[发明专利]齿轮齿根弯曲疲劳耐久性测试方法及测试装置

摘要

本发明公开的齿轮齿根弯曲疲劳耐久性测试装置，包括贴合于待测齿轮齿根的应变片以及与待测齿轮形状相适应的压片，压片压合入待测齿轮齿槽中，压片与待测齿轮之间设置有硅橡胶垫；还包括套合于待测齿轮齿面的贴片样板；应变片通过引线与滑环相连，滑环通过导线连接有应变仪。本发明公开的测试的方法，包括确定最大应力点区域、制作贴片样板、制作压片、应变片粘贴与防护、计算采样频率、耐久性测试和数据处理七个步骤。该测试方法能够准确进行齿轮产品的疲劳耐久性数据，为齿轮传动装置提供设计和使用依据；该测试装置能够实现对于不同工况不同尺寸的齿轮的齿根弯曲疲劳耐久性测试，结构简单，操作方便，测试结果准确。

主权项

齿轮齿根弯曲疲劳耐久性测试方法，其特征在于，使用的测试装置结构如下：包括贴合于待测齿轮(1)齿根的应变片(5)以及与待测齿轮(1)形状相适应的压片(7)，所述压片(7)压合入所述待测齿轮(1)齿槽中，所述压片(7)与所述待测齿轮(1)之间设置有硅橡胶垫(6)；还包括套合于待测齿轮(1)齿面的贴片样板(4)；所述应变片(5)通过引线(8)与滑环(9)相连，所述滑环(9)通过导线(11)连接有应变仪(10)；具体包括如下步骤：第一步，确定最大应力点区域1.1根据待测齿轮(1)的参数进行几何建模，再对所建模型进行有限元分析，初步确定待测齿轮(1)齿根处应力集中区域(102)；1.2根据步骤1.1所建模型的配对齿轮与待测齿轮(1)齿面的廓线交点确定待测齿轮(1)贴片上限位置A，保证在测试过程中配对齿轮(2)的齿顶不会触碰应变片(5)，再以待测齿轮(1)齿槽中点B点至所述上限位置A点之间的区域作为贴片区；1.3将步骤1.2确定的贴片区，按照递增方式，划分为多个层级，设计制作初步样板(3)，初步样板(3)的底部设置有台阶(301)，不同的台阶(301)依次对应不同的上述层级；初步样板(3)与被测齿轮(1)的齿面(101)贴合，然后以每一个所述台阶(301)为基准，粘贴一个应变片(5)，加载静态测试，测得的应变片(5)应变值最大的台阶对应的层级即为待测齿轮(1)齿根处的最大应力点区域；第二步，制作贴片样板根据第一步确定的待测齿轮(1)齿根处的最大应力点区域，找出与最大应力点相对应的初步样板(3)的台阶(301)，并将该台阶(301)作为贴片样板的下部边沿，依照初步样板(3)的形状尺寸制作贴片样板(4)；第三步，制作压片按照待测齿轮(1)齿槽廓线内等距的方式制作压片(7)；第四步，应变片粘贴与防护将步骤1.2找到的待测齿轮(1)的最大应力点区域进行打磨、清洗、干燥处理，再将第二步制作的贴片样板(4)贴合至待测齿轮(1)，将应变片(5)粘贴于贴片样板(4)下沿处的所述最大应力点区域，再将硅橡胶垫(6)塞入待测齿轮(1)的齿槽内，之后通过压片(7)将应变片(5)压紧，然后加热、固化，以使应变片(5)牢固地贴合在贴片区；第五步，计算采样频率根据待测齿轮(1)的几何参数和测试时的转速，并利用公式$f_0=\frac{C_{b1}}{l}\×\frac{n}{60}$计算待测齿轮(1)的单齿啮合测试信号频率f₀；其中l根据如下公式确定：$l=\sqrt{{r_{a1}}^2-{r_{b1}}^2}-\sqrt{{r_{a2}}^2-{r_{b2}}^2}+asin\mathrm{\α}$以上公式中：r_a1——待测齿轮(1)的齿顶圆半径；r_b1——待测齿轮(1)的基圆半径；r_a2——配对齿轮(2)的齿顶圆半径；r_b2——配对齿轮(2)的基圆半径；a——待测齿轮(1)与配对齿轮(2)的传动中心距；α——待测齿轮(1)的压力角；C_b1——待测齿轮(1)的基圆周长；n——待测齿轮(1)的转速；f₀——待测齿轮(1)的单齿啮合测试信号频率；f_s——采样频率；第六步，耐久性测试将粘贴好的应变片(5)通过引线(8)与滑环(9)连接，并将滑环(9)接入到应变仪(10)，将待测齿轮(1)装在试验台上进行动态加载，并按照循环次数N进行疲劳耐久性测试，获得应力S和循环次数N的测试数据；第七步，数据处理将第六步得到的测试数据，按照疲劳损伤理论进行分析，获得待测齿轮(1)的齿根弯曲疲劳耐久性结果，即N‑S曲线。