用于联轴节和齿轮箱性能试验的装置及方法与流程

1.本发明涉及一种用于联轴节和齿轮箱性能试验的装置及方法，属于齿轮箱检测技术领域。


背景技术：

2.在轨道交通中，联轴节是齿轮箱的重要传动连接部件，为了确保齿轮箱及联轴节在投入使用时安全可靠，需对齿轮箱的各项指标及联轴节进行试验验证，在试验过程中又需对齿轮箱进行加载。
3.然而目前的现有技术中，大多是齿轮箱与联轴节单独进行试验，如中国专利(cn108627323a)公开了一种鼓形齿联轴节动态偏摆装置，通过对液压缸动作进行有序控制，实现鼓形齿联轴节动态偏摆的工作状态的模拟。中国专利(cn209841382u)一种联轴器试验装置及联轴器试验系统，公开了一种能够对大变位运行环境下的联轴器进行试验的系统。然而上述两种联轴节试验系统均存在占用资源大、占用空间大的缺点。同时，传统的齿轮箱加载试验一般由电机作为驱动设备，配合液压或电控的加载设备，通过调节负载的加载力矩来控制实验力矩，但是齿轮箱在实际运行过程中，会承受来自车厢的载荷，在恶劣工况下，还会承受来自车厢、导向轮等施加的不同方向的载荷。因此传统的齿轮箱加载试验较难模拟车辆在运行中施加给齿轮箱多方向载荷的实际工况，且现有技术的齿轮箱试验平台难以同时实现联轴节的试验验证。将二者需单独进行试验，不仅无法充分模拟轨道交通齿轮箱与联轴节的实际工况，还会增加成本耗费资源。


技术实现要素：

4.本发明是提供一种用于联轴节和齿轮箱性能试验装置，为解决现有技术中只可单独试验齿轮箱或联轴节的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于联轴节和齿轮箱性能试验装置，包括安装在底板上的齿轮箱支撑装置和连接装置，陪试齿轮箱的转轴与主试齿轮箱转轴连接在所述齿轮箱支撑装置上，所述连接装置用于陪试齿轮箱和主试齿轮箱之间的传动连接，所述齿轮箱支撑装置包括陪试箱支撑部套和主试箱支撑部套，所述陪试箱支撑部套与主试箱支撑部套两者具有高度差；所述陪试箱支撑部套上设置有变位结构；所述垂向力装置活动连接在主试箱支撑部套上；所述横向力装置、纵向力装置均与主试齿轮箱活动连接；主试齿轮箱依次与所述主试箱支撑部套、联轴节连接后与驱动装置连接；陪试齿轮箱依次与所述陪试箱支撑部套、联轴节连接后，与驱动装置连接；所述横向力装置、陪试齿轮箱和主试齿轮箱位于同一轴线上；所述纵向力装置、联轴节与所述轴线呈90
°
设置。
6.优选地，所述陪试箱支撑部套包括上轴承座和下轴承座，所述上轴承座和下轴承座可拆卸连接；所述下轴承座设置有底座，所述底座上设置有变位结构，所述变位结构包括变位定位孔a、变位定位孔b和变位槽。通过变位槽与变位定位孔的配合，可同时满足联轴节性能、齿轮箱性能验证需求。
7.优选地，所述齿轮箱支撑装置还包括陪试箱支撑杆、陪试箱支撑销、主试箱支撑杆和主试箱支撑销；所述陪试箱支撑销与陪试齿轮箱活动连接，所述陪试箱支撑杆卡接在陪试箱支撑销上；所述主试箱支撑销与主试齿轮箱活动连接，所述主试箱支撑杆卡接在主试箱支撑销上；所述陪试箱支撑杆和主试箱支撑杆均固定在底板上。
8.优选地，所述陪试箱支撑销和主试箱支撑销上均设置有限位部和锁紧部；所述限位部用于限制陪试箱支撑杆或主试箱支撑杆与对应齿轮箱的安装距离；所述锁紧部用于锁紧陪试箱支撑销与陪试箱支撑杆或主试箱支撑销与主试箱支撑杆，可防止检测齿轮箱振动时陪试齿轮箱产生的微小振动影响检测结果。
9.优选地，所述横向力装置包括横向力支撑板、拉力传感器、横向力拉杆和横向施力杆；所述横向力支撑板与主试箱支撑销活动连接；所述拉力传感器位于横向力支撑板与横向力拉杆之间，所述横向施力杆贯穿横向力拉杆后与拉力传感器活动连接，所述横向施力杆与横向力拉杆螺纹连接。
