專利名稱：一種多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測與診斷領(lǐng)域，涉及一種用于全面、客觀、 方便地模擬齒輪設(shè)備的若干典型故障的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺。
背景技術(shù)：
齒輪裝置廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各部門。齒輪裝置的運行狀態(tài)直接影響著 企業(yè)設(shè)備及人身安全和生產(chǎn)的效益。使用科學(xué)的方法對齒輪裝置的運行狀態(tài) 進行監(jiān)測及判斷，從而了解運行質(zhì)量，防止故障發(fā)生，對企業(yè)的設(shè)備管理和 經(jīng)濟效益都具有重要的價值。作為機械故障診斷理論與實踐的重要部分，齒 輪故障診斷一開始就受到人們的重視，通過多年來基礎(chǔ)理論的研究和大量的 實踐，人們積累了不少的經(jīng)驗。齒輪故障診斷方法的研究更是設(shè)備故障診斷 中的熱點問題。各種故障診斷方法的適用范圍、優(yōu)缺點等問題都需要通過實 踐的檢驗。通過實驗裝置模擬齒輪的各種故障，進而方便地在實驗裝置上進 行各種有針對性的實驗以對診斷方法進行檢驗是很有意義的。這些年來，作為機器的重要零件的齒輪的故障實驗研究日益受到人們的重視。如果只有理論研究而沒有試驗研究，那么齒輪各種故障診斷方法的有 效性、準(zhǔn)確性、優(yōu)缺點等問題的研究就不可能建立在堅實的科學(xué)基礎(chǔ)上。目 前科研單位所用的齒輪箱試驗臺絕大多數(shù)是機械功率封閉型或電功率封閉型 運轉(zhuǎn)式齒輪試驗臺，主要用于觀測單個(或單對)齒輪某一項故障的產(chǎn)生發(fā)展過程，如仿德國FZG的CL—100齒輪試驗機，這種試驗機的特點是成本 低、便于安裝、便于觀察測量，但是用于觀察不同的故障必須更換齒輪試件， 且一次實驗只能同時觀察一種故障，不便于齒輪故障診斷方法的研究。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺的減速器機械系 統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠全面地、客觀地、方便地模擬齒輪設(shè)備的若干典型故障及其 發(fā)生發(fā)展過程，方便科研人員進行故障診斷方法的研究驗證，節(jié)省科研人員 花費用于布置實驗的時間和精力。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是一種多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，包括 一底座，底座上設(shè)置有電動 機，該電動機通過第一聯(lián)軸器連接有多故障耦合齒輪箱，多故障耦合齒輪箱 通過第二聯(lián)軸器與發(fā)電機相連，其特征在于所述的多故障耦合齒輪箱上設(shè)置有油標(biāo)，多故障耦合齒輪箱內(nèi)設(shè)有輸入 花鍵軸和輸出花鍵軸，輸入花鍵軸和輸出花鍵軸之間有過渡軸，輸入花鍵軸、 輸出花鍵軸和過渡軸三根軸不在同一平面上；輸入花鍵軸上安裝有第一花鍵 齒輪，輸出花鍵軸上安裝有第二花鍵齒輪，過渡軸上安裝有兩個齒輪構(gòu)成的 二聯(lián)齒輪以及一個三聯(lián)齒輪或多連齒輪，第一花鍵齒輪與二聯(lián)齒輪嚙合，第 二花鍵齒輪與三聯(lián)齒輪或多連齒輪嚙合，在第一花鍵齒輪與第二花鍵齒輪旁 邊還分別有第一撥叉換位裝置和第二撥叉換位裝置，在運行中，由第一、第 二撥叉換位裝置撥動二聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪或多連齒輪，即可連續(xù)模擬多種齒 輪故障。所述的輸入花鍵軸通過第一滾動軸承和第一擋油盤固定在多故障耦合齒 輪箱的箱體上；所述的輸出花鍵軸通過第二滾動軸和第二擋油盤固定在多故 障耦合齒輪箱的箱體上；過渡軸通過第三滾動軸承和第三擋油盤固定在多故 障耦合齒輪箱的箱體上。本發(fā)明的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，可以通過更換齒輪箱內(nèi)過渡軸 整套配件模擬任意齒輪故障，通過更換軸承還可以模擬軸承的各種故障。