CN103969182B - 一种自润滑关节轴承衬垫粘结质量检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关节轴承衬垫粘结质量检测方法，属于关节轴承领域。一种自润滑关节轴承的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：将衬垫从自润滑关节轴承外圈上以恒定剥离角进行剥离，并以恒定剥离角进行剥离时检测剥离力随剥离长度的变化值，再计算剥离强度，完成对衬垫粘结质量的检测。本发明的检测方法将衬垫以恒定的剥离角从轴承外圈上剥离，并在以恒定剥离角进行剥离时完成对衬垫粘结质量的检测，衬垫在剥离过程中位于同一剥离线上的各点所受剥离力相同，从而可以实现衬垫精确剥离，而且衬垫在剥离过程中剥离角剥离恒定，剥离载荷波动相对较小，提高了剥离稳定性，大大提升了衬垫粘结质量评价的可靠性、精确性。

Description

一种自润滑关节轴承衬垫粘结质量检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种关节轴承衬垫粘结质量检测方法，尤其涉及自润滑关节轴承衬垫粘结质量检测方法及系统。

背景技术

关节轴承由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈构成，自润滑关节轴承(如附图1所示)则是在关节轴承外圈内表面上粘结一层自润滑衬垫层(或镀层)，自润滑关节轴承属于滑动轴承。这层自润滑衬垫是保证关节轴承在航天、航空等众多高科技领域承载能力强、耐冲击以及长寿命的关键因素，属于典型的干摩擦副。

自润滑关节轴承在工作时会有一定角度的往复摆动，在长时间的摆动过程中，由于衬垫的粘结质量问题可能会导致衬垫破坏或脱落甚至滑出，引发严重性的后果，因此合理评价衬垫的粘结质量就十分有必要。经对现有的文献检索发现，中国专利号CN102359935中阐述了一种检测衬垫粘结质量的测试方法(如附图2示意图)，该测试方法能从一定程度上评价衬垫粘结质量，但是该方法在衬垫剥离试验过程中，夹持衬垫自由端的夹具夹头是直线型，而衬垫的剥离线为圆弧型，剥离线和衬垫夹持端间的衬垫受力模型可抽象如图3所示，图中q为剥离线的衬垫所受的粘接力，f为衬垫在剥离过程中自由端衬垫所受的剥离力，可知剥离线上不同点距夹持端对应点处的距离不等(即S1与S2不等)，会引起在剥离线上衬垫不同点处受力不均，易产生粘滑效应，影响评价衬垫粘结质量的精确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自润滑关节轴承衬垫粘结质量检测方法及系统，解决现在的检测方法在衬垫剥离的过程中，在剥离线上衬垫的不同点处受力不均，易产生粘滑效应，影响评价衬垫粘结质量的精确性的缺陷。

技术方案

一种自润滑关节轴承的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：将衬垫从自润滑关节轴承外圈上以恒定剥离角进行剥离，并以恒定剥离角进行剥离时检测剥离力随剥离长度的变化值，再计算剥离强度，完成对衬垫粘结质量的检测。

采用外径和衬垫内径相等的导轮作为剥离衬垫的剥离轮，剥离轮的宽度大于等于衬垫宽度，将衬垫自由端固定在剥离轮的外圆面上，使夹紧在剥离轮外圆面上的自由端的衬垫和剥离线上的衬垫为完全相同的圆弧，剥离线上各点与其对应的自由端的端点处的距离相等。

包括以下步骤：

(1)将自润滑关节轴承外圈切割成圆心角为120°-150°的试样；

(2)将试样夹紧在试样轮上；

(3)安装外径和试样内径相等的剥离轮，并将剥离轮固定；

(4)调整剥离轮伺服电机相对于试样轮伺服电机的相对位置，剥离轮位置相对于试样的位置变化，当确定剥离轮相对试样轮具体的位置时即形成一个具体的剥离角，调整剥离角为需要的角度，然后将衬垫自由端连接到剥离轮上并夹紧；

(5)将设置在试样轮或剥离轮上的剥离力传感器和剥离长度传感器连接到控制器上，控制器连接有显示器，记录并显示由传感器传来的衬垫在剥离过程中剥离力和剥离长度变化的信号；

(6)调试传感器、控制器以及显示器使其正常工作，然后调节试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速使其能实现协调驱动，保证将衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离；