10.优选地，所述垂向力装置包括垂向施力杆、称重传感器、垂向力压板和垂向压力支撑板，所述垂向压力支撑板底部与主试齿轮箱连接；所述称重传感器位于垂向力压板与垂向压力支撑板之间；所述垂向施力杆贯穿垂向力压板后与主试箱支撑部套螺纹连接，所述垂向力压板与垂向施力杆活动连接。
11.优选地，所述垂向压力支撑板的顶部设置有凹面，下方设置有斜平面，所述斜平面两侧分别设置有v型面；所述凹面的形状与称重传感器的底部形状和尺寸匹配；所述v型面和斜平面用于垂向压力支撑板与主试齿轮箱连接。凹面用于防止称重传感器滑动；v型面和斜平面便于与齿轮箱连接。
12.优选地，所述垂向力压板的两端均设置有垂向施力杆。通过单一调节两个垂向施力杆，实现两个垂向施力杆相同或不同的拧紧度，即可实现均载或偏载，以满足不同的载荷分布需求，更接近实际运行工况。
13.优选地，所述纵向力装置包括纵向力支撑板、纵向力拉杆、纵向施力杆，以及连接在纵向力支撑板与纵向施力杆之间的拉力传感器；纵向力支撑板一端与主试齿轮箱固定连接，另一端与拉力传感器固定连接；纵向施力杆贯穿纵向力拉杆后与拉力传感器活动连接，所述纵向施力杆与纵向力拉杆螺纹连接。
14.本发明提供一种联轴节和齿轮箱综合性能试验装置，同时满足联轴节性能、齿轮箱性能验证需求；节约成本，节省资源，更好的验证了齿轮箱及联轴节的可靠性。
15.传统齿轮箱加载试验是通过电机对齿轮箱施加的扭矩来验证的；而本发明所提供的调节负载装置与电机无关联，而是增加模拟车体施加给齿轮箱与联轴节的载荷及车辆运行过程中齿轮箱受到的牵引力、横向力以及重力来实现。因此本发明的齿轮箱与联轴节的运行工况更接近实际运行工况，不仅模拟了齿轮箱自身扭矩带来的影响，更模拟了车辆运行过程中车体对齿轮箱施加的力的影响，包括车体施加的重力，车辆转向时的横向力，车辆启动的牵引力。
附图说明
16.图1为本发明提供的一种用于联轴节和齿轮箱性能试验装置的结构示意图；
17.图2为本发明中陪试箱支撑部套的结构示意图；
18.图3为本发明中下轴承座的轴测视图；
19.图4为本发明中端盖的结构示意图；
20.图5为本发明中陪试箱支撑部套的剖视图；
21.图6为本发明中陪试箱支撑杆的结构示意图；
22.图7为本发明中陪试箱支撑销的结构示意图；
23.图8为本发明中垂向力装置、横向力装置和纵向力装置的结构示意图；
24.图9为本发明中垂向压力支撑板的结构示意图；
25.图10为本发明中变位结构的原理示意图。
26.其中：1-陪试箱支撑杆，101-下夹紧面，102-上夹紧面，103-锁紧螺孔，2-锁紧螺栓，3-陪试箱支撑销，301-上支撑面a，302-下支撑面a，304-上支撑面b，305-下支撑面b，303-限位环带，306-右限位面，307-左限位面，4-陪试齿轮箱，5-陪试箱支撑部套，501-上轴承座，502-端盖安装孔，503-下轴承座，5031-本体，5032-底座，5033-吊装孔，5034-筋板，504-滚动轴承，505-端盖，5051-凸缘，5052-密封填料槽，506-定位销，507-变位定位孔a，508-变位定位孔b，509-变位槽，510-密封填料，6-输入法兰，7-垂向施力杆，8-称重传感器，9-垂向力压板，10-垂向压力支撑板，1001-凹面，1002-v型面，1003-斜平面，11-主试箱支撑部套，12-主试齿轮箱，13-横向力支撑板，14-横向力连接螺钉，15-拉力传感器，16-横向力拉杆，17-横向施力杆，18-支撑方箱，19-横向力拉杆用紧固螺栓，20-主试箱支撑杆，21-纵向力支撑板，22-纵向力连接螺钉，23-纵向力拉杆，24-纵向施力杆，25-压板，26-压板用紧固螺栓，27-底板，28-第一电机，29-轴承套，30-万向轴，31-主试箱支撑销，32-第二电机，33-工字法兰，34-内齿套，35-鼓形齿套，36-扭矩传感器。
