CN108592845B - 一种齿侧间隙可变的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，该装置包括转速传感器、转速传感器支架、三项异步电动机、底座、电机底座、同步轮、紧固支架、同步带、导轨、轴承端盖、从动轴滚动轴承支撑支架、从动轴、位移传感器支架、位移传感器、从动齿轮、丝杠、丝杠支架、转动轮、联轴器、电磁离合器固定支架、电磁离合器、电磁离合器电流控制器、加速度传感器、主动轴滚动轴承支撑支架、滚动轴承、主动轴、主动齿轮、套筒、可动托盘、采集仪、计算机、电机调速装置、丝杠套。本发明通过双导轨的移动方式，保证了两轴之间的平行度，同时加入了紧固装置，减小了其他因素对采集的振动信号的影响，并且通过转动丝杠进行调节的方式实现了微调。

Description

一种齿侧间隙可变的实验装置

技术领域

本发明涉及齿轮实验设备领域，特别涉及一种齿侧间隙可变的实验装置。

背景技术

在工业飞速发展的环境下，齿轮作为零部件广泛应用于各种机械***中，而且大部分机械***中都包含多个齿轮，齿轮作为整个机械***的关键部位，齿轮齿侧间隙的变化可影响到整个机械***的振动强弱，从而影响了整个***的稳定性。

目前主要是通过计算机仿真的方法研究不同齿轮齿侧间隙情况下的振动信号。我们需要通过实验的方法对仿真结果以及通过仿真分析出的结论进行实验验证，但是这样就需要多次改变齿轮齿侧间隙进行实验，若没有较好的方法进行实验，既费时又不能保证调整前后其他参数的一致性。例如我们通过调整从动轴两端的位置调整齿轮齿侧间隙的变化，调整前后的其他参数很难得到保证，尤其是两轴的平行度。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种齿轮齿侧间隙可变的实验装置，以弥补现有技术实验效率低和控制变量效果差的缺陷。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，该装置包括转速传感器、转速传感器支架、三项异步电动机、底座、电机底座、同步轮、紧固支架、同步带、导轨、轴承端盖、从动轴滚动轴承支撑支架、从动轴、位移传感器支架、位移传感器、从动齿轮、丝杠、丝杠支架、转动轮、联轴器、电磁离合器固定支架、电磁离合器、电磁离合器电流控制器、加速度传感器、主动轴滚动轴承固定支架、滚动轴承、主动轴、主动齿轮、套筒、可动托盘、采集仪、计算机、电机调速装置、丝杠套；

所述三项异步电动机通过电机底座固定在底座上，并通过同步轮、同步带带动主动轴转动；所述主动轴为阶梯轴，从左到右依次为主动一号轴段、主动二号轴段、主动三号轴段、主动四号轴段、主动五号轴段；主动三号轴段与主动齿轮配合，主动齿轮的轴向由直径最大轴段主动二号轴段和套筒的一端固定；所述主动轴滚动轴承固定支架通过一个滚动轴承与主动一号轴段配合，该滚动轴承的内圈与主动一号轴段轴肩压紧，滚动轴承外圈与一个轴承端盖压紧，该轴承端盖固定在主动轴滚动轴承固定支架上，该主动轴滚动轴承固定支架固定在底座上；所述主动轴的右端也安装有一个主动轴滚动轴承固定支架，该主动轴滚动轴承固定支架的内圈与套筒的另一端压紧，并通过安装一个滚动轴承与主动四号轴段的右端配合；

