CN113984545B - 一种多齿啮合光弹仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多齿啮合光弹仪，包括扭矩加载组件和升降组件，扭矩加载组件，包括装载平台、装载盖、轴，装载平台使用螺栓及螺母与装载盖通过通孔一进行固定连接，装载平台与装载盖都开有长方形通孔，装载平台中间设有轴限位孔；轴依次设有四轴段，分别是轴段一、定位轴肩、偏心轴端、轴段四；所述轴设置于轴限位孔升降组件中导轨底面与底座两端的凹槽配合；第一丝杠和第二丝杠底端与底座中间的凹槽配合，第一丝杠顶端与第一带轮进行键连接，第一带轮落在第一丝杠顶端的薄层凸台上，并与第二带轮通过同步带进行同步传动。本发明突破现有拉压加载形式，为啮合零件光测应力实验分析提供技术支持，适用广泛，使用方便灵活，且成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及光测弹性力学领域，具体是一种多齿啮合光弹仪。
背景技术
光测弹性学方法是一种将光学与力学相结合进行应力分析的实验技术，是测试试件承受载荷时全场应力的有效方法，将所分析的对象用透明的应力双折射材料制作成待测模型，并将模型置于光弹仪光照范围内，从而能得到反映全场应力分布的干涉条纹图，利用干涉条纹，能够迅速确定边界应力，并对全场应力进行分析，进一步得出定量计算结果。利用光弹性法，可以测定形状及受力复杂结构的应力，不仅可以准确地分析平面问题，而且能够有效地解决三维问题。在光弹性实验中，受力结构上应力分布的规律和特点可以通过干涉条纹的分布直观地显示出来。
现有透射性光弹仪的加载方式为拉、压形式，可以检测承受拉、压载荷时试样的应力分布，但齿轮传动、摆线针轮传动为扭转加载形式，目前在测试齿轮多齿啮合时，不同啮合位置的应力分布及变化的测试存在困难。这种技术局限极大的限制了光弹仪的适用范围，严重阻碍了光弹仪在精密设备制造、分析的发展和应用。
另一方面，现有光弹仪中偏振片、1/4玻片位置固定，在使用中难以调整，且成本较高。
发明内容
本发明针对上述问题提出一种多齿啮合光弹仪，适用于测试扭转加载时的试样应力分布，尤其适用于齿轮传动、摆线针轮传动等多齿啮合的机构应力测试；方便调整玻片位置。
本发明的目的可以通过以下技术实现：一种多齿啮合光弹仪，包括扭矩加载组件和升降组件，所述扭矩加载组件，包括装载平台、装载盖、轴，所述装载平台使用螺栓及螺母与装载盖通过通孔一进行固定连接，装载平台与装载盖都开有长方形通孔，长方形通孔两侧设有方形凹槽，装载平台中间设有轴限位孔；所述轴依次设有四轴段，分别是轴段一、定位轴肩、偏心轴端、轴段四；所述轴设置于轴限位孔；
所述升降组件，包括四根导轨、升降加载平台、第一丝杠、第二丝杠，所述导轨底面与底座两端的凹槽配合，所述第一丝杠和第二丝杠底端与底座中间的凹槽配合，第一丝杠顶端与第一带轮进行键连接，第一带轮落在第一丝杠顶端的薄层凸台上，并与第二带轮通过同步带进行同步传动，第二带轮落于第二丝杠的顶端薄层凸台上，第二丝杠顶端与第二联轴器使用键连接，第二联轴器另一端与第二电机的输出轴通过键连接，所述升降加载平台两边有凹槽二，与导轨尺寸相同，与导轨顶端配合，升降加载平台内部开有和装载平台上长方形通孔相匹配的长方形通孔二。
进一步的所述轴限位孔包括凹槽三，轴承槽一，轴承槽二，方形通孔，第一电机置于凹槽三内，所述第一电机输出轴与第一联轴器进行键连接，所述第一联轴器置于装载平台的方形通孔内，所述第一联轴器另一端与轴轴段四进行键连接，所述轴与第一轴承配合于轴段四，所述第一轴承与装载平台配合于轴承槽二，所述轴偏心轴端使用第三轴承与分析对象摆线轮模型或其他齿轮模型中心连接，所述轴与第二轴承配合于轴段一，所述第二轴承与装载平台配合于轴承槽一。
