轴系扭振对齿面摩擦力影响规律定量分析的实验装置

摘要

本发明提供的是一种轴系扭振对齿面摩擦力影响规律定量分析的实验装置。电机（1）安装于底座（14）上，电机（1）的输出轴通过万向节组件（2）与轴（5）的一端相连，轴（5）由前后轴承组件支撑，滚盘（11）固定于轴（5）上，滚盘（11）与摩擦片（10）接触，摩擦片（10）置于摩擦片支撑组件（12）上，摩擦片支撑组件（12）通过垂向力传感器（13）与杠杆组件（15）相连，杠杆组件（15）通过载荷组件（16）与底座（14）相连，横向力传感器（9）与摩擦片支撑组件（12）相连，齿盘（7）置于轴（5）的另一端，磁电传感器（6）与齿盘（7）相配合。本发明用于从实验角度来研究轴系扭转振动对齿面摩擦力的影响规律。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于轴系扭振对齿面摩擦力影响规律进行定量分析的实验装置。

背景技术

由于柴油机输出扭矩的不均匀性、螺旋桨在船尾不均匀流场中旋转产生对轴系的不均匀 的激励，以及轴系部件的安装不对中、材料不均匀和自身质量的不平衡等原因作用，船舶推 进轴系将会产生扭转振动。而轴系的扭转振动又必将对船舶齿轮箱产生影响。齿轮啮合时齿 面摩擦力会使齿根产生弯曲应力，严重影响齿轮箱的正常运行。因此需要定量分析轴系扭振 对齿面摩擦力的影响规律。但是目前国内外暂没有找到研究轴系扭转振动对齿面摩擦力的影 响的实验装置的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于研究轴系扭转振动对齿面摩擦力的影响规律的轴系扭 振对齿面摩擦力影响规律定量分析的实验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括电机1、万向节联轴器组件2、前轴承组件3、后轴承组件4、轴5、磁电传感器6、 齿盘7、横向力传感器9、摩擦片10、滚盘11、摩擦片支撑组件12、垂向力传感器13、底座 14、杠杆组件15和载荷组件16，电机1安装于底座14上，电机1的输出轴通过万向节组 件2与轴5的一端相连，轴5由前后轴承组件支撑，滚盘11固定于轴5上，滚盘11与摩擦 片10接触，摩擦片10置于摩擦片支撑组件12上，摩擦片支撑组件12通过垂向力传感器13 与杠杆组件15相连，杠杆组件15通过载荷组件16与底座14相连，横向力传感器9与摩擦 片支撑组件12相连，齿盘7置于轴5的另一端，磁电传感器6与齿盘7相配合。

本发明还可以包括：

1、所述万向节联轴器组件2为单十字万向节联轴器，主动轴半联轴器17连接电机；从 动轴半联轴器18通过圆锥销19与轴5固定，销钉21和套筒22相互作用与圆柱销23共同固 定于十字轴20。

2、所述载荷组件包括通过螺纹连接固定的载荷下套26与载荷上套27，载荷下套26与 载荷上套27间装有弹簧28，弹簧28压在力杆29上，载荷下套26固定于底座14上。

3、所述杠杆支组件的杠杆30通过杠杆轴33支撑，固定杠杆轴33通过开口销35锁定， 杠杆轴33通过深沟球轴承34支撑，由限位环36限制杠杆轴33的轴向运动，杠杆30通过螺 栓b32与垂向力传感器13相连，力通过垂向力传感器13及拉杆转接块37传递至支撑下板 39上。

4、所述摩擦片支撑组件12包括支撑下板39、支撑上板44、立柱b42、立柱a41、限 位螺栓38，限位螺栓38可通过调节其螺母来调整支撑下板39的位置，立柱a41通过螺栓c 40固定于底座14上并通过立柱轴43与支撑下板39相连，立柱b42连接着支撑下板39和支 撑上板44并可绕支撑下板39的中间的两个立柱轴43转动，支撑上板44上固定着摩擦片10， 横向力传感器9一侧通过力传感器拉杆45与支撑上板44相连，横向力传感器9另侧与支撑 下板39相连，摩擦片10通过螺丝46固定于支撑上板44上并可随着支撑上板44水平移动。

5、所述电机1通过电机座8安装于底座14上，所述电机座8为可绕着万向节联轴器2 的轴线交点旋转的旋转座。

本发明提供了一种轴系扭转振动对齿面摩擦力影响规律定量分析的一种实验装置，从实 验角度来研究轴系扭转振动对齿面摩擦力的影响规律。

对于工程中应用广泛的直齿轮及斜齿轮的啮合，可以把齿与齿之间的啮合看作是线接触。 对于齿轮线接触问题，可以用两个半径分别与轮齿在接触点处的曲率半径相等的圆柱体的接 触来代替。根据润滑力学的理论，上述两个圆柱的接触还可以进一步变化为一个当量圆柱与 一个平面的接触。因此，本发明用滚盘和摩擦片间的摩擦模拟齿轮啮合时轮齿间的摩擦。

本发明中采用十字万向节联轴器以产生扭振。由于在轴上加装齿盘，便可通过磁电传感 器实时测得扭振。通过载荷组件和杠杆组件的共同作用，可以调节滚盘和摩擦片接触载荷的 大小。

