本奇高。发明内容
[0004]根据上述提出的在常规寿命实验条件下，采用室温进行试验，无法实现外界高温条件下的齿轮耐久性实验；采用施加载荷进行定载荷模拟实验，无法实现变载荷实验，加之处于不同工况的齿轮的寿命分布相对离散，需要耗费大量人力与财力，使企业难以承受的技术问题，而提供一种齿轮耐久性实验装置及其工艺方法。本发明主要通过机架、主动齿轮、传动轴、位于机架上端且与传动轴上端连接的电磁制动阀、与机架上端连接的红外测温仪、扭矩传感器、振动传感器、感应加热组件和扭矩施加组件，对待测齿轮进行高温‑重载下的变载荷耐久性实验，采用的工艺方法为：首先将温度和扭矩相关参数输入计算机，控制加热线圈使待测齿轮齿廓温度达到目标温度区间，控制电磁离合器梯度加载惯性转子使待测齿轮处于不同重载环境，判断待测齿轮是否失效，从而有效解决齿轮在高温环境下变载荷实验，提高实验效率，减少实验所耗费的人力和财力。[0005]本发明采用的技术手段如下：[0006]一种齿轮耐久性实验装置，包括：计算机、机架、与机架相连的传动轴、主动齿轮以及与计算机连接的电机、红外测温仪、扭矩传感器、振动传感器、两组感应加热组件和扭矩施加组件，待测齿轮安装在传动轴上，并与主动齿轮啮合连接，电机安装在机架上，与主动齿轮相连，用于驱动主动齿轮和待测齿轮啮合转动；[0007]两组感应加热组件安装在机架上，分别位于主动齿轮和待测齿轮啮合处的两侧，
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用于对待测齿轮进行加热；扭矩施加组件安装在机架上，与传动轴的中下端相连，用于实现待测齿轮处于不同重载环境；两组感应加热组件和扭矩施加组件的组合对待测齿轮进行高温‑重载下的变载荷耐久性实验；红外测温仪安装在机架上，用于检测待测齿轮被加热后齿廓的温度；
[0008]扭矩传感器通过联轴器与传动轴的底端相连，用于测算实验过程中传动轴的扭矩；振动传感器设有两个，对称设置在机架的两侧，用于测算实验过程中待测齿轮产生的振幅；通过扭矩传感器和振动传感器来判断待测齿轮是否失效。[0009]进一步地，所述传动轴的上部通过轴承与机架的顶板相连，穿出机架的上端连接有电磁制动阀，电磁制动阀与机架顶板的上端面固定连接，未工作时电磁制动阀的摩擦片与传动轴上端的粗糙表面间隙配合，用于实现实验过程中紧急制动。[0010]进一步地，所述传动轴通过止推轴承与机架的中板连接，传动轴上还连接有法兰轴套和轴套，法兰轴套通过螺栓固定在机架中板的下端面，轴套一侧与法兰轴套底端接触连接，另一侧与扭矩施加组件顶部接触连接；传动轴通过止推轴承和轴套共同对待测齿轮进行定位。
[0011]进一步地，所述两组感应加热组件分别为中频加热组件和高频加热组件，中频加热组件由第一驱动组件以及与第一驱动组件连接的中频加热线圈组成，高频加热组件由第二驱动组件以及与第二驱动组件连接的高频加热线圈组成，高频加热线圈和中频加热线圈分布在主动齿轮和待测齿轮啮合处的两侧，第一驱动组件和第二驱动组件分别用于驱动中频加热线圈和高频加热线圈运动，对待测齿轮齿廓进行加热。[0012]进一步地，所述第一驱动组件和第二驱动组件的结构相同，每个驱动组件均由伺服电机、丝杠、移动台和液压缸组成，两侧伺服电机分别与机架两侧板的上表面固定连接，伺服电机的输出轴与丝杠的上端连接，丝杠的下端通过轴承与机架侧板的下端面连接，移动台连接在丝杠上，并与丝杠组成螺旋副，移动台侧边与机架的侧板组成滑动副，通过丝杠转动带动移动台进行上下运动；
