CN103884505B - 球铰轴承多维协调加载工况模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球铰轴承多维协调加载工况模拟试验系统，属于工程机械试验设备技术领域。将球铰轴承通过球铰轴承安装轴配合装在轴承座的内孔内，上方通过轴承压盖将球铰轴承压住，轴承座和下方的三个下加载油缸连接，轴承座与X方向和Y方向侧向油缸固定支架连接，通过横梁和立柱以及底座的连接，构成了一个系统的闭合的承载框架，通过X方向和Y方向侧向油缸固定支架分别与侧向加载油缸连接，以及上固定连接轴、固定立柱的连接构成了X方向和Y方向的闭合的承载框架。优点是保证各个方向在加载过程中系统的稳定性，控制该平台进行各个方向和各种倾斜角的控制和上下运动，通过侧向加载油缸加载载荷大小及方向的变化实现对作用点360°变化加载。

Description

球铰轴承多维协调加载工况模拟试验系统

技术领域

本发明属于工程机械试验设备技术领域，尤其是指一种用于检测和测试球铰轴承多维运动的模拟的系统，用于检测球铰轴承在多维运动工况下的产品性能和寿命极限。

背景技术

随着我国航空航天和军事的发展，相关领域上的很多设备上需要采用球铰轴承进行部件之间的连接，鉴于球铰轴承本身的运动特性和物理特性，模拟球铰轴承的真实使用环境和服役状态,对球铰轴承的物理参数和寿命极限进行测试，因此需要研究球铰轴承多维协调加载模拟试验系统来模拟球铰轴承的实际工况并进行性能检测和使用寿命进行测试。

发明内容

本发明提供一种球铰轴承多维协调加载工况模拟试验系统，以解决目前没有合适的多维协调加载模拟试验系统来模拟球铰轴承的实际工况并进行性能检测和使用寿命进行测试的问题。

本发明的技术方案是：立柱分别与底座和横梁固定连接，小锁紧螺母和大锁紧螺母分别与立柱螺纹连接、使立柱、底座和横梁构成了闭合框架，防转臂固定支架与横梁固定连接，上防转臂和下防转臂分别与防转臂固定支架固定连接，温度测量装置安装在轴承座上，三个下加载油缸分别与油缸连接法兰连接，下加载油缸螺母与油缸连接法兰固定连接，下加载油缸铰接装置上方与油缸连接法兰下方连接、下方与底座连接，下加载油缸通过下方油缸固定胀紧套与轴承座连接，轴承压盖安装在轴承座上，上固定连接轴与球铰轴承安装轴固定连接，上固定连接轴上方安装在横梁上，球铰轴承安装轴与固定锥套配合连接，固定锥套与固定立柱插接，固定立柱安装在底座上，Y方向侧向加载油缸固定支架分别与横梁和底座固定连接，X方向侧向加载油缸固定支架分别与横梁和底座固定连接，其中：Y方向侧向加载油缸固定在Y方向侧向加载油缸连接法兰I上，Y方向侧向加载油缸连接法兰I固定在Y方向侧向加载油缸底座法兰上，Y方向侧向加载油缸连接法兰II与Y方向负荷传感器连接并安装在Y方向侧向加载油缸上，Y方向负荷传感器与Y方向侧向加载油缸铰接装置连接，Y方向侧向加载油缸铰接装置安装在轴承座上，Y方向侧向加载油缸底座法兰与Y方向侧向油缸固定支架固定连接，X方向侧向加载油缸与X方向侧向加载油缸固定支架的连接方式与Y方向的一致。

通过下放三个下加载油缸的控制参数的不同实现球铰轴承的倾斜摆动,通过相同的控制参数同时控制三个下加载油缸实现球铰轴承的上下滑动，通过参数的耦合设置控制三个下加载油缸实现球铰轴承的摆动加滑动的运动形式；通过控制方向和Y方向的两个侧向加载油缸的参数变化实现对球铰轴承的360°周期变化加载。

本发明的优点在于：1、该发明采用三个方向的闭合框架结构进行加载，可以保证各个方向在加载过程中系统的稳定性；2、协调加载控制时将按照平台即轴承座8的运动学控制方程将该平台的控制信号进行解耦，然后分别控制进行协调加载控制，从而控制该平台按照试验要求进行的各个方向和各种倾斜角的控制和上下运动。3、防转臂固定支架、上防转臂和下防转臂构成的防转装置可以保证在加载过程中由于侧向加载油缸的加载产生的旋转运动。4、可以通过侧向加载油缸加载载荷大小及方向的变化实现对作用点360°变化加载。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明轴承座局部的结构示意图，图中：