进一步的，所述装载平台与外轮模型两侧伸出的凸台配合于方形凹槽固定，装载平台和装载盖有通孔二与导轨配合，装载平台设有与第一丝杠和第二丝杠所搭配使用的套筒尺寸相同的孔，并进行配合，装载平台有螺纹孔使第一丝杠和第二丝杠配合的套筒使用螺钉固定在装载平台底面。
进一步的第一联轴器使用螺栓或螺钉将前后两部分进行可拆卸固定连接；第二联轴器使用螺栓或螺钉将前后两部分进行可拆卸固定连接，装载平台上设有电机连接孔一，第一电机与装载平台通过螺钉进行连接；第二电机使用螺钉连接在升降加载平台的电机连接孔二并限位于通孔三。
进一步的，还包括光测组件，所述光测组件包括光具座，光具座设有滑道，滑道中设有若干滑块，光源、起偏器、第一1/4玻片、第二1/4玻片、检偏器、成像接收装置依次固定在光具座的不同滑块上。
进一步的，所述分析对象摆线轮模型或其他齿轮分析模型以及与其搭配的外轮模型，由具有应力双折射透明材料制成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）对分析模型施加扭矩加载，通过光测弹性力学得出在多齿啮合条件下的应力分布情况；
（2）利用升降组件可实现不同型号分析模型的位置调整，使啮合部位位于光测范围内，保证实验效果；
（3）利用光具座的滑块可由实验需要调整各光学原件的位置，得到更为明显的实验效果。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明加载装置结构示意图；
图3为扭矩加载组件示意图；
图4为升降组件示意图；
图5为分析模型配合原理图；
图6为装载平台具体结构图；
图7为外轮模型具体结构图；
图8为轴具体结构图；
图9为升降加载平台底面具体结构图；
图中，1：光具座，2：光源，3：起偏器，4：第一1/4玻片，5：第二1/4玻片，6：检偏器，7：成像接收装置，8：底座，9：导轨，10：装载平台，11：装载盖，12：分析对象摆线轮模型，13：外轮模型，14：螺栓，15：螺母，16：第一电机，17：第一联轴器，18：第一轴承，19：轴，20：第二轴承，21：升降加载平台，22：同步带，23：第一带轮，24：第一丝杠，25：第二丝杠，26：第二带轮，27：第二联轴器，28：第二电机；29：第三轴承，1001：通孔二，1002：孔，1003：螺纹孔，1004：通孔一，1005：长方形通孔，1006：轴承槽一，1007：轴承槽二，1008：方形通孔，1009：电机连接孔一，1010：凹槽三；1011: 方形凹槽，1301：凸台，1901：轴段一，1902：定位轴肩，1903：偏心轴端，1904：轴段四；2101：凹槽二，2102：通孔三，2103：电机连接孔二，2104：长方形通孔二。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。本实施例以本发明技术方案为前提进行，给出了具体的实施方案和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
如图1-图9所示，图3为扭矩加载组件，用于对模型进行扭矩加载，模拟研究对象啮合时的过程，图4为升降组件，用于调整扭矩加载组件高度，以保证啮合部位位于光测范围内。
将分析对象摆线轮模型12通过第三轴承29安装在轴19对应偏心轴端1903位置，将第一轴承18安装在轴19的轴段四1904.第二轴承20安装在轴19的轴段一1901。
将轴19配合第一联轴器17所用的键安装在轴19的轴段四1904键槽内，第一联轴器17前半部分与后半部分用螺钉连接紧固后，第一联轴器17键槽与轴19的轴段四1904进行键连接。
外轮模型13两侧的方形凸台1301对应装载平台10长方形通孔1005两侧的方形凹槽1011配合限位，限制外轮模型13自由度，使外轮模型13位于装载平台10的长方形通孔1005内。