[0013]两侧液压缸分别固定在两侧移动台上，分别与中频加热线圈和高频加热线圈的末端连接，分别带动中频加热线圈和高频加热线圈进行径向进给运动；中频加热线圈的线圈调节装置与高频加热线圈相同，并分别连接中频感应加热电源和高频感应加热电源。通过采用高频感应加热与中频感应加热相结合，独立调节两者，实现齿轮齿廓温度均匀，进而实现高温条件下齿轮的耐久性实验，使得齿轮的实验环境更接近实际工作环境。[0014]进一步地，所述扭矩施加组件设有多个，包括惯性转子、扭矩块、电磁离合器和托盘，托盘固定在机架上，惯性转子置于托盘内，扭矩块放置于惯性转子的凹槽内，惯性转子的内孔表面与电磁离合器的外侧连接，电磁离合器的内侧与传动轴外表面连接；在电磁离合器解锁后，惯性转子通过下端设有的滚轮与托盘粗糙面接触摩擦，实现惯性转子自由制动；
[0015]通过依次梯度增加施加到传动轴上的惯性转子的数量，使待测齿轮所加的重载发生改变，实现重载条件下待测齿轮一次实验的多次变载，可解决耐久性实验过程中无法改变负载的问题。
[0016]本发明还提供了一种齿轮耐久性实验装置的工艺方法，包括如下步骤：[0017]S1：对待测齿轮进行空载传动质量检验，将待测齿轮的震动幅度的平均值设置为
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震动标定参数M0，设定扭矩参数M1、M2、M3，失效时间参数t，输入齿轮齿廓的实验预设温度T，齿顶许用温差[T1]，齿底许用温差[T2]，负载M，高频加热线圈距齿顶X1，中频加热线圈距齿底X2，单位移动距离X0，破坏时间阈值t0；[0018]S2：温度加载：计算机控制伺服电机和液压缸使高频加热线圈运动到距离待测齿轮齿顶X1处、中频加热线圈运动到距离待测齿轮齿底X2处，同时接通高频感应加热电源和中频感应加热电源，对待测齿轮齿廓进行加热，通过红外测温仪测算出待测齿轮齿顶温度T1、齿底温度T2，若|T1‑T|≤[T1]，则保持高频加热线圈的位置不变，否则当T1‑T＞0时，高频加热线圈向外移动单位距离X0，当T1‑T＜0时，高频加热线圈向内移动单位距离X0，直至|T1‑T|≤[T1]，若|T‑T2|≤[T2]，则保持中频加热线圈的位置不变，否则当T‑T2＞0时，中频加热线圈向内移动单位距离X0，当T‑T2＜0时，中频加热线圈向外移动单位距离X0，直至|T‑T2|≤[T2]；
[0019]S3：应力加载：扭矩参数M1对应n1个惯性转子，扭矩参数M2对应n2个惯性转子，扭矩参数M3对应n3个惯性转子，待测齿轮齿廓温度均匀后，计算机控制电磁离合器将n1个惯性转子施加到传动轴上，若改变施加的扭矩，则控制n2个惯性转子、n3个惯性转子依次施加到传动轴，使待测齿轮处于不同重载环境；[0020]S4：齿轮失效判断及试验停止：通过振动传感器测算出振幅Mmax和Mmin，通过扭矩传感器测算出扭矩随时间变化曲线；若
扭矩随时间变化曲线没有出现
骤降时，则继续试验，直至m＞M0；若m＞M0，t＞t0，扭矩随时间变化曲线出现骤降，则判断待测齿轮样品出现失效，计算机立刻控制电磁离合器使惯性转子全部脱离传动轴，惯性转子利用底部的转轮自由摩擦停止，试验停止；若m＞M0，t≤t0，扭矩随时间变化曲线没有出现骤降，则继续试验，直至m＞M0，t＞t0。[0021]进一步地，所述步骤S1中，待测齿轮的空载传动质量检验方法为：将待测齿轮固定
观察实验装置的振动在实验装置上，在不设置负载的情况下，采用400r/m的速度进行空转，
情况，若出现不合格对轴的情况，将待测齿轮重新进行安装，直至对轴合格。[0022]较现有技术相比，本发明具有以下优点：[0023]1、本发明提供的齿轮耐久性实验装置及其工艺方法，与常规寿命试验的室温条件相比，通过采用高频感应加热与中频感应加热相结合，独立调节两者，实现齿轮齿廓温度均匀，进而实现高温条件下齿轮的耐久性实验，使得齿轮的实验环境更接近实际工作环境。[0024]2、本发明提供的齿轮耐久性实验装置及其工艺方法，通过采用依次梯度增加施加到传动轴上的惯性转子的数量，使得被测齿轮所加的重载发生改变，实现重载条件下被测齿轮一次实验的多次变载，可解决耐久性实验过程中无法改变负载的问题。[0025]综上，应用本发明的技术方案能够解决在常规寿命实验条件下，采用室温进行试验，无法实现高温条件下的齿轮耐久性实验；采用施加衡重载荷进行定载荷模拟实验，无法实现变载荷实验，加之处于不同工况的齿轮的寿命分布相对离散，需要耗费大量人力与财力，使企业难以承受的问题。
