CN111929058B - 一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置及试验方法 - Google Patents

一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置及试验方法，该试验装置及试验方法是针对两种服役工况而开发出的，用于轴类零件静扭试验研究。所述试验装置包括试扭矩和旋转角度传感器、静扭驱动电机设备、设备扭矩输出端、试验台基座、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置、后桥输出端花键连接装置和中桥输出端花键连接装置等装置；所述试验方法可以模拟主动圆柱齿轮轴试验件在正常行驶状态和需要大扭矩输出状态两种工况下的静扭试验功能。本发明可实现贯通桥主动圆柱齿轮轴两种不同实际服役工况下的静扭试验，其试验更接近主动圆柱齿轮轴实际运行工况，能够适用于类似主动圆柱齿轮轴零件产品的静扭试验研究。

Description

一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置及试验方法
技术领域：
本发明属于商用车车桥零件试验领域，特别涉及到一种贯通桥主动圆柱齿轮静扭试验装置及试验方法。
背景技术：
商用车贯通桥主动圆柱齿轮轴是驱动桥中桥输入端的第一个零件，其承受扭矩大、转动快、服役条件恶劣，主动圆柱齿轮轴是传动***中传递扭矩的关键零件，他起到将发动机动力传递给各个驱动桥并最终传递至车轮的关键作用；其在产品开发验证阶段必须经过单件静扭试验来考察其抗扭转性能是否满足需求工况。主动圆柱齿轮轴使用工况依据其传动原理和零件结构设计特点一般分为两种，一种是正常行驶状态，即仅通过主动圆柱齿轮轴中桥输出端花键带动中桥驱动的工况模式，一种是需要大扭矩输出状态，即爬坡或者脱困时需要主动圆柱齿轮轴中桥输出端花键和后桥输出端花键同时工作，实现中桥和后桥同时驱动的工况模式。
现有试验装置一般是在传统的半轴静扭试验装置上改装过来的，其试验方法一般也是沿用半轴试验技术来进行试验。对于主动圆柱齿轮轴这种复杂零件来说，其产品失效形式与主动圆柱齿轮轴传动原理、结构形状特点以及实际使用工况条件均有关系，而现有技术仅能够模拟其正常行驶状态下的静扭试验功能，试验条件单一，无法模拟爬坡以及脱困等工况下中桥和后桥同时驱动情况下的静扭试验功能。
本发明研究主动圆柱齿轮轴实现全工况运行条件下的静扭试验功能，本试验装置属首次提出。通过本试验装置和试验方法能够有效实现贯通桥主动圆柱齿轮轴两种不同服役工况条件下的静扭强度试验研究，其考核结果更真实的贴近主动圆柱齿轮轴传动原理和实际运行情况，是一种能够适用于同类产品结构和传动原理的主动圆柱齿轮轴产品的静扭试验装置及试验方法。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提供一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置及试验方法，用于商用车贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验研究。为实现上述目的，本发明提供如下方案：
一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置，包括：扭矩和旋转角度传感器1、静扭驱动电机设备2、设备扭矩输出端3、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5、后桥输出端花键连接装置7和中桥输出端花键连接装置10，
所述扭矩和旋转角度传感器1安装在静扭驱动电机设备(2)上，用于测量施加在试验件上的扭矩值并测量旋转角度；
所述静扭驱动电机设备2与设备扭矩输出端3相连，提供静扭试验所需扭矩，所述设备扭矩输出端3安装在试验台基座4上；
所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5与设备扭矩输出端3的旋转端面固定相连，并与试验件输入端花键12连接；
所述中桥输出端花键连接装置10与中桥支撑夹具组11固定连接，所述中桥支撑夹具11组安装在试验台基座4上；
所述后桥输出端花键连接装置7与后桥支撑夹具组连接板8固定连接，所述后桥支撑夹具组连接板8通过后桥支撑夹具组底面支撑板9安装在试验台基座4上；
进一步地，所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5、后桥输出端花键连接装置7和中桥输出端花键连接装置10同轴装配，与主动圆柱齿轮轴试验件6产生扭转制约关系形成扭矩，实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验；所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5通过内孔花键与试验件输入端花键12啮合；所述中桥输出端花键连接装置10通过内孔花键与试验件中桥输出端花键13啮合；所述后桥输出花键连接装置7通过内孔花键试验件与后桥输出端花键14啮合。
进一步地，所述固定连接采用紧固螺栓，所述紧固螺栓按根据需要进行相应的增设；所述试验台基座4上各装置均能够在试验台基座4上滑动调整并采用螺栓紧固。
