机械封闭齿轮试验机及其转矩加载装置的制作方法

本实用新型涉及机械封闭齿轮试验机及其转矩加载装置。

背景技术：

齿轮用来传递两轴间的动力，几乎在各种机械装备上都有应用，是机械传动的基础部件。齿轮及齿轮箱为保证使用寿命和工作的可靠性，在装机前要在齿轮试验机上进行疲劳寿命试验用以检验其承载能力。传动功率通过机械方式回收并循环使用的齿轮疲劳试验机称为机械封闭齿轮试验机。这种试验机由试验齿轮箱、陪试齿轮箱、电动机、转矩转速传感器、转矩加载装置、若干个联轴器以及控制系统组成，机械封闭齿轮试验机的电动机提供的功率只需要补充试验机封闭系统中由于齿轮摩擦、润滑油的搅动，轴承摩擦和联轴器风阻损耗等导致的功率损失，消耗的功率只是试验齿轮功率的10~15%，具有节能环保的优势，广泛用来进行齿轮的疲劳寿命试验。

机械封闭齿轮试验机需要设置转矩加载装置对试验齿轮施加转矩，转矩加载装置包括机械加载装置和液压加载装置。机械加载装置如申请公布号为cn105784355a、申请号为201610256261.9的发明专利（一种机械式变速器试验台及其试验方法）中公开的加载器，由平面轴承、滑动轴承、固定楔块、活动楔块、推力杆、油缸以及右连接齿轮箱中的螺旋花键轴和加载齿轮组成。该加载器通过固定油缸推动活动楔块相对于固定楔块转动，将轴向位移施加给平面轴承推动加载齿轮相对于螺旋花键轴转动，从而实现对齿轮加载转矩。上述实用新型专利申请中公开的加载器由于活动楔块通过平面轴承将推力施加给加载齿轮，因此不适应于高速齿轮试验机，且平面轴承易于损坏，可靠性较差。

液压加载装置如授权公告号为cn205374023u的中国专利公开的机械封闭试验台的液压加载器，包括定子缸体和转子轴，定子缸体上设有定子叶片，转子轴上设有转子叶片。转子轴上设有油道，转子轴通过固定不动的配油阀总成供油，依靠转子叶片两侧的液压差实现转矩加载。再如授权公告号为cn2116207u的中国专利公开的叶片式液压加载器，也采用类似结构，依靠配压阀（相当于上述配油阀总成）配液、通过叶片实现加载。但是，上述液压加载装置采用叶片形式对叶片加工精度、装配精度和液压系统均有较高要求，也存在可靠性较差的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置，改善现有的转矩加载装置可靠性较差的问题；本实用新型的另一个目的是提供一种机械封闭齿轮试验机，改善现有的机械封闭齿轮试验机由于转矩加载装置的可靠性较差而导致影响检测效率的问题。

本实用新型中机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置采用的技术方案如下。

机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置，包括第一转轴、第二转轴和设置在第一转轴和第二转轴之间的加载机构；

第一转轴和第二转轴同轴布置，两者分别转动装配在相应的转轴支座上；第一转轴和第二转轴的其中一个沿轴向活动设置在相应的转轴支座上；

第一转轴上同轴套设有空心轴套，空心轴套通过轴承转动装配在第一转轴上并沿轴向定位在第一转轴上；第二转轴上于靠近第一转轴的一端固定设有筒状连接套，筒状连接套与第二转轴同轴布置；

加载机构，包括活塞组件和转动加载组件，其中：

活塞组件，包括活塞和活塞缸；活塞与第一转轴和第二转轴同轴布置，活塞固定设置在第一转轴所对应的空心轴套上；活塞缸固定设置在第二转轴所对应的筒状连接套上，内部具有环形的活塞腔，中心设有沿活塞缸轴向延伸的中心孔，通过中心孔同轴套设在空心轴套外并与空心轴套的外周面滑动密封配合；