具体实施方式
27.为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
28.本发明适用于轨道交通中联轴节和齿轮箱的检测，具体涉及一种用于联轴节和齿轮箱性能试验装置，如图1所示，包括安装在底板27上的齿轮箱支撑装置、连接装置、垂向力装置、横向力装置和纵向力装置；所述齿轮箱支撑装置包括陪试箱支撑部套5和主试箱支撑部套11，所述陪试箱支撑部套5与主试箱支撑部套11具有高度差。所述陪试箱支撑部套5上设置有变位结构。陪试箱支撑部套5与主试箱支撑部套11具有高度差，从而可根据需要形成陪试齿轮箱4与主试齿轮箱12之间的大倾角连接。所述陪试箱支撑部套5和主试箱支撑部套11上均设置有轴承座；所述陪试箱支撑部套5与陪试齿轮箱4的转轴转动连接；所述主试箱支撑部套11与主试齿轮箱12的转轴转动连接；所述连接装置包括输入法兰6、轴承套29和万向轴30。所述输入法兰6用于陪试齿轮箱4和主试齿轮箱12之间的连接；所述轴承套29和万向轴30用于陪试齿轮箱4和主试齿轮箱12与对应电机的连接；所述鼓形齿套35与电机之间还设置有扭矩传感器36。
29.所述垂向力装置活动连接在主试箱支撑部套11上；所述横向力装置与主试齿轮箱12通过横向力连接螺钉14活动连接；所述纵向力装置与主试齿轮箱12通过纵向力连接螺钉22活动连接。所述横向力装置、陪试齿轮箱4、输入法兰6和主试齿轮箱12位于同一轴线上；所述纵向力装置、变位装置与所述轴线呈90
°
设置，可更好的模拟车辆牵引力的实际情况。
所述第一电机28与第二电机32分别位于所述轴线的两侧。将第一电机28与第二电机32分别布置在陪试齿轮箱4和主试齿轮箱12的两侧，可有效缩短中间连接部件的长度，从而降低功率损失，提高齿轮箱效率项目评定的准确性。
30.所述主试齿轮箱12依次与主试箱支撑部套11、工字法兰33、内齿套34、鼓形齿套35、扭矩传感器36、轴承套29、万向轴30连接后与第一电机28的输出轴连接；所述陪试齿轮箱4依次与陪试箱支撑部套5、工字法兰33、内齿套34、鼓形齿套35、扭矩传感器36、轴承套29连接后与第二电机32的输出轴连接；所述第一电机28与第二电机32不在陪试齿轮箱4或主试齿轮箱12的同一侧。所述陪试齿轮箱4与主试齿轮箱12均通过工字法兰33与其对应的内齿套34传动连接；所述内齿套34与鼓形齿套35通过鼓形齿传动连接；鼓形齿套35上设置扭矩传感器36；所述内齿套34和鼓形齿套35对称布置。陪试齿轮箱4或主试齿轮箱12的内齿套34和鼓形齿套35各设置两个，其中一个内齿套34和一个鼓形齿套35形成一对，两对内齿套34和鼓形齿套35相对于扭矩传感器36对称。
31.所述垂向力装置用于模拟车厢对齿轮箱施加的垂向力；所述横向力装置用于模拟导向轮对齿轮箱施加的横向力；所述纵向力装置用于模拟车厢对齿轮箱施加的纵向力；变位装置用于联轴节变位调节。
32.在本发明的部分实施例中，所述陪试箱支撑部套5设置有两个，陪试齿轮箱4安装在两个所述陪试箱支撑部套5之间。所述主试箱支撑部套11设置有两个，主试齿轮箱12安装在两个所述主试箱支撑部套11之间。陪试齿轮箱4通过输入法兰6实现与主试齿轮箱12传动连接；陪试齿轮箱4与主试齿轮箱12之间通过陪试箱支撑部套5和主试箱支撑部套11实现大倾角连接。
