专利名称：一种多故障耦合齿轮箱模拟实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型属于旋转机械振动监测与诊断领域，涉及一种用于全面、客 观、方便地模拟齿轮设备的若干典型故障的多故障耦合齿轮箱模拟实验台。
背景技术：
齿轮装置广泛应用于国民经济各部门。齿轮装置的运行状态直接影响着 企业设备及人身安全和生产的效益。使用科学的方法对齿轮装置的运行状态 进行监测及判断，从而了解运行质量，防止故障发生，对企业的设备管理和 经济效益都具有重要的价值。作为机械故障诊断理论与实践的重要部分，齿 轮故障诊断一开始就受到人们的重视，通过多年来基础理论的研究和大量的 实践，人们积累了不少的经验。齿轮故障诊断方法的研究更是设备故障诊断 中的热点问题。各种故障诊断方法的适用范围、优缺点等问题都需要通过实 践的检验。通过实验装置模拟齿轮的各种故障，进而方便地在实验装置上进 行各种有针对性的实验以对诊断方法进行检验是很有意义的。
这些年来，作为机器的重要零件的齿轮的故障实验研究日益受到人们的
重视。如果只有理论研究而没有试验研究，那么齿轮各种故障诊断方法的有 效性、准确性、优缺点等问题的研究就不可能建立在坚实的科学基础上。目 前科研单位所用的齿轮箱试验台绝大多数是机械功率封闭型或电功率封闭型
运转式齿轮试验台，主要用于观测单个(或单对)齿轮某一项故障的产生发
展过程，如仿德国FZG的CL一100齿轮试验机，这种试验机的特点是成本 低、便于安装、便于观察测量，但是用于观察不同的故障必须更换齿轮试件， 且一次实验只能同时观察一种故障，不便于齿轮故障诊断方法的研究。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种多故障耦合齿轮箱模拟实验台的减速器机 械系统，该系统能够全面地、客观地、方便地模拟齿轮设备的若干典型故障 及其发生发展过程，方便科研人员进行故障诊断方法的研究验证，节省科研 人员花费用于布置实验的时间和精力。
为了实现上述任务，本实用新型采用的技术解决方案是
一种多故障耦合齿轮箱模拟实验台，包括 一底座，底座上设置有电动 机，该电动机通过第一联轴器连接有多故障耦合齿轮箱，多故障耦合齿轮箱 通过第二联轴器与发电机相连，其特征在于
所述的多故障耦合齿轮箱上设置有油标，多故障耦合齿轮箱内设有输入 花键轴和输出花键轴，输入花键轴和输出花键轴之间有过渡轴，输入花键轴、 输出花键轴和过渡轴三根轴不在同一平面上；输入花键轴上安装有第一花键 齿轮，输出花键轴上安装有第二花键齿轮，过渡轴上安装有两个齿轮构成的 二联齿轮以及一个三联齿轮或多连齿轮，第一花键齿轮与二联齿轮啮合，第 二花键齿轮与三联齿轮或多连齿轮啮合，在第一花键齿轮与第二花键齿轮旁 边还分别有第一拨叉换位装置和第二拨叉换位装置，在运行中，由第一、第 二拨叉换位装置拨动二联齿轮或三联齿轮或多连齿轮，即可连续模拟多种齿 轮故障。
所述的输入花键轴通过第一滚动轴承和第一挡油盘固定在多故障耦合齿 轮箱的箱体上；所述的输出花键轴通过第二滚动轴和第二挡油盘固定在多故 障耦合齿轮箱的箱体上；过渡轴通过第三滚动轴承和第三挡油盘固定在多故 障耦合齿轮箱的箱体上。