所述从动轴也为阶梯轴，从右到左依次为从动一号轴段、从动二号轴段、从动三号轴段、从动四号轴段、从动五号轴段；由主动轴通过主动齿轮和从动齿轮啮合驱动，从动齿轮与从动三号轴段相配合，由直径最大的从动二号轴段和另一个套筒的一端轴向固定，从动轴的左侧与右侧均安装有一个从动轴滚动轴承支撑支架；从动轴右端的从动一号轴段通过一个滚动轴承安装在一个从动轴滚动轴承支撑支架上，该滚动轴承的内圈与从动一号轴段轴肩压紧，滚动轴承外圈与一个轴承端盖压紧；从动轴左端的从动轴滚动轴承支撑支架通过一个滚动轴承与从动四号轴段的左端配合，该滚动轴承的内圈与套筒的另一端压紧；

两个所述从动轴滚动轴承支撑支架固定在可动托盘上；所述可动托盘的两端分别通过一个导轨固定在底座上；导轨包括两个导轨滑块和导轨底座，两个导轨滑块分别与可动托盘同一端的两侧固定，导轨底座与底座固定；所述紧固支架为“L”型，其上设置有两个长条通孔和两个圆形通孔，用螺钉通过长条通孔与可动托盘的一端固定，通过圆形通孔将其固定在底座上，可动托盘左端与右端固定方式相同；

所述丝杠通过两个丝杠支架固定在底座上，丝杠与主动轴在空间上呈十字交叉状态；丝杠位于两个导轨之间，并通过一个带螺纹孔的丝杠套与可动托盘连接；丝杠安装在丝杠套的螺纹孔内，并与丝杠套啮合，丝杠套通过两个安装孔固定在可动托盘的底面上；所述电磁离合器通过电磁离合器固定支架固定在可动托盘上，联轴器安装在电磁离合器与从动轴左端的从动五号轴段之间，通过联轴器由从动轴驱动，电磁离合器电流控制器与电磁离合器相连并对其进行控制；三项异步电动机的输出轴安装有一个同步轮，主动轴右端的主动五号轴段也安装有一个同步轮，同步带套装在两个同步轮的外周上；

所述位移传感器通过位移传感器支架固定在底座上；所述电机调速装置与三项异步电动机相连；两个所述主动轴滚动轴承固定支架和两个从动轴滚动轴承支撑支架的顶部中心位置通过磁力底座吸附均安装有一个加速度传感器，四个加速度传感器分别与采集仪连接，采集仪与计算机连接，构成振动信号采集通道；所述转速传感器通过转速传感器支架固定在三项异步电动机外壳上，其转轴与三项异步电动机转轴相连接，且转速传感器通过导线与采集仪相连，构成转速信号采集通道。

与现有技术相比，本发明一种齿轮齿侧间隙可变的实验装置，实现了齿侧间隙可变，通过双导轨的移动方式，保证了两轴之间的平行度，同时加入了紧固装置，在电机工作时对导轨导向进行固定，减小了其他因素对采集的振动信号的影响，并且通过转动丝杠进行调节的方式实现了微调。三项异步电动机与主动轴之间采用同步带传动，减小了电机振动对由齿轮啮合产生的振动信号的干扰。该装置采用的激光位移传感器间接测量齿侧间隙，与普通的百分表测量有精度高、操作方便等优点。该装置实现了转速可调、负载可调，可分析齿侧间隙、转速、负载对机械***振动的影响。本发明设计的装置结构稳定，操作方便，精度高，并且实现了多个实验变量的控制。

附图说明

图1是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的整体结构示意图。

图2是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的主动轴的结构示意图。

图3是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的主动轴滚动轴承固定支架的结构示意图。

图4是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的轴承端盖的结构示意图。

图5是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的从动轴的结构示意图。

图6是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的导轨的结构示意图。

图7是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的紧固支架的结构示意图。

图8是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的位移传感器支架的结构示意图。

图9是本发明的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置一种实施例的丝杠套的结构示意图。

具体实施方式

下面解释实施例及附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的专利要求保护范围不限于下述的实例描述。为了方便说明和理解本发明/实用新型的技术方案，以下所涉及的方位名词，如上下、左右、前后，均以附图所显示的方位为准。