(7)剥离时记录显示器上剥离力随剥离长度的变化值，根据记录的数据绘制剥离曲线图然后计算剥离强度；

(8)根据剥离曲线图和剥离强度值评价衬垫粘结质量。

所述步骤6中调节试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速使其能实现协调驱动，保证将衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离，所述试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速之间的关系为：其中：R₁为衬垫试样半径，ω₁为试样轮角速度，R₂为剥离轮外半径，ω₂为剥离轮协同角速度，L为试样衬垫剥离长度，t为剥离时刻。

用于试验的试样外圈内表面粘结区域面积不小于90％，金属内表面未粘结区域的外接圆直径应小于外圈宽度的25％。

一种应用上述的衬垫粘结质量检测方法进行质量检测的系统，其特征在于：包括底座，设置在底座上的第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机通过固定在底座上的第一联轴器与剥离轮传动轴连接，驱动剥离轮转动；第二伺服电机通过固定在底座上的第二联轴器与试样轮传动轴连接，驱动试样轮转动，自润滑关节轴承的试样固定在试样轮上；所述剥离轮的外径与试样的内径相等，试样内表面的衬垫的自由端连接到剥离轮上并夹紧；所述剥离轮上设置有剥离力传感器，所述试样轮中部设置有剥离长度传感器，剥离力传感器和剥离长度传感器与控制器电连接，传送检测到的实时数据给控制器，所述第一伺服电机和第二伺服电机分别也与控制器电连接，控制器控制调节第一伺服电机和第二伺服电机的相对转速使衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离，同时根据接收到的剥离力随剥离长度的变化值计算剥离强度，得到衬垫粘结质量。

所述第一联轴器通过可拆卸螺栓固定在底座上，底座上对应可拆卸螺栓设置有左右移动的滑槽，第一联轴器通过滑槽左右滑动，带动第一伺服电机和剥离轮移动实现剥离角的调节。

所述试样轮传动轴上套装有试样固定板，所述试样固定在试样固定板上，在所述试样固定板上沿半径方向分别设置有两段滑槽，为设置在试样上方的上滑槽和设置在试样下方的下滑槽，试样固定在所述上滑槽和下滑槽之间，上、下滑槽内分别安装有固定试样的上、下定位滑块，采用螺栓锁紧，所述上滑槽和下滑槽之间形成的角度与所述试样的切割角相同，试样轮外轴面上还设置有固定试样的定位板，所述定位板包括用于顶住试样外侧圆面的V形块，V形块中间与V形块垂直固定且跨越试样设置的固定片，固定片一端通过定位板锁紧螺栓将定位板固定在试样轮外轴面上，同时将试样稳定在试样轮外轴面上。

所述剥离轮传动轴连接剥离轮固定板，剥离轮固定在所述剥离轮固定板上，所述剥离轮固定板上沿半径方向也设置两段滑槽，为设置在剥离轮上方的上滑槽和设置在剥离轮下方的下滑槽，剥离轮固定在所述上滑槽和下滑槽之间，上、下滑槽内分别安装有固定剥离轮的上、下定位滑块，采用螺栓锁紧，剥离轮固定板上还设置有固定剥离轮的定位板，所述定位板包括用于顶住剥离轮外侧圆面的V形块，V形块中间与V形块垂直固定且跨越剥离轮设置的固定片，固定片一端通过定位板锁紧螺钉将定位板固定在剥离轮固定板上，同时将剥离轮稳定在剥离轮固定板上。

有益效果

本发明的自润滑关节轴承的衬垫粘结质量检测方法将衬垫以恒定的剥离角从轴承外圈上剥离，并在以恒定剥离角进行剥离时完成对衬垫粘结质量的检测，采用本发明方法后衬垫在剥离过程中位于同一剥离线上的各点所受剥离力相同，从而可以实现衬垫精确剥离，而且衬垫在剥离过程中剥离角剥离恒定，剥离载荷波动相对较小，提高了剥离稳定性，大大提升了衬垫粘结质量评价的精确性。

