CN103383307A - 垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，所述高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的端部各固联传动齿轮Ⅰ、Ⅱ，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ分别固定安装工作凸轮Ⅰ、Ⅲ、平衡凸轮Ⅰ、Ⅲ和工作凸轮Ⅱ、Ⅳ、平衡凸轮Ⅱ、Ⅳ；高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的一端分别与试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ的内圈固联，其另一端分别固联两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴承上的外球面耐磨套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均与工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ相切。本发明的高速旋转轴和其上固联的工作凸轮、平衡凸轮构成动平衡结构，工作凸轮和与之接触的外球面耐磨套为滚动摩擦，摩擦力小、磨损轻、噪音低。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。

Description

垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机

技术领域

 本发明涉及一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机。

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，本发明提供一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机。该发明的高速旋转轴和其上固联的工作凸轮、平衡凸轮构成动平衡结构，工作凸轮和与之接触的外球面耐磨套为滚动摩擦，摩擦力小、磨损轻。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，包括联轴器、电机、滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ、传动齿轮Ⅰ、Ⅱ、试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ和加载液压缸Ⅰ、Ⅱ。所述高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ分别支承在四个滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上，在高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的端部各固联传动齿轮Ⅰ、Ⅱ，所述传动齿轮Ⅰ、Ⅱ相互啮合，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的传动齿轮Ⅰ、Ⅱ和滚动轴承Ⅱ、Ⅲ之间分别固定安装工作凸轮Ⅰ、Ⅲ、平衡凸轮Ⅰ、Ⅲ，在滚动轴承Ⅰ、Ⅳ右侧固定安装工作凸轮Ⅱ、Ⅳ、平衡凸轮Ⅱ、Ⅳ，高速旋转轴Ⅰ另一端通过联轴器与电机相连。高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ分别支承在四个滚动轴承Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ上，高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的一端分别与试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ的外圈与加载液压缸Ⅰ、Ⅱ固联。高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固联两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的端部安装滚动轴承Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ，滚动轴承Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ外圈上套装外球面耐磨套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，外球面耐磨套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均与工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ相切。

所述高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线位于同一直线上，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ轴线平行共面，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的轴线与高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线相互垂直，但不共面。

所述工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均具有偏心距e，工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的中心线相对于高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的轴线对称。

所述高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的布置方向相同，其中，高速旋转轴Ⅰ上的两个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ为反向布置，即两个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ的偏心方向相反，偏心距e大小相等；高速旋转轴Ⅰ上的平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ为反向布置，即平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ的偏心方向相反，偏心距e大小相等。

所述两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别对称于两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线，两对摆杆轴线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别与两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线垂直共面。

本发明与现有技术相比具有如下优点：1、本发明的高速旋转轴和其上固联的工作凸轮、平衡凸轮构成动平衡结构，即在两根高速旋转轴和两个工作凸轮、两个平衡凸轮转动过程中，离心惯性力和离心惯性力矩在高速旋转轴本身得到平衡。2、工作凸轮和与之接触的外球面耐磨套为滚动摩擦（含有少量滑动摩擦成分），摩擦力小、磨损轻。3、由于工作凸和与之接触的滚动轴承间仅有微小间隙（0.03mm左右），故两者间的冲击小、噪音低。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

图1为垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机的工作状态俯视剖面示意图（图2的B-B剖视示意图）；

图2为图1的C-C剖视示意图；

图3为图1的D-D剖视示意图；

图4为图2的A-A剖视示意图。

在上述附图中，1.滚动轴承Ⅶ，2.外球面耐磨套Ⅰ，3、5.摆杆Ⅰ、Ⅱ，4.高频摆动轴Ⅰ，6.滚动轴承Ⅷ，7.外球面耐磨套Ⅱ，8.联轴器，9.电机（或液压马达），10.平衡凸轮Ⅱ，11.工作凸轮Ⅱ，12、14.滚动轴承Ⅰ、Ⅱ，13.高速旋转轴Ⅰ，15.工作凸轮Ⅰ，16.平衡凸轮Ⅰ，17.传动齿轮Ⅰ，18.传动齿轮Ⅱ，19.平衡凸轮Ⅲ， 20.工作凸轮Ⅲ，21、23.滚动轴承Ⅲ、Ⅳ，22.高速旋转轴Ⅱ，24.工作凸轮Ⅳ，25.平衡凸轮Ⅳ，26.滚动轴承Ⅺ，27.外球面耐磨套Ⅲ，28、30.摆杆Ⅲ、Ⅳ，29.高频摆动轴Ⅱ，31.滚动轴承Ⅻ，32.外球面耐磨套Ⅳ，33.试验关节轴承Ⅰ，34.加载液压缸Ⅰ，35、36.滚动轴承Ⅴ、Ⅵ，37、38.滚动轴承Ⅸ、Ⅹ，39.加载液压缸Ⅱ，40.试验关节轴承Ⅱ。