本发明提供一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置(参见图1-9)，该装置包括转速传感器1、转速传感器支架2、三项异步电动机3、底座4、电机底座5、同步轮6、紧固支架7、同步带8、导轨9、轴承端盖10、从动轴滚动轴承支撑支架11、从动轴12、位移传感器支架13、位移传感器14、从动齿轮15、丝杠16、丝杠支架17、转动轮18、联轴器19、电磁离合器固定支架20、电磁离合器21、电磁离合器电流控制器22、加速度传感器23、主动轴滚动轴承固定支架24、滚动轴承25、主动轴26、主动齿轮27、套筒28、可动托盘29、采集仪30、计算机31、电机调速装置32、丝杠套33。

所述三项异步电动机3通过电机底座5固定在底座4上，并通过同步轮6、同步带8带动主动轴26转动；所述主动轴26为阶梯轴(参见图2)，从左到右依次为主动一号轴段26.1、主动二号轴段26.2、主动三号轴段26.3、主动四号轴段26.4、主动五号轴段26.5；主动三号轴段26.3与主动齿轮27配合，主动齿轮27的轴向由直径最大轴段主动二号轴段26.2和套筒28的一端固定；所述主动轴滚动轴承固定支架24(参见图3)通过一个滚动轴承25与主动一号轴段26.1配合，该滚动轴承25的内圈与主动一号轴段26.1轴肩压紧，滚动轴承25外圈与一个轴承端盖10(参见图4)压紧，该轴承端盖10固定在主动轴滚动轴承固定支架24上，该主动轴滚动轴承固定支架24固定在底座4上；所述主动轴26的右端也安装有一个主动轴滚动轴承固定支架24，该主动轴滚动轴承固定支架24的内圈与套筒28的另一端压紧，并通过安装有一个滚动轴承25与主动四号轴段26.4的右端配合。

所述从动轴12也为阶梯轴(参见图5)，从右到左依次为从动一号轴段12.1、从动二号轴段12.2、从动三号轴段12.3、从动四号轴段12.4、从动五号轴段12.5；由主动轴26通过主动齿轮27和从动齿轮15啮合驱动，从动齿轮15与从动三号轴段12.3相配合，由直径最大的从动二号轴段12.2和另一个套筒28的一端轴向固定，从动轴12的左侧与右侧均安装有一个从动轴滚动轴承支撑支架11。从动轴12右端的从动一号轴段12.1通过一个滚动轴承25安装在一个从动轴滚动轴承支撑支架11上，该滚动轴承25的内圈与从动一号轴段12.1轴肩压紧，滚动轴承25外圈与一个轴承端盖10(参见图4)压紧。从动轴12左端的从动轴滚动轴承支撑支架11通过一个滚动轴承25与从动四号轴段12.4的左端配合，该滚动轴承25的内圈与套筒28的另一端压紧。

两个所述从动轴滚动轴承支撑支架11固定在可动托盘29上；所述可动托盘29的两端分别通过一个导轨9(参见图6)固定在底座4上；导轨9包括两个导轨滑块9.2和导轨底座9.1，两个导轨滑块9.2分别与可动托盘29同一端的两侧固定，导轨底座9.1与底座4固定；所述紧固支架7(参见图7)为“L”型，其上设置有两个长条通孔7.1和两个圆形通孔7.2，用螺钉通过长条通孔7.1与可动托盘29的一端固定，通过圆形通孔7.2将其固定在底座4上，可动托盘29左端与右端固定方式相同。

所述丝杠16通过两个丝杠支架17固定在底座4上，丝杠16与主动轴26在空间上呈十字交叉状态；丝杠16位于两个导轨9之间，并通过一个带螺纹孔的丝杠套33与可动托盘29连接；丝杠16安装在丝杠套33的螺纹孔内，并与丝杠套33啮合，丝杠套33通过两个安装孔固定在可动托盘29的底面上。