[0026]基于上述理由本发明可在航空、交通运输、工程机械等行业机械装备领域广泛推广。
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附图说明
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明装置的结构示意图。
[0029]图2为本发明装置的感应加热组件示意图。[0030]图3为本发明装置的扭矩施加组件示意图。
[0031]图4为本发明装置的扭矩施加组件惯性转子结构示意图。[0032]图5为本发明装置的扭矩施加组件惯性转子结构剖面图。
[0033]图6为本发明装置的感应加热组件中线圈与被加热齿轮间距示意图。[0034]图7为本发明方法实施流程图。[0035]图中：1、扭矩传感器；2、振动传感器；3、计算机；4、感应加热组件；401、高频加热线圈；402、中频加热线圈；403、液压缸；404、移动台；405、丝杠；406、伺服电机；5、红外测温仪；6、中频感应加热电源；7、电磁制动阀；8、传动轴；9、电机；10、主动齿轮；11、待测齿轮；12、机架；13、高频感应加热电源；14、扭矩施加组件；141、电磁离合器；142、扭矩块；143、惯性转
滚轮；15、止推轴承；16、法兰轴套；17、轴套。子；144、具体实施方式
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0037]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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。[0039]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。
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如图所示，本发明提供了一种齿轮耐久性实验装置，包括：计算机3、机架12、与机
架12相连的传动轴8、主动齿轮10以及与计算机3电连接的电机9、红外测温仪5、扭矩传感器1、振动传感器2、两组感应加热组件4和扭矩施加组件14，待测齿轮11通过键安装在传动轴8上，并与主动齿轮10啮合连接，电机9安装在机架12的背板上，与主动齿轮10相连，用于驱动主动齿轮10和待测齿轮11啮合转动；
[0041]两组感应加热组件4安装在机架12上，分别位于主动齿轮10和待测齿轮11啮合处的两侧，用于对待测齿轮11进行加热；扭矩施加组件14安装在机架12上，与传动轴8的中下端相连，用于实现待测齿轮11处于不同重载环境；两组感应加热组件4和扭矩施加组件14的组合对待测齿轮11进行高温‑重载下的变载荷耐久性实验；红外测温仪5安装在机架12顶板的下端面上，用于检测待测齿轮11被加热后齿廓的温度；[0042]扭矩传感器1通过联轴器与传动轴8的底端相连，用于测算实验过程中传动轴8的扭矩；振动传感器2设有两个，对称设置在机架12的两侧，位于机架12的中端，用于测算实验过程中待测齿轮11产生的振幅；通过扭矩传感器1和振动传感器2来判断待测齿轮11是否失效。
[0043]作为优选的实施方式，所述传动轴8的上部通过轴承与机架12的顶板相连，穿出机架12的上端连接有电磁制动阀7，电磁制动阀7与机架12顶板的上端面固定连接，电磁制动