上 述二聯(lián)齒輪、三聯(lián)齒輪或多聯(lián)齒輪，經(jīng)由撥叉換位裝置在運行中連續(xù)模擬多 種故障。本發(fā)明的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，能夠較全面地、客觀地、方便 地模擬齒輪設(shè)備的若干典型故障，方便了科研人員進行故障診斷方法的研究 驗證，節(jié)省了科研人員花費用于布置實驗的時間和精力。該多故障耦合齒輪 箱模擬實驗臺，可以通過更換過渡軸整套配件模擬用戶指定的任意齒輪故障， 具有可擴展性。此外，實驗臺的造價低，外形小巧美觀，應(yīng)用價值高，便于 推廣應(yīng)用。


圖1為多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為多故障耦合齒輪箱結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是過渡軸齒輪故障分布示意圖； 圖4是撥叉換位裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施方式
參見圖l，本發(fā)明的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，包括 一底座6，底座6上設(shè)置有電動機1，該電動機1通過第一聯(lián)軸器2連接有多故障耦合齒輪箱 3，多故障耦合齒輪箱3通過第二聯(lián)軸器4與發(fā)電機5相連。所述的多故障耦合齒輪箱3上設(shè)置有油標(biāo)22。多故障耦合齒輪箱3內(nèi)設(shè)有 輸入花鍵軸21和輸出花鍵軸14，輸入花鍵軸21和輸出花鍵軸14之間有過渡軸 12，輸入花鍵軸21、輸出花鍵軸14和過渡軸12三根軸不在同一平面上；輸入 花鍵軸21上安裝有第一花鍵齒輪7，輸出花鍵軸14上安裝有第二花鍵齒輪16， 過渡軸12上安裝有兩個齒輪(9、 10)構(gòu)成的二聯(lián)齒輪以及一個三聯(lián)齒輪或多 連齒輪18，第一花鍵齒輪7與二聯(lián)齒輪嚙合，第二花鍵齒輪16與三聯(lián)齒輪或多 連齒輪18嚙合，在第一花鍵齒輪7與第二花鍵齒輪16旁邊還分別有第一撥叉換 位裝置23和第二撥叉換位裝置15。在運行中由第一、第二撥叉換位裝置撥動 二聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪或者多連齒輪，即可連續(xù)模擬多種齒輪故障。典型的模擬項目為① 齒輪齒根疲勞裂紋和斷齒模擬試驗；② 齒輪點蝕和剝落模擬試驗；③ 齒輪齒面磨損模擬試驗；④ 齒輪偏心模擬試驗。通過撥叉換位裝置在運行中可以方便地觀察齒輪正常一齒根疲勞裂紋 —斷齒；正常一點蝕一剝落；正常一齒面磨損；正常一偏心等故障的信號變 化過程。多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺還可以設(shè)置調(diào)速加載試驗系統(tǒng)和監(jiān)測 系統(tǒng)，該調(diào)速加載試驗系統(tǒng)由常用的直流電動機、調(diào)速控制柜、直流發(fā)電機、 勵磁調(diào)節(jié)器和電阻箱組成。監(jiān)測系統(tǒng)由振動加速度傳感器、電荷放大器、數(shù) 據(jù)采集卡、計算機、輸出設(shè)備組成。用于多故障耦合齒輪箱的輸入花鍵軸21、輸出花鍵軸14和過渡軸12三 根軸不在同一平面上，拆卸多故障耦合齒輪箱3的箱蓋后，多故障耦合齒輪 箱3只暴露給試驗操作者過渡軸12上的齒輪、擋油盤、軸承，試驗操作者通 過更換過渡軸整套配件(如軸、齒輪、擋油盤、軸承)就可以方便的模擬各 種類型的齒輪故障，操作時針對性強。當(dāng)多故障耦合齒輪箱3在更換過渡軸12時，其它兩根軸固定狀態(tài)不變化， 更換過渡軸后不需要調(diào)整這兩根軸的軸向位置，更換過程較簡便。當(dāng)拆卸箱 蓋更換過渡軸的故障齒輪時，只需要卸下過渡軸上的軸承旁螺栓和過渡軸12 上的端蓋，拆卸過程較短。反之，當(dāng)合上多故障耦合齒輪箱3的箱蓋時，也 只需較短的裝配時間。齒輪箱的上述三根軸在空間布置，橫向尺寸小，結(jié)構(gòu) 緊湊。