附图说明

图1为自润滑关节轴承结构示意图；

图2为现有技术的衬垫剥离试验原理示意图；

图3为现有技术的剥离试验中衬垫受力示意图；

图4为本发明衬垫以恒剥离角进行剥离的原理示意图；

图5为本发明剥离模型的衬垫受力示意图；

图6为衬垫弹性变形补偿分析；

图7为本发明的剥离试验检测系统示意图；

图8为剥离试样夹具示意图。

其中：A-衬垫，A1-衬垫外圈，A2-衬垫内圈，Aq-衬垫的剥离线，B-试样，C-夹头，D-1-试样轮；2－试样上滑槽；3－试样上定位滑块；4－试样上锁紧螺栓；5－试样；6－V型块；7－定位板；8－定位板锁紧螺栓；9-试样下定位滑块；10-试样下滑槽；11-底座；12-第一伺服电机移动滑槽；13-轴承架移动滑槽；14-轴承架；15-第一伺服电机；16-剥离力传感器；17-剥离轮定位滑块；18-定位板锁紧螺钉；19-定位板；20-衬垫；21-第二伺服电机；22-剥离长度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

现在检测衬垫粘结质量的试验装置由于剥离线上不同点处的衬垫所受剥离力不同，而剥离过程中剥离角持续变化，因此难以准确地测试自润滑关节轴承衬垫粘结质量。

本发明提出了一种自润滑关节轴承的衬垫粘结质量检测方法和检测系统，将衬垫从自润滑关节轴承上进行剥离的过程中以恒定剥离角进行剥离，并以恒定剥离角进行剥离时检测剥离力随剥离长度的变化值，再计算剥离强度，完成对衬垫粘结质量的检测。由于衬垫在剥离过程中位于同一剥离线上的各点所受剥离力相同，从而可以实现衬垫精确剥离，而且衬垫在剥离过程中剥离角剥离恒定，剥离载荷波动相对较小，提高了剥离稳定性，大大提升了衬垫粘结质量评价的精确性。

附图4为本发明提出的新型衬垫剥离模型，附图5所示为新型剥离模型衬垫受力示意图，采用外径和衬垫内径相等的导轮，夹头夹持处的衬垫和剥离线上的衬垫为完全相同的圆弧，剥离线上各点与其对应的夹持端点处距离相等(即附图5中L₁＝L₂)，通过受力分析，图中q为剥离线的衬垫所受的粘接力，f为衬垫在剥离过程中自由端衬垫所受的剥离力，满足同一剥离线上各点所受剥离力相同，从而可以实现衬垫精确剥离。而现有衬垫剥离试验是通过夹头和试样相对远离实现衬垫剥离，在检测过程中剥离角φ是持续变化的，会引起剥离载荷波动比较大，影响衬垫剥离稳定性，如附图2中示意。附图4中所示剥离模型可以同过调节导轮和试样轮驱动速度保证衬垫在剥离过程中剥离角剥离恒定，进而剥离载荷波动相对较小，提高剥离稳定性。

在衬垫剥离过程中，编织衬垫受到剥离力的作用会有一定的弹性伸长(如图4所示)，需要调整两轮驱动速度以补偿衬垫弹性变形，实现衬垫的稳定剥离。设衬垫试样半径为R₁，角速度为ω₁，剥离轮外半径为R₂，剥离轮协同角速度速ω₂，试样衬垫剥离长度为L(包含衬垫剥离前自由端长度l₂、已剥离长度l₁和衬垫弹性伸长长度Δl)，衬垫弹性系数为K，则在剥离时刻t有以下关系：

${\mathrm{\ω}}_2=\frac{{\mathrm{\ω}}_1*R_1*t+L}{R_2*t}={\mathrm{\ω}}_1+\frac{L}{R_2*t}---\left(1\right)$

由剥离模型建立原理可得剥离过程中ω₂与ω₁间关系，以实现衬垫的恒定角剥离。

本发明提出的检测系统由底座、第一伺服电机、第二伺服电机、第一联轴器、第二联轴器、可调的自润滑关节轴承外圈试样及夹具、剥离轮、剥离轮夹具、剥离长度传感器和剥离力传感器等组成。该检测系统中，第一伺服电机通过固定在底座上第一联轴器连接到剥离轮传动轴上驱动剥离轮转动。第二伺服电机通过固定在底座上第二联轴器连接到试样轮传动轴上驱动试样转动。在此过程中通过协调驱动剥离轮和试样的转速可以实现衬垫在剥离过程中剥离角的恒定。所述试样轮传动轴上套装有试样固定板，所述试样固定在试样固定板上，所述剥离轮传动轴连接剥离轮固定板，剥离轮固定在所述剥离轮固定板上，剥离轮和试样通过可调的夹具分别固定，剥离轮、第一伺服电机和第一联轴器是通过可拆卸螺栓固定在底座上的，第一联轴器可以借助螺栓在底座上的滑槽左右滑动带动第一伺服电机、轴承架和剥离轮移动实现剥离角的调节。如附图7为检测系统示意图。该检测系统还包含设置在试样轮中部的剥离长度传感器和设置在剥离轮中部的剥离力传感器，以及控制器和显示器，能实现数字化评价衬垫粘结质量，保证准确有效地检测自润滑关节轴承衬垫粘结质量。