实现实验过程中紧急制动。阀7的摩擦片与传动轴8上端的粗糙表面间隙配合，
[0044]作为优选的实施方式，所述传动轴8通过止推轴承15与机架12的中板连接，传动轴8上还连接有法兰轴套16和轴套17，法兰轴套16通过螺栓固定在机架12中板的下端面，轴套17一侧与法兰轴套16底端接触连接，另一侧与扭矩施加组件14顶部接触连接；传动轴8通过止推轴承15和轴套17共同对待测齿轮11进行定位。[0045]作为优选的实施方式，所述两组感应加热组件4分别为中频加热组件和高频加热组件，中频加热组件由第一驱动组件以及与第一驱动组件连接的中频加热线圈402组成，高频加热组件由第二驱动组件以及与第二驱动组件连接的高频加热线圈401组成，高频加热线圈401和中频加热线圈402分布在主动齿轮10和待测齿轮11啮合处的两侧，第一驱动组件和第二驱动组件分别用于驱动中频加热线圈402和高频加热线圈401运动，对待测齿轮11齿廓进行加热。
[0046]作为优选的实施方式，所述第一驱动组件和第二驱动组件的结构相同，每个驱动组件均由伺服电机406、丝杠405、移动台404和液压缸403组成，两侧伺服电机406分别与机架12两侧板的上表面固定连接，伺服电机406的输出轴与丝杠405的上端连接，丝杠405的下端通过轴承与机架12侧板的下端面连接，移动台404连接在丝杠405上，并与丝杠405组成螺旋副，移动台404侧边与机架12的侧板组成滑动副，通过丝杠405转动带动移动台404进行上下运动；
[0047]两侧液压缸403分别固定在两侧移动台404上，分别与中频加热线圈402和高频加热线圈401的末端连接，分别带动中频加热线圈402和高频加热线圈401进行径向进给运动；中频加热线圈402的线圈调节装置与高频加热线圈401相同，并分别连接中频感应加热电源6和高频感应加热电源13。通过采用高频感应加热与中频感应加热相结合，独立调节两者，实现齿轮齿廓温度均匀，进而实现高温条件下齿轮的耐久性实验，使得齿轮的实验环境更接近实际工作环境。
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作为优选的实施方式，所述扭矩施加组件14设有多个，包括惯性转子143、扭矩块
142、电磁离合器141和托盘，托盘固定在机架12上，惯性转子143置于托盘内，扭矩块142放置于惯性转子143的凹槽内，惯性转子143的内孔表面与电磁离合器141的外侧连接，电磁离合器141的内侧与传动轴8外表面连接；在电磁离合器141解锁后，惯性转子143通过下端设有的滚轮144与托盘粗糙面接触摩擦，实现惯性转子143自由制动；[0049]通过依次梯度增加施加到传动轴8上的惯性转子143的数量，使待测齿轮11所加的重载发生改变，实现重载条件下待测齿轮11一次实验的多次变载，可解决耐久性实验过程中无法改变负载的问题。
[0050]本发明还提供了一种齿轮耐久性实验装置的工艺方法，包括如下步骤：[0051]S1：对待测齿轮11进行空载传动质量检验，将待测齿轮11的震动幅度的平均值设置为震动标定参数M0，设定扭矩参数M1、M2、M3，失效时间参数t，输入齿轮齿廓的实验预设温度T，齿顶许用温差[T1]，齿底许用温差[T2]，负载M，高频加热线圈401距齿顶X1，中频加热线圈402距齿底X2，单位移动距离X0，破坏时间阈值t0；[0052]S2：温度加载：计算机3控制伺服电机406和液压缸403使高频加热线圈401运动到距离待测齿轮11齿顶X1处、中频加热线圈402运动到距离待测齿轮11齿底X2处，同时接通高频感应加热电源和中频感应加热电源，对待测齿轮11齿廓进行加热，通过红外测温仪5测算出待测齿轮11齿顶温度T1、齿底温度T2，若|T1‑T|≤[T1]，则保持高频加热线圈401的位置不变，否则当T1‑T＞0时，高