本实用新型的多故障耦合齿轮箱模拟实验台，可以通过更换齿轮箱内过 渡轴整套配件模拟任意齿轮故障，通过更换轴承还可以模拟轴承的各种故障。 上述二联齿轮、三联齿轮或多联齿轮，经由拨叉换位装置在运行中连续模拟 多种故障。本实用新型的多故障耦合齿轮箱模拟实验台，能够较全面地、客观地、 方便地模拟齿轮设备的若干典型故障，方便了科研人员进行故障诊断方法的 研究验证，节省了科研人员花费用于布置实验的时间和精力。该多故障耦合 齿轮箱模拟实验台，可以通过更换过渡轴整套配件模拟用户指定的任意齿轮 故障，具有可扩展性。此外，实验台的造价低，外形小巧美观，应用价值高， 便于推广应用。
图1为多故障耦合齿轮箱模拟实验台结构示意图； 图2为多故障耦合齿轮箱结构示意图； 图3a、图3b是过渡轴齿轮故障分布示意图4是拨叉换位装置结构示意图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图l，本实用新型的多故障耦合齿轮箱模拟实验台，包括 一底座6， 底座6上设置有电动机1 ，该电动机1通过第一联轴器2连接有多故障耦合齿轮 箱3，多故障耦合齿轮箱3通过第二联轴器4与发电机5相连。
所述的多故障耦合齿轮箱3上设置有油标22。多故障耦合齿轮箱3内设有 输入花键轴21和输出花键轴14，输入花键轴21和输出花键轴14之间有过渡轴 12，输入花键轴21、输出花键轴14和过渡轴12三根轴不在同一平面上；输入 花键轴21上安装有第一花键齿轮7，输出花键轴14上安装有第二花键齿轮16， 过渡轴12上安装有两个齿轮(9、 10)构成的二联齿轮以及一个三联齿轮或多 连齿轮18，第一花键齿轮7与二联齿轮啮合，第二花键齿轮16与三联齿轮或多 连齿轮18啮合，在第一花键齿轮7与第二花键齿轮16旁边还分别有第一拨叉换 位装置23和第二拨叉换位装置15。在运行中由第一、第二拨叉换位装置拨动 二联齿轮或三联齿轮或者多连齿轮，即可连续模拟多种齿轮故障。
典型的模拟项目为
① 齿轮齿根疲劳裂纹和断齿模拟试验；
② 齿轮点蚀和剥落模拟试验；
③ 齿轮齿面磨损模拟试验；
④ 齿轮偏心模拟试验。
通过拨叉换位装置在运行中可以方便地观察齿轮正常一齿根疲劳裂纹
—断齿；正常一点蚀一剥落；正常一齿面磨损；正常一偏心等故障的信号变
化过程。多故障耦合齿轮箱模拟实验台还可以设置调速加载试验系统和监测
系统，该调速加载试验系统由常用的直流电动机、调速控制柜、直流发电机、
励磁调节器和电阻箱组成。监测系统由振动加速度传感器、电荷放大器、数 据采集卡、计算机、输出设备组成。
用于多故障耦合齿轮箱的输入花键轴21、输出花键轴14和过渡轴12三 根轴不在同一平面上，拆卸多故障耦合齿轮箱3的箱盖后，多故障耦合齿轮 箱3只暴露给试验操作者过渡轴12上的齿轮、挡油盘、轴承，试验操作者通 过更换过渡轴整套配件(如轴、齿轮、挡油盘、轴承)就可以方便的模拟各 种类型的齿轮故障，操作时针对性强。
当多故障耦合齿轮箱3在更换过渡轴12时，其它两根轴固定状态不变化， 更换过渡轴后不需要调整这两根轴的轴向位置，更换过程较简便。当拆卸箱 盖更换过渡轴的故障齿轮时，只需要卸下过渡轴上的轴承旁螺栓和过渡轴12 上的端盖，拆卸过程较短。反之，当合上多故障耦合齿轮箱3的箱盖时，也 只需较短的装配时间。齿轮箱的上述三根轴在空间布置，横向尺寸小，结构 紧凑。齿轮箱过渡轴上与输入花键轴(高速轴)上齿轮可配合的齿轮有两个 (9、 10)，与输出花键轴(低速轴)上齿轮可配合的齿轮有三个，构成三联 齿轮18， 二联、三联或多联齿轮经由拨叉换位装置在运行中连续模拟多种故 障；通过拨叉装置拨动齿轮的组合结果，可以方便的观察齿轮的各种故障信