试样及剥离轮夹具包括设置在试样或剥离轮上方的上滑槽和设置在试样或剥离轮下方的下滑槽，试样或剥离轮固定在所述上滑槽和下滑槽之间，上、下滑槽内分别安装有固定试样或剥离轮的上、下定位滑块，采用螺栓锁紧，试样或剥离轮的固定板上还设置有固定试样或剥离轮的定位板，所述定位板包括用于顶住试样或剥离轮外侧圆面的V形块，V形块中间与V形块垂直固定且跨越试样或剥离轮设置的固定片，固定片一端通过定位板锁紧螺栓或螺钉将定位板固定在试样或剥离轮固定板上，同时将试样或剥离轮稳定在固定板上。采用本试样及剥离轮夹具可以通过定位滑块在滑槽内滑动保证不同尺寸试样和剥离轮的夹紧而不需要更换夹具。如附图8示意。

具体剥离过程可按照以下步骤进行：

1)将自润滑关节轴承外圈切割成圆心角为120°-150°的试样；

2)在试样轮上通过V型块、试样上、下定位滑块和定位板等组合作用将试样夹紧；

3)安装外径和试样内径相等的剥离轮，并通过夹具将剥离轮固定；

4)在滑槽内调整第一伺服电机相对于第二伺服电机的相对位置，剥离轮位置相对于试样的位置变化，当确定剥离轮相对试样轮具体的位置时即形成一个具体的剥离角，然后将衬垫自由端连接到剥离轮上并夹紧；

5)剥离力传感器和剥离长度传感器连接到控制器上，控制器连接到显示器，记录衬垫剥离过程中剥离力和剥离长度变化；

6)调试传感器、控制器以及显示器使其正常工作，然后调节伺服电机的转速使其能实现协调驱动，以恒定的剥离角把衬垫从试样上剥离；

7)开始试验，并记录显示器上剥离力随剥离长度的变化值。

8)根据记录的数据绘制剥离曲线图然后计算剥离强度，关于剥离强度计算方法采用了GB2791-81中规定的求积仪法，剥离强度计算公式为: 式中，C为剥离曲线图上单位高度所代表的负荷；S为曲线图形面积；L为曲线图形底线长度；D为衬垫的宽度；

9)根据剥离曲线图和剥离强度值评价衬垫粘结质量；

10)所有用于试验的试样外圈内表面粘结区域面积不小于90％，金属内表面未粘结区域的外接圆直径应小于外圈宽度的25％。

Claims (8)

1.一种自润滑关节轴承的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：将衬垫从自润滑关节轴承外圈上以恒定剥离角进行剥离，并以恒定剥离角进行剥离时检测剥离力随剥离长度的变化值，再计算剥离强度，完成对衬垫粘结质量的检测；采用外径和衬垫内径相等的导轮作为剥离衬垫的剥离轮，剥离轮的宽度大于等于衬垫宽度，将衬垫自由端固定在剥离轮的外圆面上，使夹紧在剥离轮外圆面上的自由端的衬垫和剥离线上的衬垫为完全相同的圆弧，剥离线上各点与其对应的自由端的端点处的距离相等,通过调节导轮和试样轮驱动速度保证衬垫在剥离过程中剥离角剥离恒定。

2.如权利要求1所述的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将自润滑关节轴承外圈切割成圆心角为120°-150°的试样；

(2)将试样夹紧在试样轮上；

(3)安装外径和试样内径相等的剥离轮，并将剥离轮固定；

(4)调整剥离轮伺服电机相对于试样轮伺服电机的相对位置，剥离轮位置相对于试样的位置变化，当确定剥离轮相对试样轮具体的位置时即形成一个具体的剥离角，调整剥离角为需要的角度，然后将衬垫自由端连接到剥离轮上并夹紧；

