CN105865779B - 一种用于旋转轴系的力加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转轴系的力加载装置，包括支承单元、径向力加载单元和轴向力加载单元三个部分。支承单元，通过轴承座单元与加载轴相连；径向力加载单元，通过径向加载丝杆与径向加载板的配合，可实现径向力的加载与卸载，径向力传感器用于测量径向加载力；轴向力加载单元，通过轴向加载丝杆、轴向加载板与杠杆机构的配合，可实现轴向力的加载与卸载，轴向力传感器用于测量轴向力。该装置结构简单、安装空间小、载荷范围可调、加载精度高，是一种经济高效的旋转轴系力加载解决方案。

Description

一种用于旋转轴系的力加载装置

技术领域

本发明属于旋转轴系技术领域，具体是一种用于旋转轴系的力加载装置。

背景技术

旋转轴系是机械传动系统中最为重要的一环，轴系受力对轴系乃至整个系统运转平稳性、工作寿命等轴系性能存在着较大的影响，关于该方面问题的讨论广泛存在于航空传动、车辆传动等场合。由于轴系存在着高速旋转，对旋转轴系的加载存在着一定的困难，特别是在安装空间有限的情况下，对旋转轴系力的加载存在着诸多要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于旋转轴系的力加载装置，包括支承单元、径向力加载单元和轴向力加载单元；所述支承单元包括底座、V型块、垂直运动保持机构、导柱、轴向运动保持机构、轴承套单元，所述导柱立在底座上，所述V型块具有平面底部及突起的V块部分，所述垂直运动保持机构安装在V型块上，所述导柱穿过垂直运动保持机构，所述轴向运动保持机构安装于V型块V型面中；所述轴承套单元安放于轴向运动保持机构上；所述径向力加载单元包括径向加载丝杆、径向加载板、加载球、径向支撑板、径向力传感器及顶接头，所述径向加载板安装在底座上，所述径向加载丝杆穿过径向加载板，所述加载球放于径向支撑板下表面的第一凹槽中，并用径向加载丝杆将加载球顶紧，所述径向力传感器及顶接头安装于径向支撑板上表面，径向力传感器及顶接头顶紧V型块；所述轴向力加载单元包括轴向顶针、加载叉、轴向加载板、支点转动机构、轴向加载丝杆、轴向力传感器、轴向支承柱，所述轴向顶针一端与加载叉连接，所述轴向顶针另一端顶在轴承套单元侧面，所述加载叉安装于轴向支承柱上部，所述加载叉与轴向支承柱过支点转动机构连接，所述轴向力传感器与加载叉前端的第六孔连接，所述轴向加载丝杆通过轴向加载板与轴向力传感器连接。

进一步的，所述径向加载丝杆采用梯形螺纹丝杆，或者更换为液压伺服进给机构。

进一步的，所述径向力传感器及顶接头包括：径向力传感器和顶接头。

进一步的，所述垂直运动保持机构采用直线轴承与导柱组合而成，或者，采用导套与导柱组合而成。

进一步的，所述轴向运动保持机构采用平面轴承，并将所述平面轴承安装于V型块中；或者，所述轴向运动保持机构采用导轨机构，并将所述导轨机构安装于V型块中。

进一步的，所述轴承套单元包括加载轴、轴承套左端盖、轴承套、角接触球轴承、圆螺母、轴承套右端盖，所述角接触球轴承安装于加载轴上、轴承套内，用圆螺母锁紧，轴承套左端盖、轴承套右端盖安装于轴承套两端。

进一步的，所述支点转动机构包括轴承、第一衬套、轴向轴承端盖、第二衬套、平垫片、圆螺母，所述加载叉与轴向支承柱中间通过两个轴承安装连接，两个轴承中间用第一衬套和第二衬套顶紧，轴承外圈用轴向轴承端盖压紧，内圈通过第二衬套及平垫片用圆螺母压紧。

进一步的，所述轴向加载丝杆采用梯形螺纹丝杆，或者更换为液压伺服进给机构。

本发明的用于旋转轴系的力加载装置，在应用时，可根据轴系位置，调整导柱、轴向加载板、轴向支承柱的高度；传感器可根据实际装配空间大小选用纽扣型力传感器、轮辐式力传感器。由于加载丝杆采用梯形螺纹，传动精度高，可以根据所需加载力的大小、精度，选用合适的丝杆螺纹参数。由于轴向加载装置位移与旋转轴系平行的位置，且轴向、径向加载机构简便，故整个装置所需的安装空间小，特别是在轴向安装空间有限的场合，有着独有的优势。支点机构采用轴承结构，其摩擦阻力小、结构简单，对轴向力加载影响可以忽略不计。该装置结构简单、安装空间小、载荷范围可调、加载精度高，是一种经济高效的旋转轴系力加载解决方案。

