面齿轮弯曲疲劳试验机构及疲劳试验方法

技术领域

本发明涉及一种面齿轮弯曲疲劳试验机构，属于齿轮承载能力测量领域。

背景技术

齿轮是机械传动领域重要的传动零件、齿轮的质量与寿命直接影响传动系统的稳定性与功效。其中与圆柱齿轮啮合，实现空间正交传动的齿轮称为面齿轮如图3。与锥齿轮传动相比，面齿轮传动具有如下优点：面齿轮传动的重合度比锥齿轮传动的大，在空载时能够达到1.6-1.8；面齿轮传动为定比传动，而点接触锥齿轮传动的传动比则是在一定范围内波动，因此面齿轮传动的振动和噪声均小于锥齿轮传动；面齿轮啮合的齿轮为渐开线圆柱齿轮，其轴向移动误差对传动性能没有影响，其它方向的影响也极小，无需防错设计，而在锥齿轮传动中，其轴向误差将引起严重偏载，因此重要的锥齿轮传动，必须进行防错设计。面齿轮在机械传动领域具有广泛应用价值，如应用在直升机主传动系统中，可使直升机主减速器重量减轻40%，噪声降低10%，从而大大改善直升机传动系统性能。

面齿轮轮齿应力测量是面齿轮承载与寿命研究中重要内容。洪振军等发明了一种齿轮弯曲疲劳试验装置（专利号：CN 20208360U）采用了可快速安装的实验支架和带有凹槽的加载头，结构简单但调节范围小，并且只能用于常规齿轮的加载试验。王云龙等发明了一种齿轮弯曲疲劳通用试验夹具（专利号：CN 201096617Y），该发明能够保证试验力加载面与齿轮支撑面平行且中心对称，从而保证试验机作用力弯曲转化为齿轮承受的压力，但只能适用于渐开线圆柱齿轮。由于面齿轮啮合原理复杂，目前的现有齿轮承载能力试验方法仅能满足常规齿轮的承载能力测试，不能使用现有的齿轮加载试验机构进行加载试验，因此，迫切需要一种针对面齿轮轮齿弯曲疲劳的试验机构，从而预测和计算面齿轮的承载能力和寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面齿轮弯曲疲劳试验机构，主要解决正交面齿轮在目前弯曲疲劳试验机上无法对面齿轮轮齿进行试验加载的问题。

该面齿轮弯曲疲劳试验机构，其特征在于：包括安装板、轴向调整板、左侧支架、右侧支架、面齿轮支撑轴、待试验面齿轮、摇柄、加载杆、支撑杆；

其中待试验面齿轮安装于面齿轮支撑轴上，面齿轮支撑轴安装于左侧支架和右侧支架上，摇柄安装于支撑轴一端；

轴向调整板上具有一对与面齿轮支撑轴垂直的支架安装槽，左侧支架和右侧支架通过该支架安装槽和螺钉固定于轴向调整板上；轴向调整板上还具有一对与面齿轮支撑轴平行的调整板安装槽，轴向调整板通过该调整板安装槽和螺钉固定于安装板上；

上述支撑杆安装于安装板上，支撑杆上安装有支撑压头；加载杆安装于加载机上，加载杆上安装有加载压头； 其中加载压头与支撑压头均是渐开线齿形，其基本参数相同，其模数、压力角与待试验的面齿轮的模数、压力角相同，以保证被测面齿轮分别与渐开线齿形加载压头和渐开线齿形支撑压头紧密无侧隙啮合。

利用上述面齿轮弯曲疲劳试验机构进行的疲劳试验方法，其特征包括以下过程：将待试验面齿轮安装于面齿轮支撑轴上，调整左侧支架和右侧支架相对轴向调整板的位置并锁紧支架安装槽中的螺钉，达到待试验面齿轮与加载压头和支撑压头实现啮合时所要求的径向位置，以适应不同内外半径面齿轮轮齿的弯曲疲劳试验；

调整轴向调整板相对安装板的位置并锁紧调整板安装槽中的螺钉，以达到待试验面齿轮与加载压头和支撑压头实现啮合时所要求的轴向位置，以适应不同轮毂尺寸的面齿轮轮齿的弯曲疲劳试验；