活塞缸的缸体内部设有供油通道，活塞缸的缸体上转动装配有配油阀总成，配油阀总成用于固定设置到机械封闭齿轮试验机上，使用时通过供油通道向活塞腔的对应侧油室供油以驱动活塞相对于活塞缸运动；

转动加载组件，包括第一加载件和第二加载件，第一加载件固定在第一转轴上，第二加载件固定在第二转轴上的筒状连接套上，第一加载件伸入筒状连接套内；第一加载件和第二加载件的其中一个上设有螺旋槽，另一个上设有与螺旋槽适配的适配齿。

该技术方案的有益效果：本实用新型采用上述技术方案，活塞组件中的活塞和活塞缸能够通过配油阀总成和供油通道使第一转轴和第二转轴产生轴向相对运动，进而通过转动加载组件的螺旋槽与适配齿的作用将活塞组件的轴向作用力转化为第一转轴与第二转轴之间的相对转动，达到施加转矩的目的，采用的活塞缸结构简单，第一、第二转轴恒转矩转动时也不需要设置现有技术中需要一直转动的平面轴承，加载过程中，空心轴套能够相对于第一转轴转动，也能够较好地防止活塞相对于活塞缸转动而影响活塞与活塞缸之间的密封，与现有技术相比可靠性更好，能够适应于更高转速的试验。

作为一种优选的技术方案，所述第一加载件为斜齿外齿轮，斜齿外齿轮上的齿槽构成所述螺旋槽；

所述第二加载件为斜齿内齿轮，斜齿内齿轮上的轮齿构成所述适配齿。

采用上述方案结构简单，加工制造成熟，便于实现，成本低。

作为一种优选的技术方案，第一转轴上于空心轴套的两端分别设有角接触轴承，第一加载件沿轴向通过螺母压在靠近第二转轴一侧的角接触轴承上，并且第一加载件通过键与第一转轴连接。

采用上述方案能够节约零部件数量，结构更简洁，成本低，便于拆装。

作为一种优选的技术方案，所述活塞腔内设有止转销，所述止转销沿活塞缸轴向延伸；活塞上设有与止转销适配的销孔，活塞通过销孔导向装配在止转销上。

采用上述方案能够完全杜绝活塞与活塞缸之间出现相对转动，更好地保证可靠性，并且结构简单，便于加工。

作为一种优选的技术方案，所述第一转轴上设有供第二转轴转动装配并可沿轴向活动的回转支撑结构。

采用上述方案能够改善第一转轴和转动加载组件的受力，提高第一转轴的支撑刚度，更好地保证稳定性。

作为一种优选的技术方案，所述第一转轴通过滑动轴承转动装配在第二转轴上以实现沿轴向活动。

采用滑动轴承结构简单，便于实现。

本实用新型中机械封闭齿轮试验机采用的技术方案如下。

机械封闭齿轮试验机，包括试验台底座，试验台底座上装配有电动机、陪试齿轮箱、主试验箱、副试验齿轮箱和转矩加载装置；转矩加载装置，包括第一转轴、第二转轴和设置在第一转轴和第二转轴之间的加载机构；

第一转轴和第二转轴同轴布置，两者分别转动装配在相应的转轴支座上；第一转轴和第二转轴的其中一个沿轴向活动设置在相应的转轴支座上；

第一转轴上同轴套设有空心轴套，空心轴套通过轴承转动装配在第一转轴上并沿轴向定位在第一转轴上；第二转轴上于靠近第一转轴的一端固定设有筒状连接套，筒状连接套与第二转轴同轴布置；

加载机构，包括活塞组件和转动加载组件，其中：

活塞组件，包括活塞和活塞缸；活塞与第一转轴和第二转轴同轴布置，活塞固定设置在第一转轴所对应的空心轴套上；活塞缸固定设置在第二转轴所对应的筒状连接套上，内部具有环形的活塞腔，中心设有沿活塞缸轴向延伸的中心孔，通过中心孔同轴套设在空心轴套外并与空心轴套的外周面滑动密封配合；