具体实施方式

实施例

在图1～图4所示的一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机的结构示意图。高速旋转轴Ⅰ13支承在滚动轴承Ⅰ、Ⅱ（12、14）上，高速旋转轴Ⅰ13的端部固联传动齿轮Ⅰ17；高速旋转轴Ⅱ22支承在滚动轴承Ⅲ、Ⅳ（21、23）上，高速旋转轴Ⅱ22的端部固联传动齿轮Ⅱ18；两个传动齿轮Ⅰ、Ⅱ（17、18）相互啮合。在高速旋转轴Ⅰ13的传动齿轮Ⅰ17和滚动轴承Ⅱ14之间固定安装工作凸轮Ⅰ15、平衡凸轮Ⅰ16；在高速旋转轴Ⅰ13的滚动轴承Ⅰ12的右侧固定安装工作凸轮Ⅱ11、平衡凸轮Ⅱ10；在高速旋转轴Ⅰ13的最右端通过联轴器8与电机9相连。在高速旋转轴Ⅱ22的传动齿轮Ⅱ18和滚动轴承Ⅲ21之间固定安装工作凸轮Ⅲ20、平衡凸轮Ⅲ19；在高速旋转轴Ⅱ22的滚动轴承Ⅳ23的右侧固定安装工作凸轮Ⅳ24、平衡凸轮Ⅳ25。工作凸轮Ⅰ15、平衡凸轮Ⅰ16均具有偏心距e，工作凸轮Ⅰ15和平衡凸轮Ⅰ16的中心线相对于高速旋转轴13的轴线对称；工作凸轮Ⅱ11、平衡凸轮Ⅱ10均具有偏心距e，工作凸轮Ⅱ11和平衡凸轮Ⅱ10的中心线相对于高速旋转轴13的轴线对称。工作凸轮Ⅲ20、平衡凸轮Ⅲ19均具有偏心距e，工作凸轮Ⅲ20和平衡凸轮Ⅲ19的中心线相对于高速旋转轴Ⅱ22的轴线对称；工作凸轮Ⅳ24、平衡凸轮Ⅳ25均具有偏心距e，工作凸轮Ⅳ24和平衡凸轮Ⅳ25的中心线相对于高速旋转轴Ⅱ22的轴线对称。工作凸轮Ⅰ、Ⅲ（15、20）为反向布置，即两个工作凸轮Ⅰ、Ⅲ（15、20）的偏心方向相反（若一个向上，则另一个向下）、偏心距e大小相等；工作凸轮Ⅱ、Ⅳ（11、24）为反向布置，即两个工作凸轮（11、24）的偏心方向相反（若一个向上，则另一个向下）、偏心距e大小相等。平衡凸轮Ⅰ、Ⅲ（16、19）为反向布置，即平衡凸轮Ⅰ、Ⅲ（16、19）的偏心方向相反（若一个向上，则另一个向下）、偏心距e大小相等；平衡凸轮Ⅱ、Ⅳ（10、25）为反向布置，即平衡凸轮Ⅱ、Ⅳ（10、25）的偏心方向相反（若一个向上，则另一个向下）、偏心距e大小相等。高频摆动轴Ⅰ4支承在滚动轴承Ⅴ、Ⅵ（35、36）上，高频摆动轴

