一种便于拆装的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置的制作方法

本发明涉及复合材料齿轮传动技术领域，具体涉及一种便于拆装的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置。

背景技术：

齿轮是传动领域的核心基础零件，由于其精度高、负荷大等优点被广泛用于车辆、船舶、航空、航天等领域。齿轮一旦失效，会引发整个传动系统的失效，大幅度降低传动系统的使用寿命和可靠性。接触疲劳失效是齿轮的主要失效形式之一，齿轮接触疲劳强度的计算需要有疲劳极限应力的数据基础。对于传统的金属齿轮来说，经过长时间的探索研究，其接触疲劳极限应力的测试方法及数据已经形成了多种国际和国家标准。而碳纤维复合材料齿轮作为一种新型齿轮，其主要的接触疲劳强度性能参数—接触疲劳极限应力尚无标准或经验可参考，需对其进行试验测试。测试碳纤维复合材料齿轮接触疲劳极限应力须进行试验齿轮的负荷运转试验，目前金属齿轮接触疲劳试验装置中齿轮与轴的连接形式多为花键或锥孔过盈配合，而现有技术中碳纤维复合材料齿轮还未能实现花键孔和高精度锥孔的制备工艺。因此需要一种适用于碳纤维复合材料齿轮的接触疲劳试验装置进行负荷运转试验，以获得其接触疲劳极限应力，为碳纤维复合材料齿轮的实际工程应用奠定数据基础。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种便于拆装的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置，能够便于碳纤维复合材料齿轮与输入轴或输出轴拆装。

本发明的技术方案为：一种便于拆装的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置，包括：试验箱、支架、输入齿轮轴系、输出齿轮轴系、观察盖板、端盖a和端盖b；输入齿轮轴系包括：输入轴和碳纤维复合材料齿轮；输出齿轮轴系包括：输出轴和碳纤维复合材料齿轮；

所述试验箱一端开口，并安装有观察盖板，另一端固定在支架上；其中，观察盖板用于实时观察试验箱内部的试验；

所述试验箱上分别开设两对同轴的通孔；所述输入轴和输出轴均为阶梯轴，分别通过两个支撑轴承支撑在试验箱对应的通孔中，使每个阶梯轴上套装的碳纤维复合材料齿轮位于试验箱中，且二者啮合；每对同轴的通孔上均安装有端盖a和端盖b，且其位于试验箱的两侧，分别用于对对应的支撑轴承的外圈轴向定位；其中，所述阶梯轴的中部外径大于两端的外径，形成两个台阶，每个阶梯轴上的两个支撑轴承的内圈分别通过台阶和挡圈轴向定位，并分别与该阶梯轴过盈配合。

优选地，所述输入齿轮轴系和输出齿轮轴系结构相同，在试验箱上的安装方向相反；

每个所述阶梯轴中部设有轴肩，轴肩上设有通孔，每个碳纤维复合材料齿轮的内孔套装在对应的阶梯轴的中部，且与对应阶梯轴间隙配合，并将碳纤维复合材料齿轮通过螺栓和螺母轴向紧固在对应阶梯轴的轴肩上。

优选地，还包括：润滑喷油嘴、进油连接口和出油连接口；所述试验箱上部侧面设置通孔，润滑喷油嘴通过通孔与进油连接口的一端连通将润滑油导入两个碳纤维复合材料齿轮的啮合处，用于润滑；其中，所述进油连接口另一端与润滑液压站连通；

所述出油连接口设置于试验箱下部的侧面，用于将试验箱中的润滑油导入到润滑液压站，再通过润滑液压站回油到进油连接口。

优选地，所述输入轴的输出端和输出轴的输入端的轴向分别安装润滑油堵，用于密封对应阶梯轴内设置的油道。

优选地，所述试验箱上安装有四个加速度传感器，其分别位于试验箱对应支撑轴承位置处，用于实时监测试验装置的振动状态。

优选地，所述试验箱包括：上箱体和下箱体；所述上箱体两端开口，下箱体一端开口，上箱体的一端开口和下箱体的开口端对接并固定为所述试验箱。

优选地，所述观察盖板的材料采用透明有机玻璃。

有益效果：

1、本发明的接触疲劳试验装置中碳纤维复合材料齿轮与输入轴和输出轴的连接方式能够适应碳纤维复合材料齿轮的结构形式，同时，输入齿轮轴系和输出齿轮轴系的具体设计便于碳纤维复合材料齿轮的拆装，通过端盖a和端盖b对同轴的两个支撑轴承的外圈轴向定位，通过挡圈和对应阶梯轴上的台阶对同轴的两个支撑轴承的内圈轴向定位，从而有利于稳定开展碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验的同时提高接触疲劳试验装置的寿命。