活塞缸的缸体内部设有供油通道，活塞缸的缸体上转动装配有配油阀总成，配油阀总成用于固定设置到机械封闭齿轮试验机上，使用时通过供油通道向活塞腔的对应侧油室供油以驱动活塞相对于活塞缸运动；

转动加载组件，包括第一加载件和第二加载件，第一加载件固定在第一转轴上，第二加载件固定在第二转轴上的筒状连接套上，第一加载件伸入筒状连接套内；第一加载件和第二加载件的其中一个上设有螺旋槽，另一个上设有与螺旋槽适配的适配齿。

该技术方案的有益效果：本实用新型采用上述技术方案，活塞组件中的活塞和活塞缸能够通过配油阀总成和供油通道朝向相应方向运动，进而通过转动加载组件的螺旋槽与适配齿的作用将活塞组件的轴向作用力转化为第一转轴与第二转轴之间的相对转动，达到转矩加载的目的，采用活塞缸结构简单，第一、二转轴转动时也不需要平面轴承一直转动，加载过程中，空心轴套能够相对于第一转轴转动，也能够较好地防止活塞相对于活塞缸转动而影响活塞与活塞缸之间的密封，与现有技术相比可靠性更好，能够改善现有的机械封闭齿轮试验机由于加载装置的可靠性较差而导致影响检测效率的问题。

作为一种优选的技术方案，所述第一加载件为斜齿外齿轮，斜齿外齿轮上的齿槽构成所述螺旋槽；

所述第二加载件为斜齿内齿轮，斜齿内齿轮上的轮齿构成所述适配齿。

采用上述方案结构简单，加工制造成熟，便于实现，成本低。

作为一种优选的技术方案，第一转轴上于空心轴套的两端分别设有角接触轴承，第一加载件沿轴向通过螺母压在靠近第二转轴一侧的角接触轴承上，并且第一加载件通过键与第一转轴连接。

采用上述方案能够节约零部件数量，结构更简洁，成本低，便于拆装。

作为一种优选的技术方案，所述活塞腔内设有止转销，所述止转销沿活塞缸轴向延伸；活塞上设有与止转销适配的销孔，活塞通过销孔导向装配在止转销上。

采用上述方案能够完全杜绝活塞与活塞缸之间出现相对转动，更好地保证可靠性，并且结构简单，便于加工。

作为一种优选的技术方案，所述第一转轴上设有供第二转轴转动装配并可沿轴向活动的回转支撑结构。

采用上述方案能够改善第一转轴和转动加载组件的受力，提高第一转轴的支撑刚度，更好地保证稳定性。

作为一种优选的技术方案，所述第一转轴通过滑动轴承转动装配在第二转轴上以实现沿轴向活动。

采用滑动轴承结构简单，便于实现。

附图说明

图1是本实用新型中机械封闭齿轮试验机的结构示意图；

图2是图1中转矩加载装置的结构示意图；

图3是本实用新型中机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置的液压油路图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：1试验台底座，2电动机，3陪试齿轮箱，4传动轴，5转矩转速传感器，6主试验箱，7副试验齿轮箱，8转矩加载装置；

10第一轴系，11第一转轴，12第一转轴支座，13第一联轴器，14空心轴套，15向心推力轴承，16轴承端盖，17斜齿外齿轮，18齿轮锁紧螺母，19活塞；

20第二轴系，21第二转轴，22第二转轴支座，23第二联轴器，24筒状连接套，25活塞缸，251左侧油室，252右侧油室，26配油阀总成，27泄漏油回油室，28连接凸缘，29定位套，210斜齿内齿轮，211环板，212止转销，213供油通道，216滑动轴承；