频加热线圈401向外移动单位距离X0，当T1‑T＜0时，高频加热线圈401向内移动单位距离X0，直至|T1‑T|≤[T1]，若|T‑T2|≤[T2]，则保持中频加热线圈402的位置不变，否则当T‑T2＞0时，中频加热线圈402向内移动单位距离X0，当T‑T2＜0时，中频加热线圈402向外移动单位距离X0，直至|T‑T2|≤[T2]；[0053]S3：应力加载：扭矩参数M1对应n1个惯性转子143，扭矩参数M2对应n2个惯性转子143，扭矩参数M3对应n3个惯性转子143，待测齿轮11齿廓温度均匀后，计算机3控制电磁离合器141将n1个惯性转子143施加到传动轴8上，若改变施加的扭矩，则控制n2个惯性转子143、n3个惯性转子143依次施加到传动轴8，使待测齿轮11处于不同重载环境；[0054]S4：齿轮失效判断及试验停止：通过振动传感器2测算出振幅Mmax和Mmin，通过扭矩传感器1测算出扭矩随时间变化曲线；若
扭矩随时间变化曲线没有
出现骤降时，则继续试验，直至m＞M0；若m＞M0，t＞t0，扭矩随时间变化曲线出现骤降，则判断待测齿轮11样品出现失效，计算机3立刻控制电磁离合器141使惯性转子143全部脱离传动轴8，惯性转子143利用底部的转轮自由摩擦停止，试验停止；若m＞M0，t≤t0，扭矩随时间变化曲线没有出现骤降，则继续试验，直至m＞M0，t＞t0。[0055]作为优选的实施方式，所述步骤S1中，待测齿轮11的空载传动质量检验方法为：将待测齿轮11固定在实验装置上，在不设置负载的情况下，采用400r/m的速度进行空转，观察实验装置的振动情况，若出现不合格对轴的情况，将待测齿轮11重新进行安装，直至对轴合格。
[0056]实施例1
[0057]如图1和图2所示，一种齿轮耐久性实验装置，对待测齿轮进行高温‑重载下的变载荷耐久性实验，包括机架12、主动齿轮10、电磁制动阀7、传动轴8、红外测温仪5、扭矩传感器
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1、振动传感器2、感应加热组件4、扭矩施加组件14。电磁制动阀7与机架12顶板的上端面固定连接，未工作时电磁制动阀7的摩擦片与传动轴8上端的粗糙表面间隙配合，能实现实验过程中紧急制动，本实施例中，电磁制动阀采用现有结构。传动轴8通过与止推轴承15和法兰轴套16连接定位到机架12中板的中端，传动轴8通过键与待测齿轮11连接，通过止推轴承15、法兰轴套16和轴套17共同对待测齿轮11进行定位。传动轴8上的待测齿轮11与主动齿轮10啮合处的两边设有感应加热组件4，传动轴8上的待测齿轮11与主动齿轮10啮合传动，主动齿轮10与电机9的输出端连接，电机9与机架12背板连接，传动轴8的中下端与扭矩施加组件14连接，传动轴8的下端与扭矩传感器1通过联轴器连接，扭矩传感器1对传动轴8起定位作用，红外测温仪5与机架12顶板的下端面连接，振动传感器2设有两个，对称位于机架12的两侧，振动传感器与主动齿轮均位于机架中端。本实施例通过传统轴的位置固定和定位，进行待测齿轮的位置固定，当传动轴较长时，运行时难免会出现轻微晃动，因此，传动轴通过止推轴承15、法兰轴套16、轴套17进行定位时，从而可对待测齿轮进行定位，减少待测齿轮晃动，因此固定待测齿轮会尽可能减少干扰和晃动。[0058]在此实施例中，红外测温仪5可采用MLX90614非接触式红外测温传感器。[0059]在此实施例中，振动传感器2可采用M332088振动传感器校准仪，型号为：ZH62‑JX‑3B。振动传感器用于测待测齿轮产生的震动，特别是待测齿轮破坏以后，实验过程中伴随着两个齿轮的啮合传动也会有轻微的震动，振动传感器只需安装在机架上，齿轮失效产生的震动，会传递给机架，机架震动时，振动传感器即可测算待测齿轮震动的振幅。