附图说明

图1是本发明的轴系扭振对齿面摩擦力影响规律定量分析的实验装置的主视图。

图2是图1的O-O剖视图。

图3是图1的俯视图。

图4a是万向节联轴器组件的示意图。

图4b是图4a的A-A剖视图。

图5是载荷组件的示意图。

图6a是杠杆组件的示意图。

图6b是图6a的B-B剖视图。

图7是摩擦片支撑组件的示意图。

图8a是摩擦片组件的示意图。

图8b是图8a的俯视图。

图9a是滚轮组件的示意图。

图9b是图9a的C-C剖视图。

图10a是电机座的示意图。

图10b是图10a的俯视图。

图11是电机端底座示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合如图1、图2和图3，定量分析系统包括电机1，万向节联轴器组件2，前轴承组件 3，后轴承组件4，轴5，磁电传感器6，齿盘7，电机座8、横向力传感器9，摩擦片10，滚 盘11，摩擦片支撑组件12，垂向力传感器13，底座14，杠杆组件15和载荷组件16。电机1 通过电机座8固定于底座14上，电机1的输出轴通过万向节组件2与轴5相连。轴5采用 深沟球轴承支撑；滚盘11固定于轴5上，滚盘11与摩擦片10接触。摩擦片10置于摩擦片 支撑组件12上，支撑组件12通过垂向力传感器13与杠杆组件15相连。杠杆组件15通过载 荷组件16与底座14相连。齿盘7置于轴5的右侧。

本装置为了产生扭振，采用了单十字万向节联轴器设计，如图4a-图4b所示。17为主动 轴半联轴器，连接电机；18为从动轴半联轴器，圆锥销19把18与轴5固定；销钉21和套 筒22相互作用，可以与圆柱销23共同固定于十字轴20。图5为载荷组件示意图。26为载荷 下套，27为载荷上套，两者通过螺纹连接固定；载荷下套26与载荷上套27间装有弹簧28， 弹簧28压在力杆29上；载荷下套26通过六角螺母a24和六角螺栓a25固定于底座14上。 因此，当拧紧六角螺母a24时，可使六角螺栓a25下移，从而往下带动载荷下套26和载荷 上套27，使弹簧28受压，从而把力通过力杆29传到杠杆30上了。然后，作用于杠杆30右 侧的压力通过杠杆支座31传递给杠杆左侧的六角螺栓b32上了，如图6a-图6b所示，33为 杠杆轴；35为开口销，起固定杠杆轴33的作用；34为深沟球轴承，用来支撑杠杆轴33，保 证力能平稳地从杠杆右侧传递至杠杆左侧；36为限位环，可限制杠杆轴33的轴向运动。由 于六角螺栓b32与垂向力传感器13相连，则力可通过垂向力传感器13及拉杆转接块37把 力传递至支撑下板39上。如图7所示，38为限位螺栓，可通过调节其螺母来调整支撑下板 39的位置；立柱a41通过六角螺栓c40固定于底座14上，通过立柱轴43与支撑下板39 相连；42为立柱b，连接着支撑下板39和支撑上板44，可绕支撑下板39的中间的两个立柱 轴43转动；支撑上板44上固定着摩擦片10。因此，传递至支撑下板39的力可通过立柱b42、 支撑上板44传至摩擦片10上，此力可由垂向力传感器13测得。横向力传感器9通过力传感 器拉杆45与支撑上板44相连，左侧与支撑下板39相连。摩擦片10通过内六角螺丝46固定 于支撑上板44上，可随着支撑上板44水平移动，如图8a-图8b所示。因此，滚盘11转动 时，摩擦片10与滚盘11接触时产生的摩擦力可由横向力传感器9测得。为了考虑润滑的作 用，给摩擦片10加装油槽47。滚盘11和轴5采用过盈配合，如图9a-图9b所示，其中键 48起周向固定作用，挡圈49起轴向固定作用。

为了能改变产生扭振的大小，需要能改变主动轴半联轴器17和从动轴半联轴器18间的 角度，因此采用电机座可以旋转的设计。图10a-图10b为电机座的示意图。电机座可绕着万 向节联轴器2的轴线交点旋转。图11为电机端底座的示意图。轴线交点在底座上的投影即为 图11中的O点。底座14开有弧形通道50，电机座可以沿弧形通道50转动。底座上以O点 为圆心装有刻度盘51，在电机座中心线处标上刻线，便可测得电机座旋转的角度。

本装置在安装时有如下注意事项：1)须保证十字万向节联轴器2的轴线交点在底座上的 投影为O点；2）须保证滚盘11和摩擦片10之间为线接触；3）须调节限位螺栓38使摩擦片 10保持水平状态。

首先给油槽加润滑油至一定高度，浸没摩擦片10即可；调节电机座的位置，使主动轴半 联轴器17和从动轴半联轴器18间的角度为零；调节六角螺栓b32使垂向力传感器13初始 值为零，调节使横向力传感器9初始值为零。

然后拧紧六角螺母a24至一定位置，使滚盘11和摩擦片10相互挤压，此力可由垂向力 传感器13测得；启动电机，调节至一定转速，使转速保持稳定；此时，滚盘11和摩擦片10 会产生摩擦力，此力可由横向力传感器9测得。另外，利用磁电传感器6可以测得轴5的扭 振大小。

改变主动轴半联轴器17和从动轴半联轴器18间的角度，保持轴5的转速和之前一致， 观测轴5的扭振变化对摩擦力的影响。

调节六角螺母a24的位置，以改变滚盘11和摩擦片10间的载荷大小。然后，改变主动 半联轴器17和从动半联轴器18间的角度，观测轴5的扭振变化对摩擦力的影响。