2、本发明中输入齿轮轴系和输出齿轮轴系对应金属轴(阶梯轴)的具体设置，一方面，有利于与对应的碳纤维复合材料齿轮稳定连接和快速拆卸，另一方面，有利于输入齿轮轴系和输出齿轮轴系与试验箱的稳定连接。

3、本发明中具体设置的润滑喷油嘴和阶梯轴内部油道，能够对碳纤维复合材料齿轮和支撑轴承有效的润滑，同时，减少外置油管进行润滑可能导致的漏油风险。

4、本发明的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置自带加速度传感器，能够实时监测试验装置的振动状态，有利于消除非齿轮接触疲劳失效试验点，使碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验数据更加准确。

附图说明

图1为本发明的接触疲劳试验装置的结构示意图。

图2为本发明的接触疲劳试验装置中输入齿轮轴系的剖视图。

图3为本发明的接触疲劳试验装置中输出齿轮轴系的剖视图。

图4为本发明的接触疲劳试验装置中碳纤维复合材料齿轮润滑示意图。

图5为本发明的接触疲劳试验装置输入端轴承润滑示意图。

图6为本发明的接触疲劳试验装置输出端轴承润滑示意图。

图7为本发明中端盖a的局部放大图。

其中，1-上箱体，2-下箱体，3-支架，4-输入齿轮轴系，5-输出齿轮轴系，6-观察盖板，7-润滑喷油嘴，8-法兰盘，9-进油连接口，10-出油连接口，11-加速度传感器，12-端盖a，13-端盖b，14-输入轴，15-碳纤维复合材料齿轮，16-支撑轴承，17-螺钉，18-螺母，19-润滑油堵，20-挡圈，21-输出轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种便于拆装的碳纤维复合材料齿轮接触疲劳试验装置，能够对碳纤维复合材料齿轮进行接触疲劳试验的同时，便于碳纤维复合材料齿轮与齿轮轴系拆装。

如图1、图2和图3所示，该接触疲劳试验装置包括：上箱体1、下箱体2、支架3、输入齿轮轴系4、输出齿轮轴系5、观察盖板6、润滑喷油嘴7、法兰盘8、进油连接口9、出油连接口10、端盖a12和端盖b13；输入齿轮轴系4包括：输入轴14、碳纤维复合材料齿轮15、支撑轴承16、螺栓17、螺母18、润滑油堵19和挡圈20；输出齿轮轴系5包括：输出轴21、碳纤维复合材料齿轮15、支撑轴承16、螺栓17、螺母18、润滑油堵19和挡圈20；

该接触疲劳试验装置的连接关系为：上箱体1两端开口，下箱体2一端开口，上箱体1的一端开口和下箱体2的开口端对接并通过螺栓和螺母固定为试验箱；下箱体2的下端(开口端的相对端)通过螺栓和螺母固定安装在支架3上；观察盖板6通过螺钉固定在上箱体1的另一端开口上，其材料采用透明有机玻璃，用于实时观察试验箱内部的试验(输入轴14和输出轴21均为金属轴，所能观察的试验包括：碳纤维复合材料齿轮15与支撑轴承16的润滑状态以及碳纤维复合材料齿轮15的啮合状态等)；

试验箱的两个相对的侧壁上开设两对同轴的通孔(两对通孔轴线相互平行且均位于上箱体1和下箱体2的对接处，即每个通孔分别一半位于上箱体1上，另一半位于下箱体2上)，输入齿轮轴系4和输出齿轮轴系5分别通过两个支撑轴承16(本实施例采用nj型圆柱型滚子轴承)支撑在对应的通孔中；每个金属轴上套装一个碳纤维复合材料齿轮15，两个碳纤维复合材料齿轮15均位于试验箱中，且二者啮合；每对同轴的通孔上均安装有端盖a12和端盖b13，同轴的端盖a12和端盖b13位于试验箱的两侧，分别用于对其对应的支撑轴承16的外圈轴向限位；输入轴14的一端和输出轴21的一端分别设置有法兰盘8，用于与外围结构连接，其中，两个法兰盘8位于试验箱的两侧，分别对应该接触疲劳试验装置的输入端和输出端；

试验箱上部侧面设置通孔，润滑喷油嘴7通过通孔与进油连接口9的一端连通，将润滑油导入两个碳纤维复合材料齿轮15的啮合处；润滑油通过进油连接口9、试验箱内部设置的油道(即连接润滑喷油嘴7和进油连接口9的通孔)和输入输出轴内部设置的油道，以压力飞溅润滑的形式，为支撑轴承16输送润滑油；其中，进油连接口9的另一端与润滑液压站(包含散热系统)连通；

