CN103335846A - 四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机。所述曲轴的四个曲拐上分别安装滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各支承在两个滚动轴承上，四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ与其它四组零部件的连接方式相同，其中，高频摆动轴Ⅰ的一端与试验关节轴承Ⅰ的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ的外圈与加载液压缸Ⅰ固联；插入高频摆动轴Ⅰ滑动轴承Ⅰ孔内的连杆Ⅰ的圆柱套筒与曲轴滑动轴瓦Ⅰ的外圆配合。本发明的带有四个曲拐的曲轴为动平衡结构，故冲击小、噪音低。可同时对四个关节轴承进行疲劳试验，工作效率高，也可进行比对疲劳试验。本发明的摆动频率可达70～80Hz，可满足高频摆动航空关节轴承疲劳试验的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机。
背景技术
关节轴承是一种特殊结构的滑动轴承，主要是由一个带外球面的内圈和一个带内球面的外圈组成。关节轴承因具有转动灵活、免维护、结构紧凑、易于装拆、承载能力大、寿命长等诸多优点，被广泛应用于航空飞行器摆动构件连接。
航空飞行器在飞行过程中，任何组成构件的失效都会造成灾难性后果。因此对航空飞行器组成构件服役寿命的确定是一项非常严肃而重要的工作。为了准确的确定航空飞行器组成构件的服役寿命，通常做法是对航空飞行器组成构件进行模拟真实工况条件下的疲劳试验，再把通过试验求得的疲劳寿命除以一个安全系数即为航空飞行器组成构件的服役寿命。
关节轴承作为航空飞行器的重要组成构件之一，也必须进行模拟真实工况条件下的疲劳试验。有些航空飞行器上的关节轴承摆动频率很高（30～70Hz），而我国目前使用的关节轴承疲劳试验机多采用曲柄滑块机构，因该机构难以实现运动构件的动平衡，故其最高摆动频率一般不超过20Hz，无法满足高频摆动航空关节轴承疲劳试验的要求，严重制约了国产高频摆动航空关节轴承的发展。
发明内容
为了克服现有的采用曲柄滑块机构的关节轴承疲劳试验机存在的上述不足，本发明提供一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机。该发明带有四个曲拐的曲轴为动平衡结构，曲轴本身产生的离心惯性力和离心惯性力矩在曲轴本身得到平衡。四个曲柄摆块机构的运动接近对称方式，这样四根连杆运动过程中产生的惯性载荷相互抵消了大部分，故冲击小、噪音低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机，包括滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、滑动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、联轴器和电机，所述支承在两个滚动轴承Ⅰ、Ⅱ上的带有四个曲拐的曲轴的一端通过联轴器与电机相连。曲轴的四个曲拐上分别安装滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ，四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各支承在两个滚动轴承上，四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ与四个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、四个加载液压缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ以及四个滑动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ孔内的四个连杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的圆柱套筒与曲轴四个曲拐的滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的连接方式相同，其中，高频摆动轴Ⅰ的一端与试验关节轴承Ⅰ的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ的外圈与加载液压缸Ⅰ固联，插入高频摆动轴Ⅰ的滑动轴承Ⅰ孔内的连杆Ⅰ的圆柱套筒与曲轴滑动轴瓦Ⅰ的外圆配合。
所述曲轴的四个曲拐交错布置，即第一个曲拐向上即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上，第二个曲拐向下即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下，第三个曲拐向上即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上，第四个曲拐向下即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下。
所述四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的轴线均与曲轴轴线位于同一平面内，且彼此平行。
所述四个连杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线对称于圆柱套筒两端面的对称平面。