[0060]在此实施例中，扭矩传感器1可采用旋转扭矩传感器，型号为：BW42‑CYB‑803S。扭矩传感器用于直接测量实验过程中传动轴的扭矩，扭矩施加组件的扭矩是提前设定好的。[0061]在此实施例中，如图3所示，感应加热组件4设有两组，分别位于主动齿轮和待测齿轮啮合处的左右两侧，每组感应加热组件4包括伺服电机、丝杠、移动台、液压缸、感应加热线圈，左右两侧感应加热组件4中的感应加热线圈分别为中频加热线圈402、高频加热线圈401，两侧伺服电机406分别和机架12两侧板的上表面固定连接，每个伺服电机406的输出轴和丝杠405的上端连接，丝杠405的下端与机架12侧板的下端面连接，丝杠405和移动台404组成螺旋副，能带动移动台404进行竖直直线运动，移动台404与机架12组成滑动副，移动台404与液压缸403固定连接，两个液压缸403分别与高频加热线圈401/中频加热线圈402的末端连接，能分别带动各感应加热线圈进行径向进给运动，中频加热线圈402的线圈调节装置与高频加热线圈401相同，高频加热线圈401和中频加热线圈402对称分布在主动齿轮10和待测齿轮啮合处11的两侧，且分别连接中频感应加热电源6和高频感应加热电源13。[0062]在此实施例中，如图4和图5所示，扭矩施加组件14位于机架的下端，包括惯性转子、扭矩块、电磁离合器、托盘，托盘固定在机架上，惯性转子143置于托盘中，扭矩块142放置于惯性转子143的凹槽内，惯性转子143的内孔内径表面和电磁离合器141的外侧连接，电磁离合器141的内侧与传动轴8外表面连接。在电磁离合器141解锁后，惯性转子143通过下端设有的滚轮144与粗糙面接触摩擦从而实现惯性转子自由制动。电磁离合器141的型号为干式单片电磁离合器。[0063]在此实施例中，电磁离合器141可采用内轴承式电磁离合器TJ‑A2型。[0064]本发明实施例中，基于本发明提供的一种齿轮耐久性实验装置，本发明还提出了一种使用齿轮耐久性实验装置进行的变载荷齿轮耐久性的工艺方法，如图7所示，所述方法
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包括如下步骤：
[0065]在此实施例中，将待测齿轮11固定在实验台上，在不设置负载的情况下，采用400r/m的速度进行空转，观察试验台的振动情况，若出现不合格对轴的情况，需要将待测齿轮重新进行安装，直至合格；若对轴合格，则如图7所示，将其震动幅度的平均值设置为震动标定参数M0，设定扭矩参数M1、M2、M3，失效时间参数t，输入齿轮齿廓的实验预设温度参数T，齿顶许用温差参数[T1]，齿底许用温差参数[T2]，负载参数M，如图6所示，高频加热线圈距齿顶参数X1，中频加热线圈距齿底参数X2，单位移动距离参数X0，破坏时间阈值参数t0。[0066]在此实施例中，进行温度加载：计算机3控制伺服电机406和液压缸403使高频加热线圈401运动到距离待测齿轮齿顶X1处、中频加热线圈402运动到距离待测齿轮齿底X2处，同时接通高频感应加热电源13和中频感应加热电源6，对待测齿轮11齿廓进行加热，用红外测温仪5测算出待测齿轮11齿顶温度T1、齿底温度T2，若|T1‑T|≤[T1]，则保持高频加热线圈401的位置不变，否则当T1‑T＞0时，高频加热线圈401向外移动单位距离X0，当T1‑T＜0时，高频加热线圈401向内移动单位距离X0，直至|T1‑T|≤[T1]，若|T‑T2|≤[T2]，则保持中频加热线圈402的位置不变，否则当T‑T2＞0时，中频加热线圈402向内移动单位距离X0，当T‑T2＜0时，中频加热线圈402向外移动单位距离X0，直至|T‑T2|≤[T2]。[0067]在此实施例中，进行应力加载：计算机3计算出扭矩参数M1对应n1个惯性转子143，扭矩参数M2对应n2个惯性转子143，扭矩参数M3对应n3个惯性转子143，待测齿轮11齿廓温度均匀后，计算机3控制电磁离合器141将n1个惯性转子143施加到传动轴8上，待传动轴8转速稳定后，若改变施加的扭矩，则通过计算机3控制电磁离合器141将n2个惯性转子143、n3个惯性转子143依次施加到传动轴8。[0068]在此实施例中，进行齿轮失效判断及试验停止：振动传感器2测算出振幅Mmax、Mmin和扭矩传感器1测算出扭矩随时间变化曲线，若m≤M0(其中