小锁紧螺母1、大锁紧螺母2、横梁3、立柱4、防转臂固定支架5、上防转臂6、温度测量装置7、轴承座8、下加载油缸9、底座10、下加载油缸铰接装置11、下加载油缸螺母12、油缸连接法兰13、球铰轴承14、轴承压盖15、Y方向侧向加载油缸连接法兰II16、球铰轴承安装轴17、上固定连接轴18、Y方向侧向加载油缸固定支架19、Y方向侧向加载油缸20、Y方向侧向加载油缸连接法兰I21、Y方向侧向加载油缸底座法兰22、Y方向负荷传感器23、Y方向侧向加载油缸铰接装置24、下方油缸固定胀紧套25、X方向侧向加载油缸固定支架26、固定立柱27、固定锥套28、下防转臂29。

具体实施方式

立柱4分别与底座10和横梁3固定连接，小锁紧螺母1和大锁紧螺母2分别与立柱4螺纹连接，使立柱4、底座10和横梁3构成了闭合框架，防转臂固定支架5与横梁3固定连接，上防转臂6和下防转臂29分别与防转臂固定支架5固定连接，温度测量装置7安装在轴承座8上，三个下加载油缸9分别与油缸连接法兰13连接，下加载油缸螺母12与油缸连接法兰13固定连接，下加载油缸铰接装置11上方与油缸连接法兰13下方连接、下方与底座10连接，下加载油缸9通过下方油缸固定胀紧套25与轴承座8连接；工作时将球铰轴承14安装在轴承座8内，球铰轴承14内孔与球铰轴承安装轴17配合安装；轴承压盖15安装在轴承座8上，上固定连接轴18与球铰轴承安装轴17固定连接，上固定连接轴18上方安装在横梁3上，球铰轴承安装轴17与固定锥套28配合连接，固定锥套28与固定立柱27插接，固定立柱27安装在底座10上，Y方向侧向加载油缸固定支架19分别与横梁3和底座10固定连接，X方向侧向加载油缸固定支架26分别与横梁3和底座10固定连接，其中：Y方向侧向加载油缸20固定在Y方向侧向加载油缸连接法兰I21上，Y方向侧向加载油缸连接法兰I21固定在Y方向侧向加载油缸底座法兰22上，Y方向侧向加载油缸连接法兰II16与Y方向负荷传感器23连接并安装在Y方向侧向加载油缸20上，Y方向负荷传感器23与Y方向侧向加载油缸铰接装置24连接，Y方向侧向加载油缸铰接装置24安装在轴承座8上，Y方向侧向加载油缸底座法兰22与Y方向侧向加载油缸固定支架19固定连接；X方向侧向加载油缸与X方向侧向加载油缸固定支架26的连接方式与Y方向的一致。

通过下放三个下加载油缸9的控制参数的不同实现球铰轴承14的倾斜摆动,通过相同的控制参数同时控制三个下加载油缸9实现球铰轴承14的上下滑动，通过参数的耦合设置控制三个下加载油缸9实现球铰轴承14的摆动加滑动的运动形式；通过控制X方向和Y方向的两个侧向加载油缸的参数变化实现对球铰轴承14的360°周期变化加载。

工作原理：首先将球铰轴承14通过球铰轴承安装轴17配合装在轴承座8的内孔内，上方通过轴承压盖15将球铰轴承14压住，轴承座8和下方的三个下加载油缸9连接，轴承座8的X方向和Y方向分别与X方向侧向加载油缸固定支架26、Y方向侧向加载油缸固定支架19连接，通过横梁3和立柱4以及底座10的连接，构成了一个系统的闭合的承载框架，通过X方向侧向加载油缸固定支架26和Y方向侧向加载油缸固定支架19分别与各侧向加载油缸连接，以及上固定连接轴18、固定立柱27、固定锥套28构成了轴承座8的X方向和Y方向的闭合的承载框架，正是由于三个方向的闭合框架结构，通过这种方式的连接，可以实现对试验轴承实现高速摆动，上下滑动，以及摆动加滑动等运动形式，达到了真正的模拟试验轴承的实际工况，通过温度测量装置7的测量采集可以实时对试验轴承的温度进行监控，判断轴承是否失效。