33.所述陪试齿轮箱4远离输入法兰6的一端与陪试箱支撑销3活动连接；所述主试齿轮箱12远离输入法兰6的一端与主试箱支撑销31活动连接；所述陪试箱支撑销3的两端均设置有陪试箱支撑杆1，所述陪试箱支撑杆1与陪试箱支撑销3卡接；所述主试箱支撑销31的两端均设置有主试箱支撑杆20，所述主试箱支撑杆20与主试箱支撑销31卡接；所述陪试箱支撑杆1与陪试箱支撑部套5用于将陪试齿轮箱4固定在底板27上；所述主试箱支撑杆20与主试箱支撑部套11用于将主试齿轮箱12固定在底板27上。
34.所述陪试箱支撑部套5和主试箱支撑部套11上均设置有轴承座。不与轴承套29连接的陪试箱支撑部套5和主试箱支撑部套11均通过对应的压板25以及压板用紧固螺栓26与陪试齿轮箱4和主试齿轮箱12连接。
35.如图2至图5所示，所述陪试箱支撑部套5包括上轴承座501和下轴承座503，所述上轴承座501和下轴承座503螺栓连接；所述上轴承座501和下轴承座503上均设置有转轴安装部，所述转轴安装部内设置有滚动轴承504，所述转轴安装部与陪试齿轮箱4的转轴匹配。所述上轴承座501和下轴承座503上均设置有端盖安装孔502，所述端盖安装孔502为螺纹孔，其设置位置与端盖505对应。所述上轴承座501和下轴承座503均设置有支耳，所述支耳上设置有用于两者安装连接的螺纹孔以及定位孔，所述定位孔与定位销506匹配，确保安装可靠无错位。通过螺栓紧固，使上轴承座501支耳的下端面与下轴承座503支耳上端面紧密贴合。
36.如图3至图5所示，所述下轴承座503包括本体5031和底座5032，所述底座5032与底板27连接。所述本体5031上设置有吊装孔5033和筋板5034，所述吊装孔5033和筋板5034对称设置。吊装孔5033便于陪试箱支撑部套5的起吊安装。所述筋板5034与本体5031的夹角为
90
°
。
37.所述底座5032上设置有变位结构，所述变位结构包括变位定位孔a507、变位定位孔b508和变位槽509。在本发明的部分实施例中，所述变位定位孔a507孔径与变位定位孔b508孔径不同，从而便于安装时快速区分。定位销与变位定位孔a507和变位定位孔b508配合，分别用于联轴节变位前、变位后陪试箱支撑部套与底板27能够准确安装，无错位。
38.当所述底座5032通过变位定位孔a507、变位槽509与底板27连接，所述变位槽509的螺栓处于位置一，所述装置处于初始位置；松开变位定位孔a507的螺栓，所述底座5032通过变位定位孔b508、变位槽509与底板27连接时，所述变位槽509的螺栓处于位置二，装置处于极限变位位置，从而实现联轴节与齿轮箱同时的试验。
39.底板27上与变位槽509对应连接的螺纹孔位置通过二维台位图确定：从主试齿轮箱支撑杆20开始，按每一个部件所处位置依次测量各部件在该位置处的距离，由此确定陪试齿轮箱支撑部套5所处位置后，以中心对称原则布置底板螺纹孔位置和变位槽位置。在本发明的部分实施例中，所述筋板5034与本体5031将底座5032分成六个区域，每个区域设置有一个变位槽509。所述变位槽509通过螺栓与底板27连接，所述螺栓可在变位槽509内滑动。
40.在本发明的部分实施例中，所述变位槽509为腰型孔。如图10所示，由于陪试齿轮箱4与主试齿轮箱12呈一定角度布置，故可将陪试齿轮箱4的变位量投影在平面上后分解为轴向和径向两个位置的位移量，即：
[0041][0042]
其中：s
x