号既可以观察单对齿轮啮合的故障信号，也可以观察两对齿轮啮合的故障 合成信号，还可以观察齿轮从正常到发生故障的信号变化过程。
模拟齿轮从正常到发生故障的信号变化过程参见图3a，即正常一点蚀 —剥落；正常一偏心等故障的变化过程；图3b，即正常一齿根疲劳裂纹一 断齿；正常一齿面磨损。
拨叉换位装置采用摆动式，如图4所示。手柄30经手柄轴29、摆杆28， 通过销轴27使滑块26拨动被操纵件一滑移齿轮25沿传动轴24作轴向滑移， 即通过摆杆一滑块来拨动被操纵件，这种操作方式结构简单、应用普遍。操 纵机构靠手柄座上的钢球来定位，钢球在弹簧作用下压入定位坑中实现定位。 钢球定位的结构简单，使用方便，制造容易。整套试验装置配套加工的齿轮、 轴等零件少，成本低，试验操作效率高。
权利要求1.一种多故障耦合齿轮箱模拟实验台，包括一底座(6)，底座(6)上设置有电动机(1)，该电动机(1)通过第一联轴器(2)连接有多故障耦合齿轮箱(3)，多故障耦合齿轮箱(3)通过第二联轴器(4)与发电机(5)相连，其特征在于所述的多故障耦合齿轮箱(3)上设置有油标(22)，多故障耦合齿轮箱(3)内设有输入花键轴(21)和输出花键轴(14)，输入花键轴(21)和输出花键轴(14)之间有过渡轴(12)，输入花键轴(21)、输出花键轴(14)和过渡轴(12)三根轴不在同一平面上；输入花键轴(21)上安装有第一花键齿轮(7)，输出花键轴(14)上安装有第二花键齿轮(16)，过渡轴(12)上安装有两个齿轮(9、10)构成的二联齿轮以及一个三联齿轮或多连齿轮(18)，第一花键齿轮(7)与二联齿轮啮合，第二花键齿轮(16)与三联齿轮或多连齿轮(18)啮合，在第一花键齿轮(7)与第二花键齿轮(16)旁边还分别有第一拨叉换位装置(23)和第二拨叉换位装置(15)，在运行中由第一、第二拨叉换位装置拨动二联齿轮或三联齿轮或者多连齿轮，即可连续模拟多种齿轮故障。
2. 如权利要求l所述的多故障耦合齿轮箱模拟实验台，其特征在于，所 述的输入花键轴(21)通过第一滚动轴承(8)和第一挡油盘(20)固定在多 故障耦合齿轮箱(3)的箱体上；所述的输出花键轴(14)通过第二滚动轴承(13)和第二挡油盘(17)固定在多故障耦合齿轮箱(3)的箱体上；过渡轴 (12)通过第三滚动轴承(11)和第三挡油盘(19)固定在多故障耦合齿轮 箱(3)的箱体上。
专利摘要本实用新型公开了一种旋转机械振动监测与诊断领域的多故障耦合齿轮箱模拟实验台，能够全面地、客观地、方便地模拟齿轮设备的若干典型故障，如偏心、点蚀、剥落、齿面均匀磨损、齿根疲劳裂纹和断齿等；通过拨叉换位机构拨动齿轮的组合排列结果，还可以在运行中连续地观察两对齿轮的耦合故障信号以及齿轮从正常到发生故障的信号变化过程。此外，通过在轴承上设置故障，还可以模拟轴承故障以及齿轮-轴承耦合故障。大大方便了科研人员进行故障诊断方法的研究验证过程，缩短了理论运用到实践的时间，也节省了科研人员花费用于布置实验的时间和精力。此外，该多故障耦合齿轮箱模拟实验台还可运用于教学实践中，提高学习认知水平。
文档编号G01M13/02GK201199195SQ200820028418
公开日2009年2月25日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者吴芳基, 屈梁生, 沈玉娣 申请人:西安交通大学