球铰轴承14的运动包括绕着垂直轴线进行各个方向的倾斜，并且在倾斜过程中，还要承受径向的动载荷，针对这种情况，该试验台采用多轴协调加载伺服控制模式来对球铰轴承的工况进行模拟。在控制上需要对三个下加载油缸9和两个侧向加载油缸进行同步协调加载控制，把轴承座8看成一个加载平台，协调加载控制时将按照平台(轴承座8)的运动学控制方程将平台(轴承座8)的控制信号进行解耦，然后分别控制进行协调加载控制，从而控制平台(轴承座8)按照试验要求进行的各个方向和各种倾斜角的控制和上下运动。通过平台(轴承座8)上面伺服油缸，对球铰轴承14的工况进行模拟，将对三个下加载油缸9和两个侧向加载油缸分别施加不同的静态载荷和动态载荷，为了保证动态性能，将对三个下加载油缸9和两个侧向加载油缸20的幅值和相位进行补偿，从而实现稳定的动静态力控制伺服加载，充分的模拟和再现试验对象的实际工况。

例：有一任意空间向量u(a,b,c)，有空间点绕该向量旋转，则变换矩阵如下。

对于任意轴的旋转可以表示为上述7个变换的复合形式：

$R\left(\mathrm{\θ}\right)=T^{-1}\·R_x^{-1}\left(\mathrm{\α}\right)\·R_y^{-1}\left(\mathrm{\β}\right)\·R_z\left(\mathrm{\θ}\right)\·R_y\left(\mathrm{\β}\right)\·R_x\left(\mathrm{\α}\right)\·T$

其中上式的矩阵分别为：

$T=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& -x_1\\ 0& 1& 0& -y_1\\ 0& 0& 1& -z_1\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

$R_x\left(\mathrm{\α}\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& c/d& -b/d& 0\\ 0& b/d& c/d& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

$R_y\left(\mathrm{\β}\right)=\left[\begin{array}{cccc}d& 0& -a& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ a& 0& d& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

$R_z\left(\mathrm{\θ}\right)=\left[\begin{array}{cccc}cos\mathrm{\θ}& -sin\mathrm{\θ}& 0& 0\\ sin\mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中x₁,y₁,z₁为点P₁的坐标，单位向量u＝(a,b,c)，α是u绕X轴旋转到XZ平面上时，旋转后的向量u’与u向量的夹角，β是XZ上u’旋转到Z轴上时，u’与u”的夹角，θ为给定的旋转角，实际点P＝[x,y,z]绕该向量旋转θ角度后，新的点P’＝[x’,y’,z’]按照下式求出。P’＝R(θ)·P。

通过这种实施方式，球铰轴承14实现了包括绕着垂直轴线进行各个方向的倾斜，并且在倾斜过程中，还要承受径向的动载荷的实现模拟、上下滑动动作的模拟，采用多轴协调加载伺服控制模式来对球铰轴承的工况进行模拟。

本发明主要解决的是模拟球铰轴承14实际运动形式，以及在不同运动形式下球铰轴承14本身产生物理变化、化学变化，通过相关的变化来测试球铰轴承14的在实际工况条件下的实际使用寿命。

Claims (1)

1.一种球铰轴承多维协调加载工况模拟试验系统，其特征在于：立柱分别与底座和横梁固定连接，小锁紧螺母和大锁紧螺母分别与立柱螺纹连接，使立柱、底座和横梁构成了闭合框架，防转臂固定支架与横梁固定连接，上防转臂和下防转臂分别与防转臂固定支架固定连接，温度测量装置安装在轴承座上，三个下加载油缸分别与油缸连接法兰连接，下加载油缸螺母与油缸连接法兰固定连接，下加载油缸铰接装置上方与油缸连接法兰下方连接、下方与底座连接，下加载油缸通过下方油缸固定胀紧套与轴承座连接，轴承压盖安装在轴承座上，上固定连接轴与球铰轴承安装轴固定连接，上固定连接轴上方安装在横梁上，球铰轴承安装轴与固定锥套配合连接，固定锥套与固定立柱插接，固定立柱安装在底座上，Y方向侧向加载油缸固定支架分别与横梁和底座固定连接，X方向侧向加载油缸固定支架分别与横梁和底座固定连接，其中：Y方向侧向加载油缸固定在Y方向侧向加载油缸连接法兰I上，Y方向侧向加载油缸连接法兰I固定在Y方向侧向加载油缸底座法兰上，Y方向侧向加载油缸连接法兰II与Y方向负荷传感器连接并安装在Y方向侧向加载油缸上，Y方向负荷传感器与Y方向侧向加载油缸铰接装置连接，Y方向侧向加载油缸铰接装置安装在轴承座上，Y方向侧向加载油缸底座法兰与Y方向侧向加载油缸固定支架固定连接，X方向侧向加载油缸与X方向侧向加载油缸固定支架的连接方式与Y方向的一致。