(5)将设置在试样轮或剥离轮上的剥离力传感器和剥离长度传感器连接到控制器上，控制器连接有显示器，记录并显示由传感器传来的衬垫在剥离过程中剥离力和剥离长度变化的信号；

(6)调试传感器、控制器以及显示器使其正常工作，然后调节试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速使其能实现协调驱动，保证将衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离；

(7)剥离时记录显示器上剥离力随剥离长度的变化值，根据记录的数据绘制剥离曲线图然后计算剥离强度；

(8)根据剥离曲线图和剥离强度值评价衬垫粘结质量。

3.如权利要求2所述的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：所述步骤(6)中调节试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速使其能实现协调驱动，保证将衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离，所述试样轮伺服电机和剥离轮伺服电机的转速之间的关系为：其中：R₁为衬垫试样半径，ω₁为试样轮角速度，R₂为剥离轮外半径，ω₂为剥离轮协同角速度，L为试样衬垫剥离长度，t为剥离时刻。

4.如权利要求1所述的衬垫粘结质量检测方法，其特征在于：用于试验的试样外圈内表面粘结区域面积不小于90％，金属内表面未粘结区域的外接圆直径应小于外圈宽度的25％。

5.一种应用如权利要求1所述的衬垫粘结质量检测方法进行质量检测的系统，其特征在于：包括底座，设置在底座上的第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机通过固定在底座上的第一联轴器与剥离轮传动轴连接，驱动剥离轮转动；第二伺服电机通过固定在底座上的第二联轴器与试样轮传动轴连接，驱动试样轮转动，自润滑关节轴承的试样固定在试样轮上；所述剥离轮的外径与试样的内径相等，试样内表面的衬垫的自由端直线拉接到剥离轮外径上并夹紧；所述剥离轮上设置有剥离力传感器，所述试样轮中部设置有剥离长度传感器，剥离力传感器和剥离长度传感器与控制器电连接，传送检测到的实时数据给控制器，所述第一伺服电机和第二伺服电机分别也与控制器电连接，控制器控制调节第一伺服电机和第二伺服电机的相对转速使衬垫以恒定的剥离角从试样上剥离，同时根据接收到的剥离力随剥离长度的变化值计算剥离强度，得到衬垫粘结质量。

6.如权利要求5所述的质量检测的系统，其特征在于：所述第一联轴器通过可拆卸螺栓固定在底座上，底座上对应可拆卸螺栓设置有左右移动的滑槽，第一联轴器通过滑槽左右滑动，带动第一伺服电机和剥离轮移动实现剥离角的调节。

7.如权利要求5所述的质量检测的系统，其特征在于：所述试样轮传动轴上套装有试样固定板，所述试样固定在试样固定板上，在所述试样固定板上沿半径方向分别设置有两段滑槽，为设置在试样上方的上滑槽和设置在试样下方的下滑槽，试样固定在所述上滑槽和下滑槽之间，上、下滑槽内分别安装有固定试样的上、下定位滑块，采用螺栓锁紧，所述上滑槽和下滑槽之间形成的角度与所述试样的切割角相同，试样轮外轴面上还设置有固定试样的定位板，所述定位板包括用于顶住试样外侧圆面的V形块，V形块中间与V形块垂直固定且跨越试样设置的固定片，固定片一端通过定位板锁紧螺栓将定位板固定在试样轮外轴面上，同时将试样稳定在试样轮外轴面上。

8.如权利要求5所述的质量检测的系统，其特征在于：所述剥离轮传动轴连接剥离轮固定板，剥离轮固定在所述剥离轮固定板上，所述剥离轮固定板上沿半径方向设置两段滑槽，为设置在剥离轮上方的上滑槽和设置在剥离轮下方的下滑槽，剥离轮固定在所述上滑槽和下滑槽之间，上、下滑槽内分别安装有固定剥离轮的上、下定位滑块，采用螺栓锁紧，剥离轮固定板上还设置有固定剥离轮的定位板，所述定位板包括用于顶住剥离轮外侧圆面的V形块，V形块中间与V形块垂直固定且跨越剥离轮设置的固定片，固定片一端通过定位板锁紧螺钉将定位板固定在剥离轮固定板上，同时将剥离轮稳定在剥离轮固定板上。