附图说明

图1是本发明的用于旋转轴系的力加载装置一个实施例的轴测图；

图2是图1的用于旋转轴系的力加载装置的侧视图；

图3是图1的用于旋转轴系的力加载装置的俯视图；

图4是V型块上部示意图；

图5是图4的V型块的主视图；

图6是图5的V型块的B-B面剖视图；

图7是图4的V型块的俯视图；

图8是轴承套单元剖面图；

图9是支点转动机构剖面图；

图10是径向支撑板主视图；

图11是图10的径向支撑板的A-A面剖视图；

图12是加载叉示意图；

图13是是径向加载板示意图；

图14是底座示意图。

各零部件编号如下：

1-底座，2-径向加载丝杆，3-径向加载板，4-加载球，5-径向支撑板，6-径向力传感器及顶接头，61-径向力传感器，62-径向顶接头，7-V型块，8-垂直运动保持机构，9-导柱，10-轴向运动保持机构，11-轴承套单元，12-轴向顶针，13-加载叉，14-轴向加载板，15-支点转动机构，16-轴向加载丝杆，17-轴向力传感器，18-轴向支承柱，111-加载轴，112-轴承套左端盖，113-轴承套，114-角接触球轴承，115-圆螺母，116-轴承套右端盖，151-轴承，152-第一衬套，153-上端盖，154-第二衬套，155-平垫片，156-圆螺母。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种用于旋转轴系的力加载装置及其工作方法进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至4所示，本发明的一种用于旋转轴系的力加载装置，包括支承单元、径向加载单元、轴向加载单元。支承单元包括底座1、V型块7、垂直运动保持机构8、导柱9、轴向运动保持机构10、轴承套单元11。四根导柱9下部与底座1的第一、二、三、四台阶孔101、102、103、104连接。四根导柱9穿过垂直运动保持机构8。

安放于V型块7上方的轴承套单元11，加载轴111通过两个角接触球轴承114与轴承套相连，根据需要，两个角接触球轴承114根据需要可以采用面对面安装，也可以采用背对背安装，并用圆螺母进行锁紧。轴承套113安放于轴向运动保持机构1上，轴向运动机构可以采用平面轴承，也可以采用导轨机构，V型块7中有第二凹槽71用于安装轴向运动保持机构10，轴向运动机构10的摩擦阻力很小，相对于所需加载的力可以忽略不计。V型块7中具有四个孔，分别为第一、二、三、四孔72、73、74、75，用于安装径向运动保持机构8，径向运动保持机构8可以采用直线轴承，也可以采用导套，由于其摩擦阻力很小，相对于所需加载的力可以忽略不计。径向加载单元的径向加载丝杆2和加载板3也可以等效替换成液压伺服机构进给机构。如图2所示，旋动径向加载丝杆2顶住加载球4，加载球4上部顶住径向支撑板5的第一凹槽51。当径向加载丝杆2旋转加载或卸载时，顶部通过加载球4实现对径向支撑板5上面部件的加载，通过加载球4避免了径向加载丝杆2直接与径向支撑板5的直接接触干摩擦。径向顶接头62顶住V型块7，但两者不进行刚性连接，避免过度刚性连接加载。轴向加载单元为一杠杆机构，杠杆一端为轴向加载机构，包括轴向加载板14、轴向加载丝杆16、轴向力传感器17，轴向加载丝杆16上有梯形螺纹，轴向加载板14轴向加载丝杆16可以用液压伺服进给机构等效替代；杠杆另一端为作动机构，包括轴向顶针12，两个轴向顶针12上有螺纹，安装于加载叉13末端的螺纹孔131中，通过旋动轴向顶针12可以调节其轴向位置，调节完毕后用螺母锁紧，同时使用两个轴向顶针12可以避免加载不当造成的倾覆力矩；当旋动轴向加载丝杆16，通过杠杆机构进行加载时，两个轴向顶针12顶住轴承套单元11。轴向力传感器17与加载叉13前端的孔连接132连接。轴向加载单元的支点转动机构如图9所示，采用轴承转动，在加载叉13和轴向支承柱18上部安装轴承151，并用衬套152、衬套154、上端盖153、小圆螺母156将轴承152压紧。

该装置实验时分为轴向加载和径向加载。轴向加载时，通过旋动轴向加载丝杆16进行轴向力的加载，轴向加载丝杆16推动加载叉13转动，与加载叉13连接的轴向顶针12转动并推动轴承套113，轴承套113将力传到两个角接触球轴承114上，最后通过角接触球轴承114传到加载轴111上；根据杠杆两端距离的换算关系，计算出传递到加载轴111上力的大小，通过轴向力传感器的输出信号，在计算机上显示其大小，可知对轴系轴向力加载的大小。在实际应用时，可以根据所需要加载力的大小、控制精度来设计杠杆两端距离，调整丝杆加载力与顶针作动力的比例。当采用丝杆作为轴向加载机构时，可以根据需要设计轴向加载丝杆16的直径与梯形螺纹螺距，控制轴向加载丝杆16转动一圈进动的距离，从而达到精确控制所需加载轴向力的大小。