为陪试齿轮箱的轴向位移量；sy为陪试齿轮箱的径向位移量；c
x
为联轴节轴向最大位移；cy为联轴节径向最大位移；θ为陪试齿轮箱输入轴的倾斜角度。
[0043]
由公式(1)和公式(2)可知，所述变位槽509的总长度大于等于si。
[0044]
所述端盖505呈环状，沿内环设置有凸缘5051，凸缘5051内设置有密封填料环槽5052，所述密封填料环槽5052内填充有密封填料510。所述端盖505上设置有用于与上轴承座501和下轴承座503连接的通孔，所述通孔与端盖安装孔502的设置位置对应。凸缘5051与滚动轴承504的侧面接触，凸缘5051用于限制滚动轴承504的轴向位移，同时的密封填料510可防止滚动轴承504的润滑剂泄露。
[0045]
在本发明的部分实施例中，主试箱支撑部套11除不设置变位结构外，其余结构均与陪试箱支撑部套5相同。
[0046]
在本发明的部分实施例中，所述陪试箱支撑杆1与主试箱支撑杆20具有相同的结构，如图6所示，所述陪试箱支撑杆1上开有卡口，所述卡口位于陪试箱支撑杆1与陪试箱支撑销3的连接处，形成下夹紧面101和上夹紧面102；所述上夹紧面102上方开设有锁紧螺孔103，所述锁紧螺孔103用于与锁紧螺栓2配合锁紧陪试箱支撑销3，防止检测齿轮箱振动时陪试齿轮箱4产生的微小振动影响检测结果。所述卡口的设置便于陪试箱支撑杆1与陪试箱支撑销3的组装，以及陪试箱支撑杆1与陪试齿轮箱4的找正。
[0047]
在本发明的部分实施例中，所述陪试箱支撑销3与主试箱支撑销31具有相同的结构，如图7所示，所述陪试箱支撑销3包括位于两端的上支撑面a301、下支撑面a302、上支撑
面b304和下支撑面b305，以及位于中部位置的限位环带303；所述上支撑面a301与下支撑面a302的末端设置有右限位面306；所述上支撑面b304和下支撑面b305的末端设置有左限位面307。所述上夹紧面102与上支撑面a301或上支撑面b304配合；所述下夹紧面101与下支撑面a302或下支撑面b305配合，将陪试箱支撑杆1与陪试箱支撑销3卡合，便于二者的安装和拆卸。
[0048]
所述限位环带303用于定位陪试箱支撑销3与陪试齿轮箱4的安装位置，所述右限位面306和左限位面307用于限制陪试齿轮箱4两侧陪试箱支撑杆1之间的安装距离。
[0049]
如图8和图9所示，所述垂向力装置包括垂向施力杆7、称重传感器8、垂向力压板9和垂向压力支撑板10，所述垂向压力支撑板10底部与主试齿轮箱12连接；所述称重传感器8的顶部与垂向力压板9接触，称重传感器8的底部与垂向压力支撑板10接触；所述垂向施力杆7贯穿垂向力压板9后与主试箱支撑部套11螺纹连接，所述垂向力压板9与垂向施力杆7活动连接。
[0050]
在本发明的部分实施例中，所述垂向压力支撑板10的顶部设置有凹面1001，下方设置有斜平面1003，所述斜平面1003两侧分别设置有v型面1002；所述凹面1001的形状与称重传感器8匹配。所述称重传感器8置于凹面1001内，所述凹面1001用于防止称重传感器8滑动；所述v型面1002和斜平面1003用于垂向压力支撑板10与主试齿轮箱12连接，v型面1002和斜平面1003便于与齿轮箱连接。所述称重传感器8位于凹面1001与垂向力压板9之间，垂向力压板9的底部与称重传感器8的顶部接触。
[0051]
所述垂向力压板9的两端均设置有垂向施力杆7；垂向力压板9上施加的压力通过垂向压力支撑板10进一步传递到主试齿轮箱12上，以模拟车厢施加给主试齿轮箱12的垂向力；其中垂向力的大小可由称重传感器8获得。