一种采用所述的贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置的试验方法，包括两种试验工况：中桥驱动工况模式下静扭试验、中桥和后桥同时驱动工况模式下静扭试验；
所述中桥驱动工况模式下，静扭驱动电机设备2带动设备扭矩输出端3旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键5带动主动圆柱齿轮轴试验件6旋转；中桥输出端花键连接装置10通过中桥支撑夹具组11固定在试验台基座4上，阻止主动圆柱齿轮轴试验件6中桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器1记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程；完成中桥驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，获得屈服值最大值和扭转角度数据。
所述中桥和后桥同时驱动工况模式下，静扭驱动电机设备2带动设备扭矩输出端3旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键5带动主动圆柱齿轮轴试验件6旋转；中桥输出端花键连接装置10通过中桥支撑夹具组11固定在试验台基座4上，后桥输出端花键连接装置7通过后桥支撑夹具组固定在试验台基座4上，两者共同阻止主动圆柱齿轮轴试验件6中桥和后桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器1记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程；完成中桥驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，获得屈服值最大值和扭转角度数据。
本发明技术方案的有益效果至少包括：
本发明的试验装置及试验方法可以实现主动圆柱齿轮轴不同运行工况条件下的静扭试验功能，并通过此装置来考查主动圆柱齿轮轴静扭试验性能，更为全面，能够为设计人员和试验人员提供真实模拟工况下的试验数据分析，并为产品改进和工艺优化提供技术支持。本试验装置可在类似产品中推广应用。
附图说明：
图1为本发明所述中桥驱动工况模式下(即正常行驶工况)静扭试验装置连接图
图2为本发明所述中桥和后桥同时驱动工况模式下(即爬坡或者脱困等需要大扭矩工况)静扭试验装置连接图
图3为本发明所述装置轴向***图；
图4为本发明所述中桥驱动工况模式下(即正常行驶工况)静扭试验原理图；
图5为本发明所述中桥和后桥同时驱动工况模式下(即爬坡或者脱困等需要大扭矩工况)静扭试验原理图；
图6a为本发明所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置主视图；
图6b为图6a左视剖面图；
图7a为本发明所述后桥输出端花键连接装置主视图；
图7b为图7a的右视剖面图；
图8b为本发明所述后桥支撑夹具组连接板主视图；
图8a为图8b的右视剖面图；
图9b为本发明所述后桥支撑夹具组底面支撑板主视图；
图9a为图9b的右视图；
图10b为本发明所述中桥输出端花键连接装置主视图；
图10a为图10b的右视剖面图；
图11b为本发明所述中桥支撑夹具组主视图；
图11a为图11b的右视图；
其中：1、扭矩和旋转角度传感器；2、静扭驱动电机设备；3、设备扭矩输出端；4、试验台基座；5、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置；6、主动圆柱齿轮轴试验件；7、后桥输出端花键连接装置；8、后桥支撑夹具组连接板；9、后桥支撑夹具组底面支撑板；10、中桥输出端花键连接装置；11、中桥支撑夹具组；12、试验件输入端花键；13、试验件中桥输出端花键；14、试验件后桥输出端花键。
具体实施方案
为了使发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，进一步说明本发明的技术方案及优点，下面结合附图及实施例进行详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
参阅图1，中桥驱动工况模式下即正常行驶工况静扭试验装置连接图，包括扭矩和旋转角度传感器1、静扭驱动电机设备2、设备扭矩输出端3、试验台基座4、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5、中桥输出端花键连接装置10和中桥支撑夹具组11。
进一步，静扭驱动电机设备2与设备扭矩输出端3相连，根据用户提供的静扭试验需求，所述静扭驱动电机设备和设备扭矩输出端是设备工厂依据试验标准设计生产的非标设备，按照行业内一般试验要求，设备扭矩规格可分为6万牛米和10万牛米两种。本发明用设备规格为10万牛米，即为只要额定扭矩达10万牛米即可利用本发明装置进行主动圆柱齿轮轴静扭试验研究。
进一步，扭矩和旋转角度传感器1能够测量施加在试验件6上的扭矩值并测量旋转角度，从而在计算机中形成扭矩-角度试验曲线，并得出静扭试验屈服值最大值以及扭转角度数据，为产品设计师和试验研究人员提供试验件静扭试验情况便于后续数据分析和产品改进。
进一步，主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5一侧端面与设备扭矩输出端3的旋转端面通过螺栓相连，另一端连接试验件输入端花键，能够带动主动圆柱齿轮轴试验件6旋转。