本发明与现有技术相比具有如下优点：ⅰ.本发明的带有四个曲拐的曲轴为动平衡结构，即在曲轴高速转动过程中，曲轴本身产生的离心惯性力和离心惯性力矩在曲轴本身得到平衡，曲轴的支承轴承不会受到该离心惯性力和离心惯性力矩作用。ⅱ.四个曲柄摆块机构的运动接近对称方式，即当两根连杆垂直于纸面向上摆动时，另两根连杆垂直于纸面向下摆动；当两根连杆沿纸面向上平动时，另两根连杆沿纸面向下平动，这样四根连杆运动过程中产生的惯性载荷相互抵消了大部分，故冲击小、噪音低。ⅲ.可以同时对四个关节轴承进行疲劳试验，提高了工作效率。ⅳ.由于同时进行疲劳试验的关节轴承的工况条件完全相同，故可对不同生产批次、不同生产厂家的关节轴承进行比对疲劳试验。该发明的摆动频率可达70～80Hz，可满足高频摆动航空关节轴承疲劳试验的要求。
附图说明
附图为四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机工作状态俯视剖面示意图。
在附图中，1.加载液压缸Ⅰ，2.高频摆动轴Ⅰ，3.连杆Ⅰ，4.滑动轴承Ⅰ，5、34.滚动轴承Ⅴ、Ⅵ，6、12.滚动轴承Ⅲ、Ⅳ，7.高频摆动轴Ⅱ，8.连杆Ⅱ，9.滑动轴承Ⅱ，10.加载液压缸Ⅱ，11.试验关节轴承Ⅱ，13.滑动轴瓦Ⅳ，14、31.滚动轴承Ⅰ、Ⅱ，15.联轴器，16.电机（或液压马达），17、23.滚动轴承Ⅶ 、Ⅷ，18.试验关节轴承Ⅲ，19.加载液压缸Ⅲ，20.高频摆动轴Ⅲ，21.连杆Ⅲ，22.滑动轴承Ⅲ，24、30.滚动轴承Ⅸ、Ⅹ，25.滑动轴承Ⅳ，26.连杆Ⅳ，27.高频摆动轴Ⅳ，28.加载液压缸Ⅳ，29.试验关节轴承Ⅳ，32.曲轴，33.滑动轴瓦Ⅰ，35.试验关节轴承Ⅰ，36.滑动轴瓦Ⅱ，37.滑动轴瓦Ⅲ。
具体实施方式
实施例
在附图所示的一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机工作状态示意图，支承在两个滚动轴承Ⅰ、Ⅱ（14、31）上的带有四个曲拐的曲轴32的一端通过联轴器15与电机16相连，曲轴32的左侧第一个曲拐上安装滑动轴瓦Ⅰ33，曲轴32的左侧第二个曲拐上安装滑动轴瓦Ⅱ 36，曲轴32的左侧第三个曲拐上安装滑动轴瓦Ⅲ37，曲轴32的左侧第四个曲拐上安装滑动轴瓦Ⅳ13。曲轴32的四个曲拐交错布置，即第一个曲拐向上（曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上）、第二个曲拐向下（曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下）、第三个曲拐向上（曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上）、第四个曲拐向下（曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下）。高频摆动轴2支承在滚动轴承Ⅴ、Ⅵ（5、34）上，高频摆动轴Ⅰ2的一端与试验关节轴承Ⅰ35的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ35的外圈与加载液压缸Ⅰ1固联，高频摆动轴Ⅰ2上有一个轴线与高频摆动轴Ⅰ2轴线共面且相互垂直的滑动轴承安装孔，孔内安装滑动轴承Ⅰ4。高频摆动轴Ⅱ7支承在滚动轴承Ⅲ、Ⅳ（6、12）上，高频摆动轴Ⅱ7的一端与试验关节轴承Ⅱ11的内圈固联，试验关节轴承Ⅱ11的外圈与加载液压缸Ⅱ10固联，高频摆动轴Ⅱ7上有一个轴线与高频摆动轴Ⅱ7轴线共面且相互垂直的滑动轴承安装孔，孔内安装滑动轴承Ⅱ9。高频摆动轴Ⅲ20支承在滚动轴承Ⅶ 、Ⅷ（17、23）上，高频摆动轴Ⅲ20的一端与试验关节轴承Ⅲ18的内圈固联，试验关节轴承Ⅲ18的外圈与加载液压缸Ⅲ19固联，高频摆动轴Ⅲ20上有一个轴线与高频摆动轴Ⅲ20轴线共面且相互垂直的滑动轴承安装孔，孔内安装滑动轴承Ⅲ22。高频摆动轴Ⅳ27支承在滚动轴承Ⅸ、Ⅹ（24、30）上，高频摆动轴Ⅳ27的一端与试验关节轴承Ⅳ29的内圈固联，试验关节轴承Ⅳ29的外圈与加载液压缸Ⅳ28固联，高频摆动轴Ⅳ27上有一个轴线与高频摆动轴Ⅳ27轴线共面且相互垂直的滑动轴承安装孔，孔内安装滑动轴承Ⅳ25。连杆Ⅰ3由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线位于圆柱套筒两端面的对称平面内，连杆Ⅰ3的圆柱套筒的内孔与安装在曲轴32上的滑动轴瓦Ⅰ33外圆配合，连杆Ⅰ3的圆柱杆插入安装在高频摆动轴2上的滑动轴承Ⅰ4的内孔中。连杆Ⅱ8由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线位于圆柱套筒两端面的对称平面内，连杆Ⅱ8的圆柱套筒的内孔与安装在曲轴32上的滑动轴瓦Ⅲ37外圆配合，连杆Ⅱ8的圆柱杆插入安装在高频摆动轴Ⅱ7上的滑动轴承Ⅱ9的内孔中。连杆Ⅲ21由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线位于圆柱套筒两端面的对称平面内，连杆Ⅲ21的圆柱套筒的内孔与安装在曲轴32上的滑动轴瓦Ⅳ13外圆配合，连杆Ⅲ21的圆柱杆插入安装在高频摆动轴Ⅲ20上的滑动轴承Ⅲ22的内孔中。连杆Ⅳ26由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线位于圆柱套筒两端面的对称平面内，连杆Ⅳ26的圆柱套筒的内孔与安装在曲轴32上的滑动轴瓦Ⅱ36外圆配合，连杆Ⅳ26的圆柱杆插入安装在高频摆动轴Ⅳ27上的滑动轴承Ⅳ25的内孔中。
本发明的工作原理如下：