齒輪箱過渡軸上與輸入花鍵軸(高速軸)上齒輪可配合的齒輪有兩個 (9、 10)，與輸出花鍵軸(低速軸)上齒輪可配合的齒輪有三個，構(gòu)成三聯(lián) 齒輪18， 二聯(lián)、三聯(lián)或多聯(lián)齒輪經(jīng)由撥叉換位裝置在運行中連續(xù)模擬多種故 障；通過撥叉裝置撥動齒輪的組合結(jié)果，可以方便的觀察齒輪的各種故障信號既可以觀察單對齒輪嚙合的故障信號，也可以觀察兩對齒輪嚙合的故障 合成信號，還可以觀察齒輪從正常到發(fā)生故障的信號變化過程。模擬齒輪從正常到發(fā)生故障的信號變化過程參見圖3，目卩正常一齒根 疲勞裂紋一斷齒；正常一點蝕一剝落；正常一齒面磨損；正常一偏心等故障 的變化過程。撥叉換位裝置采用擺動式，如圖4所示。手柄30經(jīng)手柄軸29、擺桿28， 通過銷軸27使滑塊26撥動被操縱件一滑移齒輪25沿傳動軸24作軸向滑移， 即通過擺桿一滑塊來撥動被操縱件，這種操作方式結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用普遍。操 縱機構(gòu)靠手柄座上的鋼球來定位，鋼球在彈簧作用下壓入定位坑中實現(xiàn)定位。 鋼球定位的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造容易。整套試驗裝置配套加工的齒輪、 軸等零件少，成本低，試驗操作效率高。
權(quán)利要求
1.一種多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，包括一底座(6)，底座(6)上設(shè)置有電動機(1)，該電動機(1)通過第一聯(lián)軸器(2)連接有多故障耦合齒輪箱(3)，多故障耦合齒輪箱(3)通過第二聯(lián)軸器(4)與發(fā)電機(5)相連，其特征在于所述的多故障耦合齒輪箱(3)上設(shè)置有油標(biāo)(22)，多故障耦合齒輪箱(3)內(nèi)設(shè)有輸入花鍵軸(21)和輸出花鍵軸(14)，輸入花鍵軸(21)和輸出花鍵軸(14)之間有過渡軸(12)，輸入花鍵軸(21)、輸出花鍵軸(14)和過渡軸(12)三根軸不在同一平面上；輸入花鍵軸(21)上安裝有第一花鍵齒輪(7)，輸出花鍵軸(14)上安裝有第二花鍵齒輪(16)，過渡軸(12)上安裝有兩個齒輪(9、10)構(gòu)成的二聯(lián)齒輪以及一個三聯(lián)齒輪或多連齒輪(18)，第一花鍵齒輪(7)與二聯(lián)齒輪嚙合，第二花鍵齒輪(16)與三聯(lián)齒輪或多連齒輪(18)嚙合，在第一花鍵齒輪(7)與第二花鍵齒輪(16)旁邊還分別有第一撥叉換位裝置(23)和第二撥叉換位裝置(15)，在運行中由第一、第二撥叉換位裝置撥動二聯(lián)齒輪或三聯(lián)齒輪或者多連齒輪，即可連續(xù)模擬多種齒輪故障。
2. 如權(quán)利要求l所述的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，其特征在于，所 述的輸入花鍵軸(21)通過第一滾動軸承(8)和第一擋油盤(20)固定在多 故障耦合齒輪箱(3)的箱體上；所述的輸出花鍵軸(14)通過第二滾動軸承(13)和第二擋油盤(17)固定在多故障耦合齒輪箱(3)的箱體上；過渡軸 (12)通過第三滾動軸承(11)和第三擋油盤(19)固定在多故障耦合齒輪 箱(3)的箱體上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測與診斷領(lǐng)域的多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺，能夠全面地、客觀地、方便地模擬齒輪設(shè)備的若干典型故障，如偏心、點蝕、剝落、齒面均勻磨損、齒根疲勞裂紋和斷齒等；通過撥叉換位機構(gòu)撥動齒輪的組合排列結(jié)果，還可以在運行中連續(xù)地觀察兩對齒輪的耦合故障信號以及齒輪從正常到發(fā)生故障的信號變化過程。此外，通過在軸承上設(shè)置故障，還可以模擬軸承故障以及齒輪—軸承耦合故障。大大方便了科研人員進行故障診斷方法的研究驗證過程，縮短了理論運用到實踐的時間，也節(jié)省了科研人員花費用于布置實驗的時間和精力。此外，該多故障耦合齒輪箱模擬實驗臺還可運用于教學(xué)實踐中，提高學(xué)習(xí)認(rèn)知水平。
文檔編號G01M13/02GK101246082SQ200810017578
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者吳芳基, 屈梁生, 沈玉娣 申請人:西安交通大學(xué)