装配完毕的轴19、第一轴承18、分析对象摆线轮模型12、第二轴承20、第一联轴器17、第三轴承29，穿过外轮模型13，安装在装载平台10的对应凹槽位置，此时第一轴承18与装载平台10的轴承槽二1007配合，第二轴承20与装载平台10的轴承槽一1006配合，分析对象摆线轮模型12与外轮模型13处于同一竖直平面且位于装载平台10的长方形通孔1005内，第一联轴器17位于装载平台10的方形通孔1008内，利用轴19的轴肩1902及装载平台10轴承槽一1006及轴承槽二1007，可限制轴19的自由度。
将第一电机16与第一联轴器17进行键连接，并使用螺钉将第一电机16螺纹孔与装载平台10的电机连接孔一1009进行固定连接。使用螺栓14和螺母15等六对螺栓螺母穿过装载平台10和装载盖11的通孔一1004进行紧固连接。
以上操作完成扭矩加载组件的安装，本发明采用步进电机直接驱动轴，除此之外，可利用蜗轮蜗杆传动来驱动轴，也可利用双蜗杆传动驱动轴。
导轨9等四根导轨及第一丝杠24、第二丝杠25的一端与底座8凹槽分别进行配合。将第一丝杠24及第二丝杠25的套筒套入丝杠，导轨9等四条导轨穿过装载平台10和装载盖11的通孔二1001，第一丝杠24和第二丝杠25的套筒外径与装载平台10的通孔二1001进行配合，使用螺钉将套筒螺纹孔和装载平台10的螺纹孔1003进行紧固连接，将两套筒固定在装载平台10上。
第一丝杠24的薄凸台上方有键槽，将键放置键槽内，并将第一带轮23与第一丝杠24进行键连接，并将第一带轮23放置于第一丝杠24的薄凸台上，防止带轮因重力原因掉落；同上，第二丝杠25的薄凸台上方有键槽，将键放置键槽内，并将第二带轮26与第二丝杠25进行键连接，将第二带轮26放置于第二丝杠25的薄凸台上，防止带轮因重力原因掉落。
将同步带22的齿槽对应带轮齿连接第一带轮23和第二带轮26。使用螺钉将第二联轴器27前半部分与后半部分进行紧固连接。将第二联轴器27的键槽与第二丝杠25的键进行键连接。第二电机28通过对应升降加载平台21的通孔三2102，并使用螺钉将第二电机28的螺纹孔与升降加载平台21的电机连接孔二2103进行紧固连接。将升降加载平台21底面的凹槽二2101对应导轨9等四根导轨顶端进行配合安装，并将第二电机28输出轴与第二联轴器27另一侧进行键连接。
此时整体多齿啮合光弹仪已安装完毕，当第二电机28转动时，通过第二联轴器27带动第二丝杠25转动，并利用与第二丝杠25上的第二带轮26和同步带22带动第一带轮23，进一步带动第一丝杠24，使两根丝杠进行同步转动，转动时丝杠上的套筒可沿丝杠上下移动，带动与套筒连接的加载平台上下移动，以调整扭矩加载组件高度，保证啮合部位位于光测范围内。
所述多齿啮合光弹仪在使用时，分析对象摆线轮模型12或其他齿轮分析模型与其搭配的外轮模型13，需要由具有应力双折射材料制成，即在应力作用下能体现双折射效应的材料，用以反应应力分布。
本***的光测组件，与扭矩加载组件和升降组件分体，放置在两底座中间，光测组件包括光具座1，光具座1设有滑道，滑道中设有若干滑块，光源2、起偏器3、第一1/4玻片4、第二1/4玻片5、检偏器6、成像接收装置7依次固定在光具座1的不同滑块上。可沿光具座进行滑动调整位置。
本发明突破现有拉压加载形式，为啮合零件光测应力实验分析提供技术支持，适用广泛，使用方便灵活，且成本较低。
Claims (6)