Ⅰ4的一端与试验关节轴承Ⅰ33的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ33的外圈与加载液压缸Ⅰ34固联；高频摆动轴Ⅰ4的另一端固联两个摆杆Ⅰ、Ⅱ（3、5），摆杆Ⅰ、Ⅱ（3、5）对称于高频摆动轴Ⅰ4的轴线，摆杆Ⅰ、Ⅱ（3、5）的轴线与高频摆动轴Ⅰ4轴线垂直共面；摆杆Ⅰ3的端部安装滚动轴承Ⅶ1，滚动轴承Ⅶ1的外圈上套装外球面耐磨套Ⅰ2；摆杆Ⅱ5的端部安装滚动轴承Ⅷ6，滚动轴承Ⅷ6的外圈上套装外球面耐磨套Ⅱ7。高频摆动轴Ⅱ29支承在滚动轴承Ⅸ、Ⅹ37、38上，高频摆动轴Ⅱ29的一端与试验关节轴承Ⅱ40的内圈固联，试验关节轴承Ⅱ40的外圈与加载液压缸Ⅱ39固联；高频摆动轴Ⅱ29的另一端固联两个摆杆Ⅲ、Ⅳ（28、30），摆杆Ⅲ、Ⅳ（28、30）对称于高频摆动轴Ⅱ29的轴线，摆杆Ⅲ、Ⅳ（28、30）的轴线与高频摆动轴Ⅱ29轴线垂直共面；摆杆Ⅲ28的端部安装滚动轴承Ⅺ26，滚动轴承Ⅺ26的外圈上套装外球面耐磨套Ⅲ27；摆杆Ⅳ30的端部安装滚动轴承Ⅻ31，滚动轴承Ⅻ31的外圈上套装外球面耐磨套Ⅳ32。外球面耐磨套Ⅰ2与工作凸轮Ⅰ15相切，外球面耐磨套Ⅲ27与工作凸轮Ⅱ20相切，外球面耐磨套Ⅳ32与工作凸轮Ⅳ24相切，外球面耐磨套Ⅱ7与工作凸轮Ⅱ11相切。两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ（4、29）的轴线位于同一直线上，两根高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ（13、22）的轴线平行共面，两根高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ（13、22）的轴线与两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ（4、29）的轴线相互垂直，但不共面。

本发明的工作过程如下：电机9通过联轴器8带动高速旋转轴Ⅰ13转动，通过传动齿轮Ⅰ、Ⅱ（17、18）带动高速旋转轴Ⅱ22转动，固定安装在两根高速旋转轴上的四个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（15、11、20、24）和四个平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（16、10、19、25）随同高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ（13、22）作同速同向旋转。在四个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（15、11、20、24）旋转一圈的过程中，通过外球面耐磨套、摆杆上的滚动轴承推动四根摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（3、5、28、30）和与之固联的两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ（4、29）分别绕自身轴线往复回转摆动一次，固联在两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ（13、22）端部的两个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ（33、40）的内圈也将随之往复回转摆动一次，与加载液压缸Ⅰ、Ⅱ（34、39）固联的试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ（33、40）的外圈由于受到加载液压缸的限制而固定不动，这样就实现了两个试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ（33、40）的内圈相对于外圈的往复高频摆动，加载液压缸Ⅰ、Ⅱ（34、39）给试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ（33、40）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控制。

Claims (5)

1.一种垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，包括联轴器、电机、滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ、传动齿轮Ⅰ、Ⅱ、试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ和加载液压缸Ⅰ、Ⅱ，其特征是：所述高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ分别支承在四个滚动轴承Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上，在高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的端部各固联传动齿轮Ⅰ、Ⅱ，所述传动齿轮Ⅰ、Ⅱ相互啮合，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的传动齿轮Ⅰ、Ⅱ和滚动轴承Ⅱ、Ⅲ之间分别固定安装工作凸轮Ⅰ、Ⅲ、平衡凸轮Ⅰ、Ⅲ，在滚动轴承Ⅰ、Ⅳ右侧固定安装工作凸轮Ⅱ、Ⅳ、平衡凸轮Ⅱ、Ⅳ，高速旋转轴Ⅰ另一端通过联轴器与电机相连；高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ分别支承在四个滚动轴承Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ上，高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的一端分别与试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ的内圈固联，试验关节轴承Ⅰ、Ⅱ的外圈与加载液压缸Ⅰ、Ⅱ固联；高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的另一端分别固联两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的端部安装滚动轴承Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ，滚动轴承Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ外圈上套装外球面耐磨套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，外球面耐磨套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均与工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ相切。

2.根据权利要求1所述的垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，其特征是：所述高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线位于同一直线上，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ轴线平行共面，高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的轴线与高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线相互垂直，但不共面。

3.根据权利要求1所述的垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，其特征是：所述工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均具有偏心距e，工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的中心线相对于高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的轴线对称。

4.根据权利要求1所述的垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，其特征是：所述高速旋转轴Ⅰ、Ⅱ的工作凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的布置方向相同，其中，高速旋转轴Ⅰ上的两个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ为反向布置，即两个工作凸轮Ⅰ、Ⅱ的偏心方向相反，偏心距e大小相等；高速旋转轴Ⅰ上的平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ为反向布置，即平衡凸轮Ⅰ、Ⅱ的偏心方向相反，偏心距e大小相等。

5.根据权利要求1所述的垂直双摆轴四盘形凸轮四摆杆关节轴承高速试验机，其特征是：所述两对摆杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别对称于两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线，两对摆杆轴线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别与两根高频摆动轴Ⅰ、Ⅱ的轴线垂直共面。

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