出油连接口10设置于下箱体2的侧面(靠近其底部)，用于将试验箱中的润滑油导入到散热系统，再通过散热系统回油到进油连接口9；

进一步地，输入齿轮轴系4和输出齿轮轴系5结构相同(即输入轴14和输出轴21的结构相同)，在试验箱上的安装方向相反；

以输入齿轮轴系4为例，输入轴14为阶梯轴，其中部外径大于两端的外径(形成两个台阶)，且两端的外径相同，中部设有轴肩，轴肩上设有通孔(孔轴向与输入轴14的轴向平行)，碳纤维复合材料齿轮15的内孔套装在输入轴14的中部，二者之间h/h间隙配合(碳纤维复合材料齿轮15的内孔孔径大于支撑轴承16的内圈最大外径)，便于拆装；螺钉17穿过碳纤维复合材料齿轮15和轴肩后通过螺母18紧固，将碳纤维复合材料齿轮15轴向固定于输入轴14上，达到能够传递扭矩的目的；

两个支撑轴承16分别抵触安装在该金属轴的两个台阶处，并分别与该金属轴过盈配合，两个支撑轴承16与台阶相抵一端的相对端均通过挡圈20定位；

进一步地，所述试验箱上安装有四个加速度传感器11，其分别靠近四个支撑轴承位置处，试验时能够实时监测试验装置的振动状态，从而有利于监测并消除非齿轮接触疲劳失效试验点，使齿轮接触疲劳试验数据更加准确；

进一步地，输入轴14输出端的轴向安装润滑油堵19，用于密封轴内设置的油道。

该接触疲劳试验装置的拆装及润滑原理为：

输入齿轮轴系4和输出齿轮轴系5的结构和原理相似，以输入齿轮轴系4为例，碳纤维复合材料齿轮15的接触疲劳试验装置的齿轮拆装方法如下：

(1)输入齿轮轴系4的装配

首先，将碳纤维复合材料齿轮15套装在输入轴14的中部并抵触在轴肩上(一般从输入轴14的输出端套装)，其中，碳纤维复合材料齿轮15的内孔与输入轴14为h/h间隙配合，很容易装配到位；然后，用螺钉17和螺母18将碳纤维复合材料齿轮15与输入轴14轴向紧固，达到能够传递扭矩的目的；之后，在输入轴14两端的台阶处将支撑轴承16装配到位，并用挡圈20定位，其中，支撑轴承16与输入轴14过盈配合，采用热压方法进行装配；最后，将润滑油堵19装配到位(从输入轴14的输出端装配到输入轴14中)，用于密封润滑油道；

(2)输入齿轮轴系4的拆卸

试验后需要将碳纤维复合材料齿轮15拆卸进行相关检测，首先，将输入轴14输出端的支撑轴承16的外圈和滚子拆下(因为支撑轴承16为nj型圆柱型滚子轴承，内外圈可分离，且内圈外径小于碳纤维复合材料齿轮15的内孔孔径，故可以只拆下其外圈和滚子)；然后，将碳纤维复合材料齿轮15与输入轴14之间用于紧固的螺钉17和螺母18拆下；最后，将碳纤维复合材料齿轮15从输入轴14的输出端拆下，因为碳纤维复合材料齿轮15内孔孔径大于支撑轴承16内圈的最大外径，故碳纤维复合材料齿轮15能够在不拆下支撑轴承16内圈的情况下直接拆卸，减少了频繁拆装与输入轴14过盈配合的支撑轴承16内圈的复杂性；

(3)输入齿轮轴系4的润滑

如图4所示，碳纤维复合材料齿轮15的润滑路径如下：润滑油从进油连接口9对应的进油口进入，通过润滑喷油嘴7喷射到输入齿轮轴系4和输出齿轮轴系5中的碳纤维复合材料齿轮15上，从而达到润滑两个碳纤维复合材料齿轮15的目的；

如图5、图6和图7所示，该接触疲劳试验装置输入端的支撑轴承16的润滑路径如下：润滑油从进油连接口9对应的进油口进入，通过试验箱箱体内部油道进入输入端的端盖a12或端盖b13中设置的集油槽内，通过向输入轴14倾斜的喷油油道将润滑油喷射到输入端运转的支撑轴承16上，达到润滑的目的；

该接触疲劳试验装置输出端的支撑轴承16的润滑路径如下：润滑油从进油连接口9对应的进油口进入，通过试验箱箱体内部油道进入输入端的端盖a12或端盖b13中设置的集油槽内，通过向输入轴14倾斜的喷油油道，使润滑油在输入端的支撑轴承16与端盖a12或端盖b13形成的空腔内聚集，通过输入轴14内部油道将润滑油喷射到输出端的支撑轴承16上，达到润滑的目的。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。