进一步，静扭驱动电机设备2和设备扭矩输出端3连接后，通过设备扭矩输出端下方的底面底板与试验台基座4平面连接，并通过螺栓锁紧固定。
进一步，中桥输出端花键连接装置10一侧端面与中桥支撑夹具组11通过螺栓相连，中桥支撑夹具组通过下方的底板底面与试验台基座4螺栓连接并固定。
进一步，主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5与中桥输出端花键连接装置10二者同轴，与主动圆柱齿轮轴试验件6产生扭转制约关系形成扭矩，来实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验功能。
参阅图2，中桥和后桥同时驱动工况模式下即爬坡或者脱困等需要大扭矩工况静扭试验装置连接图，其中装置还包括后桥输出端花键连接装置7、后桥支撑夹具组连接板8和后桥支撑夹具组底面支撑板9。
进一步，后桥输出端花键连接装置7一侧端面与后桥支撑夹具组连接板8相连，后桥支撑夹具组连接板8与后桥支撑夹具组底面支撑板9通过螺栓相连，所述后桥支撑夹具组支撑板9通过下方的底板底面与试验台基座4螺栓连接并固定。
进一步，主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5与后桥输出端花键连接装置7以及中桥输出端花键连接装置10三者同轴，与主动圆柱齿轮轴试验件6产生扭转制约关系形成扭矩，来实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验功能。
参阅图3，一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置的轴向***图，本发明包括扭矩和旋转角度传感器1、静扭驱动电机设备2、设备扭矩输出端3、试验台基座4、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5、后桥输出端花键连接装置7、后桥支撑夹具组连接板8和后桥支撑夹具组底面支撑板9、中桥输出端花键连接装置10和中桥支撑夹具组11；试验装置用紧固螺栓可根据需要进行相应的增设，且所述试验台基座4上各装置均能够在试验台基座4上滑动调整并紧固，保证所述试验装置具有通用型、可柔性调整的优点。
参阅图4，中桥驱动工况模式下即正常行驶工况静扭试验原理图，其中主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5和中桥输出端花键连接装置10二者轴心共线，与主动圆柱齿轮轴试验件6产生扭转关系转递扭矩，来实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验功能；其中主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5通过内孔花键与试验件输入端花键12啮合，中桥输出端花键连接装置10通过内孔花键与试验件中桥输出端花键13啮合。
参阅图5，中桥和后桥同时驱动工况模式下即爬坡或者脱困等需要大扭矩工况静扭试验原理图，其中主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5、后桥输出端花键连接装置7和中桥输出端花键连接装置10三者轴心共线，与主动圆柱齿轮轴试验件6产生扭转关系转递扭矩，来实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验功能；其中主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置5通过内孔花键与试验件输入端花键12啮合；中桥输出端花键连接装置10通过内孔花键与试验件中桥输出端花键13啮合；同时后桥输出花键连接装置7通过内孔花键试验件后桥输出端花键14啮合。
参阅图6a、图6b，主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置主视图和左视剖面图。
参阅图7a、图7b，后桥输出端花键连接装置主视图和右视剖面图。
参阅图8b、图8a，后桥支撑夹具组连接板主视图和右视剖面图。
参阅图9b、图9a，后桥支撑夹具组底面支撑板主视图和右视图。
参阅图10b、图10a，中桥输出端花键连接装置主视图和右视剖面图。
参阅图11b、图11a，中桥支撑夹具组主视图和右视图。
本发明的试验方法及试验过程：
参阅图1、图4，中桥驱动工况模式下即正常行驶工况静扭试验的连接方案及试验原理；
步骤一：装置安装完成后，开动静扭驱动电机，自动连续缓慢加载，扭转速度0.01～1000°/min范围内无级调速，试验开始，静扭驱动电机设备2带动设备扭矩输出端3旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键5带动主动圆柱齿轮轴试验件6旋转；中桥输出端花键连接装置10通过中桥支撑夹具组11固定在试验台基座4上，阻止主动圆柱齿轮轴试验件6中桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器1记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程。