通过更换不同参数的加载压头和支撑压头以实现与该加载压头和支撑压头具有相同参数的面齿轮轮齿弯曲疲劳试验。

本发明的优点在于：

本发明中的面齿轮弯曲疲劳试验机构能够满足面齿轮的啮合原理，在不更换刀具的情况下，对面齿轮齿形上不同的啮合点进行加载试验。

（1）该面齿轮弯曲疲劳试验机构采用渐开线齿形加载压头和渐开线齿形支撑压头，满足面齿轮的啮合要求，并且啮合重合度好，载荷加载点精确度高；

（2）采用可调节式加载装置，改变面齿轮齿形上加载点的位置，从而可以测试出齿形上任意加载点的应力分布；

（3）采用了面齿轮轴向位置和径向位置调整机构，使得面齿轮装夹方便、加载均匀，进而使得试验准确度高、试验周期短，提高了面齿轮弯曲疲劳试验效率。

附图说明

图1为面齿轮弯曲疲劳试验机构示意图；

图2为面齿轮弯曲疲劳试验机构中支撑装置示意图；

图3为面齿轮结构示意图；

图4为面齿轮弯曲疲劳试验机构中加载杆和渐开线加载压头结构示意图；

图5为面齿轮弯曲疲劳试验机构中支撑杆和渐开线支撑压头结构示意图；

图6为面齿轮弯曲疲劳试验机构中带有“T”型槽的轴向调整板结构示意图；

图中的标号名称：1.加载杆、2.支撑杆、3.安装板、4.左侧支架、5.待试验面齿轮、6.面齿轮支撑轴、7. 右侧支架、8.轴向调整板、9.螺钉、10.摇柄，11.加载压头、12.支撑压头。

具体实施方式

如图1-图6所示，面齿轮弯曲疲劳试验机构由加载部分和支撑部分组成，加载部分包括加载杆1、安装于加载杆1上的加载压头11、支撑部分包括面齿轮支撑轴6、安装于面齿轮支撑轴6上的摇柄10、支撑杆2、安装于支撑杆2上的支撑压头12、安装板3、轴向调整板8、安装于轴向调整板8上的右侧支架4和左侧支架7、用于将轴向调整板8固定在安装板3上的螺钉。其中加载压头11与支撑压头12均是渐开线齿形，以保证被测面齿轮分别与渐开线齿形加载压头11和渐开线齿形支撑压头12紧密无侧隙啮合。

试验时先将安装板3水平安装到试验设备试验台架上，将加载压头11安装在加载杆1上，加载杆1与试验设备加载装置连接，将支撑压12头安装在支撑杆2上并随安装板3一起固定在试验设备的试验台架上，保证加载杆1与支撑杆2的轴线位于同一轴线上；其中为了满足面齿轮副的啮合关系，本发明中的加载头11和支撑压头12均采用渐开线齿形；该面齿轮弯曲疲劳试验机构的支撑装置如图3所示，支撑部分包括左侧支架7、右侧支架4、面齿轮支撑轴6、螺钉、摇臂10组成。将面齿轮支撑轴6固定在左侧支架7与右侧支架4中间，用螺钉将左侧支架7固定在轴向调整板8左侧的“T”型凹槽内，右侧支架4固定在轴向调整板8的右侧“T”型凹槽内，用螺钉将带有“T”型凹槽的轴向调整板8固定在安装板3上。被测面齿轮5安装在在面齿轮支撑轴6中段轴肩处，面齿轮支撑轴6靠近摇柄10的一端具有螺纹。摇臂安装在面齿轮支撑轴6一端。试验时，摇动摇柄10来调整待试验面齿轮周向位置，使待试验面齿轮5分别与加载压头11和支撑压头12紧密无侧隙啮合；调整好位置后，锁紧面齿轮支撑轴6上的锁紧螺母，准备进行弯曲疲劳试验。

为了实现该面齿轮弯曲疲劳试验机构的功能，必须满足以下条件：

1．加载压头11和支撑压头12的渐开线齿形参数需要满足渐开线圆柱齿轮与待试验面齿轮啮合关系。

2．加载杆1和支撑杆2的轴线必须在同一条直线上，以保证加载力的正确施加。