曲轴Ⅳ、曲轴上的一个曲拐、一根连杆、一根高频摆动轴和与它们配合的滚动轴承、滑动轴承、滑动轴瓦共同构成一个曲柄摆块机构，其中曲轴32、曲轴上的一个曲拐构成曲柄摆块机构的曲柄，高频摆动轴为曲柄摆块机构的摆块。曲轴32、四根连杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（3、8、21、26）、四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）和与它们配合的滚动轴承、滑动轴承、滑动轴瓦共同构成四个曲柄摆块机构。当电机16（或液压马达）通过联轴器15带动曲轴32高速转动时，通过四个曲柄摆块机构使四个高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）绕自身轴线高频往复回转摆动，固联在四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）端部的四个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（35、11、18、29）的内圈也将随之高频往复回转摆动，与四个加载液压缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）固联的四个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）的外圈由于受到加载液压缸的限制而固定不动，这样就实现了试验关节轴承的内圈相对于外圈的高频往复回转摆动，四个加载液压缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（1、10、19、28）给四个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（2、7、20、27）的外圈施加拉力或压力，所施加的拉力或压力的大小由液压系统进行控制。
Claims (4)
1.一种四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机，包括滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、滑动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、联轴器和电机，其特征是：支承在两个滚动轴承Ⅰ、Ⅱ上的带有四个曲拐的曲轴的一端通过联轴器与电机相连，曲轴的四个曲拐上分别安装滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ，高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各支承在两个滚动轴承上，四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ与四个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、四个加载液压缸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ以及四个滑动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ孔内的四个连杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的圆柱套筒与曲轴四个曲拐的滑动轴瓦Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的连接方式相同，其中，高频摆动轴Ⅰ的一端与试验关节轴承Ⅰ的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ的外圈与加载液压缸Ⅰ固联；插入高频摆动轴Ⅰ滑动轴承Ⅰ孔内的连杆Ⅰ的圆柱套筒与曲轴滑动轴瓦Ⅰ的外圆配合。
2.根据权利要求1所述的四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机，其特征是：所述曲轴的四个曲拐交错布置，即第一个曲拐向上即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上，第二个曲拐向下即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下，第三个曲拐向上即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝上，第四个曲拐向下即曲拐轴线与曲轴轴线的偏心距朝下。
3.根据权利要求1或2所述的四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机，其特征是：所述四根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的轴线均与曲轴轴线位于同一平面内，且彼此平行。
4.根据权利要求1或2所述的四曲柄摆块机构关节轴承高速疲劳试验机，其特征是：所述四个连杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均由一根圆柱杆和一段圆柱套筒连接而成，圆柱杆和圆柱套筒的轴线相互垂直，且圆柱杆轴线对称于圆柱套筒两端面的对称平面。
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