实验前，需要测出V型块7及安装于V型块7上部组件的重量；径向加载时，通过旋动径向加载丝杆2进行径向力的加载，同时观察径向力传感器61的输出信号数值，加载数值抵消V型块7及安装于其上的部组件的自重，然后再旋动径向加载丝杆2，径向加载丝杆2通过加载球4推动径向支撑板5和固定在径向支撑板5上的径向力传感器及顶接头6，径向顶接头62将力传到V型块7和固定在V型块7中的平面运动保持机构10上，平面运动保持机构10推动轴承套113，通过两个角接触球轴承114，轴承套113将力最终传递到加载轴111上；观察显示在计算机上的径向力传感器的输出信号数值，可知对轴系径向力加载的大小。当采用丝杆作为径向向加载机构时，可以根据需要设计径向加载丝杆2的直径与梯形螺纹螺距，控制径向加载丝杆2转动一圈进动的距离，从而达到精确控制所需加载径向力的大小。

本发明在应用时，可根据轴系位置，调整导柱、轴向加载板、轴向支承柱的高度；传感器可根据实际装配空间大小选用纽扣型力传感器、轮辐式力传感器。由于加载丝杆采用梯形螺纹，传动精度高，可以根据所需加载力的大小、精度，选用合适的丝杆螺纹参数。由于轴向加载装置位移与旋转轴系平行的位置，且轴向、径向加载机构简便，故整个装置所需的安装空间小，特别是在轴向安装空间有限的场合，有着独有的优势。支点机构采用轴承结构，其摩擦阻力小、结构简单，对轴向力加载影响可以忽略不计。

基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。

Claims (8)

1.一种用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，包括支承单元、径向力加载单元和轴向力加载单元；所述支承单元包括底座（1）、V型块（7）、垂直运动保持机构（8）、导柱（9）、轴向运动保持机构（10）、轴承套单元（11），所述导柱（9）立在底座（1）上，所述V型块（7）具有平面底部及突起的V块部分，所述垂直运动保持机构（8）安装在V型块（7）上，所述导柱（9）穿过垂直运动保持机构（8），所述轴向运动保持机构（10）安装于V型块（7）V型面中；所述轴承套单元（11）安放于轴向运动保持机构（10）上；所述径向力加载单元包括径向加载丝杆（2）、径向加载板（3）、加载球（4）、径向支撑板（5）、径向力传感器及顶接头（6），所述径向加载板（3）安装在底座（1）上，所述径向加载丝杆（2）穿过径向加载板（3），所述加载球（4）放于径向支撑板（5）下表面的第一凹槽中，并用径向加载丝杆（2）将加载球（4）顶紧，所述径向力传感器及顶接头（6）安装于径向支撑板（5）上表面，径向力传感器及顶接头（6）顶紧V型块（7）；所述轴向力加载单元包括轴向顶针（12）、加载叉（13）、轴向加载板（14）、支点转动机构（15）、轴向加载丝杆（16）、轴向力传感器（17）、轴向支承柱（18），所述轴向顶针（12）一端与加载叉（13）连接，所述轴向顶针（12）另一端顶在轴承套单元（11）侧面，所述加载叉（13）安装于轴向支承柱（18）上部，所述加载叉（13）与轴向支承柱（18）过支点转动机构（15）连接，所述轴向力传感器（17）与加载叉（13）前端的孔连接，所述轴向加载丝杆（16）通过轴向加载板（14）与轴向力传感器（17）连接。

2.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述径向加载丝杆（2）采用梯形螺纹丝杆，或者更换为液压伺服进给机构。

3.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述径向力传感器及顶接头（6）包括：径向力传感器（61）和径向顶接头（62）。

4.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述垂直运动保持机构（8）采用直线轴承与导柱组合而成，或者，采用导套与导柱组合而成。

5.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述轴向运动保持机构（10）采用平面轴承，并将所述平面轴承安装于V型块（7）中；或者，所述轴向运动保持机构（10）采用导轨机构，并将所述导轨机构安装于V型块中。

6.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述轴承套单元（11）包括加载轴（111）、轴承套左端盖（112）、轴承套（113）、角接触球轴承（114）、圆螺母（115）、轴承套右端盖（116），所述角接触球轴承（114）安装于加载轴（111）上、轴承套（113）内，用圆螺母（115）锁紧，轴承套左端盖（112）、轴承套右端盖（116）安装于轴承套两端。

7.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述支点转动机构（15）包括轴承（151）、第一衬套（152）、轴向轴承端盖（153）、第二衬套（154）、平垫片（155）、圆螺母（156），所述加载叉（13）与轴向支承柱（18）中间通过两个轴承（151）安装连接，两个轴承（151）中间用第一衬套（152）和第二衬套（154）顶紧，轴承（151）外圈用轴向轴承端盖（153）压紧，内圈通过第二衬套（154）及平垫片（155）用圆螺母（156）压紧。

8.根据权利要求1所述的用于旋转轴系的力加载装置，其特征在于，所述轴向加载丝杆（16）采用梯形螺纹丝杆，或者更换为液压伺服进给机构。