[0052]
在本发明的部分实施例中，所述横向力装置包括横向力支撑板13、拉力传感器15、横向力拉杆16和横向施力杆17；所述横向力支撑板13与主试箱支撑销31活动连接；所述拉力传感器15位于横向力支撑板13与横向力拉杆16之间，所述横向施力杆17贯穿横向力拉杆16后与拉力传感器15活动连接，所述横向施力杆17与横向力拉杆16螺纹连接。横向力支撑板13通过横向力连接螺钉14与拉力传感器15固定连接。横向力拉杆16通过横向力拉杆用紧固螺栓19与支撑方箱18固定连接，所述支撑方箱18位于底板27外部。横向力拉杆16和支撑方箱18的整体高度，与主试箱支撑杆20和底板27的整体高度一致，使得所述横向力支撑板13处于水平状态。
[0053]
在本发明的部分实施例中，所述纵向力装置包括纵向力支撑板21、纵向力拉杆23、纵向施力杆24，以及连接在纵向力支撑板21与纵向施力杆24之间的拉力传感器。纵向力支撑板21与主试齿轮箱12固定连接，纵向力支撑板21通过纵向力连接螺钉22与拉力传感器固定连接。纵向施力杆24贯穿纵向力拉杆23后与拉力传感器活动连接，所述纵向施力杆24与纵向力拉杆23螺纹连接。所述纵向力拉杆23固定在底板27上。所述纵向力拉杆23用于将纵向力支撑板21保持在水平状态。
[0054]
本发明还公开了一种用于联轴节和齿轮箱性能试验的方法，上述试验装置通过加载电机向齿轮箱施加所需力矩，通过垂向力装置、横向力装置、纵向力装置向齿轮箱施加三个方向的载荷，进一步模拟齿轮箱实际运行工况，具体包括以下步骤：
[0055]
底板27与陪试箱支撑部套5通过变位定位孔a507定位后连接，并进行横向力、纵向
力和垂向力施加。
[0056]
1)横向力施加：通过转动横向施力杆17，调节横向施力杆17的拧紧度，从而实现横向力施加。力的大小可由拉力传感器配套的显示器获取，同时根据显示器获取的数据能够实时了解到运行过程中力的变动情况，以确保数据的可靠性；
[0057]
2)纵向力施加：通过转动纵向施力杆24，调节纵向施力杆24的拧紧度，实现纵向力施加。力的大小可由与纵向施力杆24连接的拉力传感器配套的显示器获取，同时根据显示器获取的数据能够实时了解到运行过程中力的变动情况，以确保数据的可靠性；
[0058]
3)垂向力施加：通过转动垂向施力杆7，调节垂向施力杆7的拧紧度，实现垂向力施加，力的大小可由称重传感器8配套的显示器获取，同时根据显示器获取的数据能够实时了解到运行过程中力的变动情况，以确保数据的可靠性。
[0059]
同时垂向力的施加也可实现偏载、均载，通过单一调节两个垂向施力杆7，实现两个垂向施力杆7相同或不同的拧紧度，即可实现均载或偏载，以满足不同的载荷分布需求，更接近实际运行工况。
[0060]
在试验进行的同时，可将各传感器获取的实时数据传输到云端，便于后期对齿轮箱运行状况的分析。
[0061]
4)变位过程：
[0062]
松开变位定位孔a507的螺栓，所述底座5032通过变位定位孔b508、变位槽509与底板27连接，使装置处于极限变位位置后，通过电机调节齿轮箱输入转速及负载，将各工况下的试验参数调整到试验大纲所提参数，待运行大纲要求时间后，联轴节温度变化在要求范围内即满足要求。
[0063]
本发明的装置通过可变位的支撑部套实现联轴节极限变位从而满足位移能力验证；通过驱动装置、支撑装置满足联轴节启动扭矩、周期负载、最高转速等能力验证，同时验证齿轮箱实际运行工况。
[0064]
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。