30液压泵，31溢流阀，32电磁换向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中机械封闭齿轮试验机的一个实施例如图1所示，包括试验台底座1、电动机2、联轴器、陪试齿轮箱3、传动轴4、转矩转速传感器5、主试验箱6、副试验齿轮箱7、转矩加载装置8等部件。机械封闭齿轮试验机的电动机2提供的功率只是试验齿轮功率的10~15%，补充试验机封闭系统中由于齿轮摩擦、润滑油的搅动，轴承摩擦和联轴器风阻损耗的功率。上述各部件间的连接可以采用本领域的现有连接方式，此处不再具体说明。

转矩加载装置8包括第一轴系10、第二轴系20。

如图2所示，第一轴系10包括第一转轴11、第一转轴支座12和第一联轴器13。以第一转轴11位于第二转轴21的左侧作为方向基准，第一转轴11左端设有外花键，与第一联轴器13的内花键形成滑动连接，第一联轴器通过一对滚动轴承转动装配到第一转轴支座12上，第一转轴11能够通过花键结构与第一联轴器13传递转矩并能够相对于第一转轴支座12沿轴向活动。

第一转轴11上套设有空心轴套14，第一转轴11上于空心轴套14的两端分别设有向心推力轴承15，使得空心轴套14转动装配在第一转轴11上。向心推力轴承15处设有轴肩，对左侧的向心推力轴承15进行限位；为了对向心推力轴承15进行防护，轴肩处设有轴承端盖16和防尘圈；第一转轴11的右端端部设有螺纹段，斜齿外齿轮17沿轴向活动套设在第一转轴11上并通过装配在螺纹段上的齿轮锁紧螺母18压紧在右侧的向心推力轴承15上，对右侧的向心推力轴承15进行限位，从而使空心轴套14沿轴向定位在第一转轴11上。

空心轴套14的外周面上设有活塞19，活塞19由一体固定在空心轴套14上的环形凸缘形成，活塞19与第一转轴11和第二转轴21同轴布置。当然，在其他实施例中，活塞也可以通过紧固件定位固定在空心轴套上。

第二轴系20包括第二转轴21、第二转轴支座22和第二联轴器23，还包括筒状连接套24、活塞缸25和配油阀总成26，筒状连接套24与第二转轴21同轴固定。第二转轴21通过两只角接触轴承转动装配在第二转轴支座22上并沿轴向固定，其端部与第二联轴器23连接。第二转轴21左端设有连接凸缘28，筒状连接套24右端通过螺钉固定在连接凸缘28上。筒状连接套24内设有两只定位套29，两只定位套29之间夹设有斜齿内齿轮210。斜齿内齿轮210形成第二加载件，第一转轴11上的斜齿外齿轮17形成第一加载件，两者共同构成转动加载组件。加载组件与活塞19共同形成加载机构，用于产生齿轮试验加载所需的转矩。

筒状连接套24左端通过螺钉固定有环板211，活塞缸25通过螺钉固定在环板211左端，活塞缸25由两部分拼合而成，围成环形的活塞腔，用于实现活塞19的装入。活塞缸25中心具有沿活塞腔轴向延伸的中心孔，通过中心孔同轴套设在空心轴套14的外圆上并与空心轴套14的外周面滑动密封配合。活塞19与所述活塞缸25之间设有止转结构，所述止转结构包括设置在活塞腔内的止转销212，所述止转销212沿活塞腔轴向延伸；活塞19上设有与止转销212适配的销孔，活塞19通过销孔导向装配在止转销212上。

第一转轴11的右端通过滑动轴承216转动装配在第二转轴21的左端上，能够使第一轴系与第二轴系的对中性更好，也能够使斜齿外齿轮受力状态更好，同时实现第一转轴11的轴向活动。