所述电磁离合器21通过电磁离合器固定支架20固定在可动托盘29上，联轴器19安装在电磁离合器21与从动轴12左端的从动五号轴段12.5之间，通过联轴器19由从动轴12驱动，电磁离合器电流控制器22与电磁离合器21相连并对其进行控制。三项异步电动机3的输出轴安装有一个同步轮6，主动轴26右端的主动五号轴段26.5也安装有一个同步轮6，同步带8套装在两个同步轮6的外周上。

所述位移传感器14通过位移传感器支架13(参见图8)固定在底座4上；所述电机调速装置32与三项异步电动机3相连；两个所述主动轴滚动轴承固定支架24和两个从动轴滚动轴承支撑支架11的顶部中心位置通过磁力底座吸附均安装有一个加速度传感器23，四个加速度传感器23分别与采集仪30连接，采集仪30与计算机31连接，构成振动信号采集通道；所述转速传感器1通过转速传感器支架2固定在三项异步电动机3外壳上，其转轴与三项异步电动机3转轴相连接，且转速传感器1通过导线与采集仪30相连，构成转速信号采集通道。

加速度传感器23的型号为CA-YD-185TNC压电式加速度传感器，通过磁力底座吸附在各个滚动轴承轴承支撑顶部靠近中心的位置，加速度传感器、信号采集仪、计算机依次连接，形成振动信号检测通道。

位移传感器14的型号为松下HG-C1400激光位移传感器，通过检测传感器与可动托盘侧面之间的距离间接的检测齿侧间隙的变化。

转速传感器1的型号为E6B2-CWZ6C编码器，转速传感器、信号采集仪、计算机依次连接，形成转速信号检测通道。

三项异步电动机的型号为YE2-100L2-4。

本发明一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置的工作原理如下：当三项异步电动机3静止时候，松动四个长条通孔7.1的螺钉，通过转动转动轮18在可调节范围内进行调节齿侧间隙，同时可由位移传感器14显示齿侧间隙的大小，齿侧间隙调整完成后将各个长条通孔7.1的螺钉紧固，通过调节电机调速装置32设置三项异步电动机3的转速，通过调节电磁离合器电流控制器22设置电磁离合器21所产生的转矩大小。当三项异步电动机3工作时，通过同步带8带动主动轴26转动，通过两齿轮啮合带动从动轴12转动，从动轴12通过联轴器19带动电磁离合器21转动，两齿轮的啮合产生振动，由四个加速度传感器采集振动信号经过采集仪30传送到计算机31，转速传感器1采集的信号通过采集仪30传送到计算机31。这一装置通过每一次采集改变齿侧间隙、转速、负载三个参数其中的一个参数，将多次采集到的数据进行信号处理分析，对计算机仿真分析的结果进行实验验证，以及通过实验的方法分析齿侧间隙、转速、负载对三个参数对机械***振动的影响，实现了用一个装置分析多个参数对齿轮啮合振动的影响，与传统的齿侧间隙调节方式相比，该装置操作方便，稳定性好，较好的控制了除齿轮啮合产生的振动以外的振动对振动信号测量结果的影响，同时该装置采用了高精度位移传感器，与传统的百分表测量相比精度更高，而且避免了安装误差对齿侧间隙测量结果的影响。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，该装置包括转速传感器、转速传感器支架、三项异步电动机、底座、电机底座、同步轮、紧固支架、同步带、导轨、轴承端盖、从动轴滚动轴承支撑支架、从动轴、位移传感器支架、位移传感器、从动齿轮、丝杠、丝杠支架、转动轮、联轴器、电磁离合器固定支架、电磁离合器、电磁离合器电流控制器、加速度传感器、主动轴滚动轴承固定支架、滚动轴承、主动轴、主动齿轮、套筒、可动托盘、采集仪、计算机、电机调速装置、丝杠套；