1.一种多齿啮合光弹仪，包括扭矩加载组件和升降组件，其特征在于，所述扭矩加载组件，包括装载平台（10）、装载盖（11）、轴（19），所述装载平台（10）使用螺栓（14）及螺母（15）与装载盖（11）通过通孔一（1004）进行固定连接，装载平台（10）与装载盖（11）都开有长方形通孔（1005），长方形通孔（1005）两侧设有方形凹槽（1011），装载平台（10）中间设有轴（19）限位孔；所述轴（19）依次设有四轴段，分别是轴段一（1901）、定位轴肩（1902）、偏心轴端（1903）、轴段四（1904）；所述轴设置于轴限位孔，所述轴（19）与第一轴承（18）配合于轴段四（1904），所述第一轴承（18）与装载平台（10）配合于轴承槽二（1007），所述轴（19）偏心轴端（1903）使用第三轴承（29）与分析对象摆线轮模型（12）或其他齿轮模型中心连接，所述轴（19）与第二轴承（20）配合于轴段一（1901），所述第二轴承（20）与装载平台（10）配合于轴承槽一（1006），所述装载平台（10）与外轮模型（13）两侧伸出的凸台（1301）配合于方形凹槽（1011）固定；
所述升降组件，包括四根导轨（9）、升降加载平台（21）、第一丝杠（24）、第二丝杠（25），所述导轨（9）底面与底座（8）两端的凹槽配合，所述第一丝杠（24）和第二丝杠（25）底端与底座（8）中间的凹槽配合，第一丝杠（24）顶端与第一带轮（23）进行键连接，第一带轮（23）落在第一丝杠（24）顶端的薄层凸台上，并与第二带轮（26）通过同步带（22）进行同步传动，第二带轮（26）落于第二丝杠（25）的顶端薄层凸台上，第二丝杠（25）顶端与第二联轴器（27）使用键连接，第二联轴器（27）另一端与第二电机（28）的输出轴通过键连接，所述升降加载平台（21）两边有凹槽二（2101），与导轨（9）尺寸相同，与导轨（9）顶端配合，升降加载平台（21）内部开有和装载平台（10）上长方形通孔（1005）相匹配的长方形通孔二（2104）。
2.根据权利要求1所述的一种多齿啮合光弹仪，其特征在于，所述轴限位孔包括凹槽三（1010）轴承槽一（1006），轴承槽二（1007），方形通孔（1008），第一电机（16）置于凹槽三（1010）内，所述第一电机（16）输出轴与第一联轴器（17）进行键连接，所述第一联轴器（17）置于装载平台（10）的方形通孔（1008）内，所述第一联轴器（17）另一端与轴（19）轴段四（1904）进行键连接。
3.根据权利要求1所述的一种多齿啮合光弹仪，其特征在于，所述装载平台（10）和装载盖（11）有通孔二（1001）与导轨（9）配合，装载平台（10）设有与第一丝杠（24）和第二丝杠（25）所搭配使用的套筒尺寸相同的孔（1002），并进行配合，装载平台（10）有螺纹孔（1003）使第一丝杠（24）和第二丝杠（25）配合的套筒使用螺钉固定在装载平台（10）底面。
4.根据权利要求1所述的一种多齿啮合光弹仪，其特征在于，第一联轴器（17）使用螺栓或螺钉将前后两部分进行可拆卸固定连接，第二联轴器（27）使用螺栓或螺钉将前后两部分进行可拆卸固定连接；装载平台（10）上设有电机连接孔一（1009），第一电机（16）与装载平台（10）通过螺钉进行连接；第二电机（28）使用螺钉连接在升降加载平台（21）的电机连接孔二（2103）并限位于通孔三（2102）。
5.根据权利要求1所述的一种多齿啮合光弹仪，其特征在于，还包括光测组件，所述光测组件包括光具座（1），光具座（1）设有滑道，滑道中设有若干滑块，光源（2）、起偏器（3）、第一1/4玻片（4）、第二1/4玻片（5）、检偏器（6）、成像接收装置（7）依次固定在光具座（1）的不同滑块上。
6.根据权利要求1所述的一种多齿啮合光弹仪，其特征在于，所述分析对象摆线轮模型（12）或其他齿轮分析模型以及与其搭配的外轮模型（13），由具有应力双折射透明材料制成。
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