空心轴套14上的活塞19与筒状连接套24上的活塞缸25配合，活塞缸25的缸体内部设有供油通道213，活塞缸25的缸体上转动装配有配油阀总成26，配油阀总成26固定设置到机械封闭齿轮试验机上，使用时不转动，能够向活塞腔通过供油通道213供油以驱动活塞19相对于活塞缸25轴向运动。其中供油通道213分为进油通道和出油通道，进油通道和出油通道分别与活塞腔的右侧油室252和左侧油室251连通。配油阀总成26上设有进油口和出油口，如图中竖直箭头所标记，进油口和出油口分别与进油通道和出油通道连通。配油阀总成26还包括泄漏油回油室27，用于实现泄漏油的收集回流。配油阀总成26为现有技术中的常用部件，能够实现通过静止油管向转动部件供油，具体结构此处不再详细说明。

如图3，为本实用新型中机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置8的液压油路图，相应的液压系统包括液压泵30、溢流阀31和电磁换向阀32，电磁换向阀32用于改变活塞19的运动方向，溢流阀31用于调节油压以调节加载转矩。当然，电磁换向阀32换向后，配油阀总成26上设置的进油口将作为出油口，出油口也将作为进油口。

由液压泵30提供的液压油由溢流阀31调节压力，由电磁换向阀32控制并经配油阀总成26进入右侧油室252或左侧油室251，右侧油室252和左侧油室251的液压油形成压力差∆p。装配在活塞缸25中的活塞19在液压油压力差∆p的作用下仅产生轴向推力，推动斜齿外齿轮17的轮齿在斜齿内齿轮210的齿槽中滑动，使a轴系相对于b轴系转动，对试验齿轮施加转矩。右侧油室252和左侧油室251的形成的压力差∆p与齿轮施加转矩tp的计算式为：

tp=（∆p·s·mn·z·tanβ）/2

式中，s为油缸的截面积，mn为斜齿外齿轮17的法向模数，z为斜齿外齿轮17的齿数，β为斜齿外齿轮17的螺旋角。

在上述实施例中，第一转轴11上的斜齿外齿轮17形成第一加载件，其上的齿槽构成螺旋槽；斜齿内齿轮210形成第二加载件，斜齿内齿轮210上的轮齿构成适配齿。其他实施例中，螺旋槽和适配齿的设置位置也可以对调，即将适配齿设置在第一加载件上，将螺旋槽设置在第二加载件上。螺旋槽和适配齿还可以替换为其他形式，例如，螺旋花键的形式，或者在第一转轴11的右端设有一道或两道以上螺旋形式的滑槽作为螺旋槽，在筒状连接套24的内壁上凸设用于滑动嵌入螺旋槽内的凸钉作为适配齿，通过凸钉与螺旋槽的适配实现转矩的加载。

在上述实施例中，活塞19与所述活塞缸25之间设有止转销212作为止转结构，能够避免活塞19相对于活塞缸25转动，以免周面上的密封圈受损。在其他实施例中，活塞缸25也可以与空心轴套14之间设置止转结构，止转结构可以是键配合结构。由于向心推力轴承的转动阻力一般小于活塞19与所述活塞缸25之间的转动阻力，且活塞19与活塞缸25之间的转动量、转动速度和转动频率较小，因此也可以省略止转结构。

在上述实施例中，第一转轴11沿轴向活动设置在第一转轴支座12上。在其他实施例中，也可以将第二转轴21沿轴向活动设置在第二转轴支座22上、第一转轴11沿轴向定位在第一转轴支座12上。相应转轴与转轴支座的轴向活动配合形式还可以是其他形式，例如平键形式。

在其他实施例中，空心轴套14在第一转轴11上的轴线定位与外齿斜齿轮的轴向定位可以分开实现，各自进行定位。

在上述实施例中，活塞缸25具有两个油室，通过控制电磁换向阀32，加载油缸能够实现双向加载和卸载，满足双向加载需求。在其他实施例中，根据实验需求，也可以仅设置一个油室，仅用于单向加载。

本实用新型中机械封闭齿轮试验机的转矩加载装置的实施例即上述机械封闭齿轮试验机的各实施例中记载的转矩加载装置8，此处不再具体说明。

最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。