)，扭矩随时间
变化曲线没有出现骤降时，则继续试验，直至m＞M0；若m＞M0，t＞t0，扭矩随时间变化曲线出现骤降，则判断样品出现失效，计算机3立刻控制电磁离合器141使惯性转子143全部脱离传动轴8，惯性转子143利用底部的转轮144自由摩擦停止，试验停止；若m＞M0，t≤t0，扭矩随时间变化曲线没有出现骤降，则继续试验，直至m＞M0，t＞t0。[0069]实施例2
[0070]本实施例中，基于本发明提供的一种齿轮耐久性实验装置，本发明还提出了一种使用齿轮耐久性实验装置进行的定载荷齿轮耐久性的工艺方法，如图6所示，所述方法包括如下步骤：
[0071]在此实施例中，将待测齿轮11固定在实验台上，在不设置负载的情况下，采用400r/m的速度进行空转，观察试验台的振动情况，若出现不合格对轴的情况，需要将待测齿轮重新进行安装，直至合格；若对轴合格，则将其震动幅度的平均值设置为震动标定参数M0，设定扭矩参数M1、M2、M3，失效时间参数t，输入齿轮齿廓的实验预设温度参数T，齿顶许用温差参数[T1]，齿底许用温差参数[T2]，负载参数M，如图7所示，高频加热线圈距齿顶参数X1，中频加热线圈距齿底参数X2，单位移动距离参数X0，破坏时间阈值参数t0。[0072]在此实施例中，温度加载：计算机3控制伺服电机406和液压缸403使高频加热线圈401运动到距离待测齿轮齿顶X1处、中频加热线圈402运动到距离待测齿轮齿底X2处，同时接
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通高频感应加热电源13和中频感应加热电源6，对待测齿轮11齿廓进行加热，用红外测温仪5测算出待测齿轮11齿顶温度T1、齿底温度T2，若|T1‑T|≤[T1]，则保持高频加热线圈401的位置不变，否则当T1‑T＞0时，高频加热线圈401向外移动单位距离X0，当T1‑T＜0时，高频加热线圈401向内移动单位距离X0，直至|T1‑T|≤[T1]，若|T‑T2|≤[T2]，则保持中频加热线圈402的位置不变，否则当T‑T2＞0时，中频加热线圈402向内移动单位距离X0，当T‑T2＜0时，中频加热线圈402向外移动单位距离X0，直至|T‑T2|≤[T2]。[0073]在此实施例中，应力加载：计算机3计算出扭矩参数M1对应n1个惯性转子143，待测齿轮11齿廓温度均匀后，计算机3控制电磁离合器141将n1个惯性转子143施加到传动轴8上。
[0074]在此实施例中，齿轮失效判断及试验停止：振动传感器2测算出振幅Mmax、Mmin和扭矩传感器1测算出扭矩随时间变化曲线，若m≤M0(其中
)，扭矩随时间变化
曲线没有出现骤降时，则继续试验，直至m＞M0；若m＞M0，t＞t0，扭矩随时间变化曲线出现骤降，则判断样品出现失效，计算机3立刻控制电磁离合器141使惯性转子143全部脱离传动轴8，惯性转子143利用底部的转轮144自由摩擦停止，试验停止；若m＞M0，t≤t0，扭矩随时间变化曲线没有出现骤降，则继续试验，直至m＞M0，t＞t0。[0075]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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