所述三项异步电动机通过电机底座固定在底座上，并通过同步轮、同步带带动主动轴转动；所述主动轴为阶梯轴，从左到右依次为主动一号轴段、主动二号轴段、主动三号轴段、主动四号轴段、主动五号轴段；主动三号轴段与主动齿轮配合，主动齿轮的轴向由直径最大轴段主动二号轴段和套筒的一端固定；所述主动轴滚动轴承固定支架通过一个滚动轴承与主动一号轴段配合，该滚动轴承的内圈与主动一号轴段轴肩压紧，滚动轴承外圈与一个轴承端盖压紧，该轴承端盖固定在主动轴滚动轴承固定支架上，该主动轴滚动轴承固定支架固定在底座上；所述主动轴的右端也安装有一个主动轴滚动轴承固定支架，该主动轴滚动轴承固定支架的内圈与套筒的另一端压紧，并通过安装一个滚动轴承与主动四号轴段的右端配合；

所述从动轴也为阶梯轴，从右到左依次为从动一号轴段、从动二号轴段、从动三号轴段、从动四号轴段、从动五号轴段；由主动轴通过主动齿轮和从动齿轮啮合驱动，从动齿轮与从动三号轴段相配合，由直径最大的从动二号轴段和另一个套筒的一端轴向固定，从动轴的左侧与右侧均安装有一个从动轴滚动轴承支撑支架；从动轴右端的从动一号轴段通过一个滚动轴承安装在一个从动轴滚动轴承支撑支架上，该滚动轴承的内圈与从动一号轴段轴肩压紧，滚动轴承外圈与一个轴承端盖压紧；从动轴左端的从动轴滚动轴承支撑支架通过一个滚动轴承与从动四号轴段的左端配合，该滚动轴承的内圈与套筒的另一端压紧；

两个所述从动轴滚动轴承支撑支架固定在可动托盘上；所述可动托盘的两端分别通过一个导轨固定在底座上；导轨包括两个导轨滑块和导轨底座，两个导轨滑块分别与可动托盘同一端的两侧固定，导轨底座与底座固定；所述紧固支架为“L”型，其上设置有两个长条通孔和两个圆形通孔，用螺钉通过长条通孔与可动托盘的一端固定，通过圆形通孔将其固定在底座上，可动托盘左端与右端固定方式相同；

所述丝杠通过两个丝杠支架固定在底座上，丝杠与主动轴在空间上呈十字交叉状态；丝杠位于两个导轨之间，并通过一个带螺纹孔的丝杠套与可动托盘连接；丝杠安装在丝杠套的螺纹孔内，并与丝杠套啮合，丝杠套通过两个安装孔固定在可动托盘的底面上；所述电磁离合器通过电磁离合器固定支架固定在可动托盘上，联轴器安装在电磁离合器与从动轴左端的从动五号轴段之间，通过联轴器由从动轴驱动，电磁离合器电流控制器与电磁离合器相连并对其进行控制；三项异步电动机的输出轴安装有一个同步轮，主动轴右端的主动五号轴段也安装有一个同步轮，同步带套装在两个同步轮的外周上；

所述位移传感器通过位移传感器支架固定在底座上；所述电机调速装置与三项异步电动机相连；两个所述主动轴滚动轴承固定支架和两个从动轴滚动轴承支撑支架的顶部中心位置通过磁力底座吸附均安装有一个加速度传感器，四个加速度传感器分别与采集仪连接，采集仪与计算机连接，构成振动信号采集通道；所述转速传感器通过转速传感器支架固定在三项异步电动机外壳上，其转轴与三项异步电动机转轴相连接，且转速传感器通过导线与采集仪相连，构成转速信号采集通道。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，加速度传感器的型号为CA-YD-185TNC压电式加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，位移传感器的型号为松下HG-C1400激光位移传感器。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，转速传感器的型号为E6B2-CWZ6C编码器。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮齿侧间隙可调的实验装置，其特征在于，三项异步电动机的型号为YE2-100L2-4。