步骤二：完成中桥驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，并获得屈服值最大值和扭转角度数据。
参阅图2、图5，中桥和后桥同时驱动工况模式下即爬坡或者脱困等需要大扭矩工况静扭试验的连接方案及试验原理。
步骤一：装置安装完成后，开动静扭驱动电机，自动连续缓慢加载，扭转速度0.01～1000°/min范围内无级调速，试验开始，静扭驱动电机设备2带动设备扭矩输出端3旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键5带动主动圆柱齿轮轴试验件6旋转；中桥输出端花键连接装置10通过中桥支撑夹具组11固定在试验台基座4上，后桥输出端花键连接装置7通过后桥支撑夹具组固定在试验台基座4上，两者共同阻止主动圆柱齿轮轴试验件6中桥和后桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器1记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程。
步骤二：完成中桥驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，并获得屈服值最大值和扭转角度数据。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置，其特征在于，包括：扭矩和旋转角度传感器（1）、静扭驱动电机设备（2）、设备扭矩输出端（3）、主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）、后桥输出端花键连接装置（7）和中桥输出端花键连接装置（10）；
所述扭矩和旋转角度传感器（1）安装在静扭驱动电机设备（2）上，用于测量施加在试验件上的扭矩值并测量旋转角度；
所述静扭驱动电机设备（2）与设备扭矩输出端（3）相连，提供静扭试验所需扭矩，所述设备扭矩输出端（3）安装在试验台基座（4）上；
所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）与设备扭矩输出端（3）的旋转端面固定相连，并与试验件输入端花键（12）连接；
所述中桥输出端花键连接装置（10）与中桥支撑夹具组（11）固定连接，所述中桥支撑夹具组（11）安装在试验台基座（4）上；
所述后桥输出端花键连接装置（7）与后桥支撑夹具组连接板（8）固定连接，所述后桥支撑夹具组连接板（8）通过后桥支撑夹具组底面支撑板（9）安装在试验台基座（4）上；
所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）、后桥输出端花键连接装置（7）和中桥输出端花键连接装置（10）同轴装配，与主动圆柱齿轮轴试验件（6）产生扭转制约关系形成扭矩，实现主动圆柱齿轮轴试验件的静扭试验；所述主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）通过内孔花键与试验件输入端花键（12）啮合；所述中桥输出端花键连接装置（10）通过内孔花键与试验件中桥输出端花键（13）啮合；所述后桥输出端花键连接装置（7）通过内孔花键试验件与后桥输出端花键（14）啮合；
所述固定连接采用紧固螺栓，所述紧固螺栓按根据需要进行相应的增设；所述试验台基座（4）上各装置均能够在试验台基座（4）上滑动调整并采用螺栓紧固。
2.一种采用如权利要求1所述的贯通桥主动圆柱齿轮轴静扭试验装置的试验方法，包括两种试验工况：中桥驱动工况模式下静扭试验、中桥和后桥同时驱动工况模式下静扭试验，所述中桥驱动工况模式下，静扭驱动电机设备（2）带动设备扭矩输出端（3）旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）带动主动圆柱齿轮轴试验件（6）旋转；中桥输出端花键连接装置（10）通过中桥支撑夹具组（11）固定在试验台基座（4）上，阻止主动圆柱齿轮轴试验件（6）中桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器（1）记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程；完成中桥驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，获得屈服值最大值和扭转角度数据。
3.根据权利要求2所述的一种试验方法，其特征在于，所述中桥和后桥同时驱动工况模式下，静扭驱动电机设备（2）带动设备扭矩输出端（3）旋转，并通过主动圆柱齿轮轴输入端花键连接装置（5）带动主动圆柱齿轮轴试验件（6）旋转；中桥输出端花键连接装置（10）通过中桥支撑夹具组（11）固定在试验台基座（4）上，后桥输出端花键连接装置（7）通过后桥支撑夹具组固定在试验台基座（4）上，两者共同阻止主动圆柱齿轮轴试验件（6）中桥和后桥输出端旋转；在试验装置的作用下，形成一端固定另一端旋转的静扭转试验效果，产生扭转力矩和扭转角度，并通过扭矩和旋转角度传感器（1）记录试验件从弹性变形到塑性屈服直至损坏断裂的全过程；完成中桥和后桥同时驱动工况模式下的试验过程，随后设备自动停机，并通过采集扭矩-角度曲线，获得屈服值最大值和扭转角度数据。
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