CN109083925A - 一种多自由度接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度接头，属于飞机结构强度试验技术领域。所述接头包括第一推力关节轴承(1)、第二推力关节轴承(2)以及连接轴(3)，所述第一推力关节轴承与所述第二推力关节轴承的轴圈同轴相向设计，连接轴包括具有第一外径的第一段及第二段，以及具有第二外径的中间段，所述第二外径大于所述第一外径，所述第一段及所述第二段分别与所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承的轴圈公称内径过盈配合，所述中间段位于所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承之间，所述中间段的长度设计为使所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承球心重合。本发明提供的接头实现了沿轴方向的旋转自由度，以及径向方向较大的摆动自由度。

Description

一种多自由度接头

技术领域

本发明属于飞机结构强度试验技术，具体涉及一种多自由度接头。

背景技术

在飞机结构试验中，采用合理先进的试验设备是试验高质量完成的前提和保证。在飞机试验过程中，结构考核部位可能会存在多个方向的载荷，且在每个方向均会发生形变。试验过程中一般采用液压作动筒进行加载，作动筒后端固定，前端通过连接件与试验件连接。为保证加载过程中仅传递沿作动筒方向的载荷，而不传递弯矩，同时不限制试验件的变形。拉载情况下，作动筒前端与试验件一般通过软式连接进行加载(如钢丝绳或者连接件串接)，压载情况下，一般在作动筒前端使用作动筒前端可动座，此可动座存在一个方向的180°旋转角度和另一个方向的8°摆动角度。在变形较小的情况下，此两种方式完全能够满足试验要求，但若是多个方向均存在较大结构变形，且存在拉压双向大载荷的情况下，作动筒前端可动座将无法达到预期效果。因此，必须考虑最大限度放开加载设备的旋转和摆动自由度，以防止由于变形造成的附加弯矩的产生，同时达到保护试验设备以及试验件的目的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种多自由度接头，适用于大吨位结构试验中，在试验加载过程中，其能够仅传递单方向拉压双向载荷，保证载荷的正常施加，而且不发生结构损害或变形，同时能够通过自身结构的旋转或者摆动，消除由于变形所产生的附加弯矩，不限制试验件结构的自由变形。

本发明多自由度接头，主要包括：第一推力关节轴承、第二推力关节轴承以及连接轴，所述第一推力关节轴承与所述第二推力关节轴承的轴圈同轴相向设计，连接轴包括具有第一外径的第一段及第二段，以及具有第二外径的中间段，所述第二外径大于所述第一外径，所述第一段及所述第二段分别与所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承的轴圈公称内径过盈配合，所述中间段位于所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承之间，所述中间段的长度设计为使所述第一推力关节轴承及所述第二推力关节轴承球心重合。

优选的是，所述第一段或第二段中的一个的长度小于或等于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度，另一个的长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度。

优选的是，所述长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度的一段上设置有外螺纹。

优选的是，所述长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度的一段上设置有扳手操作平面。

优选的是，还包括轴承座，用于固定所述第一推力关节轴承及第二推力关节轴承的座圈。

优选的是，所述轴承座包括：

外壳，所述外壳限定有柱状通孔，所述第一推力关节轴承及第二推力关节轴承设置在所述柱状通孔内，所述柱状通孔的内径设置为能够与所述第一推力关节轴承及第二推力关节轴承的座圈公称外径过盈配合；

环状台阶，设置在所述柱状通孔的第一端，所述环状台阶限定的内径小于所述柱状通孔的内径，且大于所述连接轴的外径，所述第一推力关节轴承及第二推力关节轴承设置在所述柱状通孔内时，所述连接轴通过所述环状台阶伸出所述轴承座。

优选的是，还包括盖板，设置在所述柱状通孔的第二端，用于在所述第二段封闭所述柱状通孔。

优选的是，所述盖板通过螺钉与所述轴承座的外壳固定连接。

优选的是，所述外壳在柱状通孔的第二端位置处向外延伸有环状翼片，形成法兰盘，以与所述试验件连接。

优选的是，所述轴承座设置成对开的两部分，每一部分均包含所述外壳、环状台阶的一半，所述对开的两部分设置有对接耳片，并通过螺栓相互固定。

本发明具有以下优点：

1)能够承受拉压双向较大吨位载荷；

2)存在沿轴方向的360°旋转自由度，以及径向任意方向至少15°的摆动自由度。

3)能够依据推力关节轴承规格进行多规格接头开发。

附图说明

图1为按照本发明多自由度接头的一优选实施例的结构示意图。

图2为本发明涉及的推力关节轴承结构示意图。

图3为本发明图1所示实施例的结构变形示意图。

图4为本发明图1所示实施例的具有轴承座的结构示意图。

图5为本发明图1所示实施例的具有轴承座的另一结构示意图。

其中，1为第一推力关节轴承，2为第二推力关节轴承，3为连接轴，4为轴承座，5为转接头；

31为第一段，32为第二段，33为中间段，41为外壳，42为环状台阶，43为盖板，44为法兰盘，45为对接耳片。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为帮助理解本发明技术方案，首先对本发明涉及的推力关节轴承进行描述，本发明推力关节轴承可根据其承受载荷大小，以及内孔尺寸进行确定，选择两个完全相同型号的推力关节轴承进行安装。采用的推力关节轴承例如可以是GX···S型或GX···F型自润滑推力关节轴承，一般包括内部的轴圈与外部的座圈，结合图2，该图引自国标GB9162-90,仅做参考说明，本发明以下描述中可能涉及的参数包括该附图中的轴圈公称内径d，轴承公称高度H，球面公称直径d₁，座圈公称外径D。

本发明多自由度接头主要包括：第一推力关节轴承1、第二推力关节轴承2以及连接轴3，所述第一推力关节轴承1与所述第二推力关节轴承2的轴圈同轴相向设计，结合图1，第一推力关节轴承1包括座圈11及轴圈12，第二推力关节轴承2包括座圈21及轴圈22，这里的相向设计是指轴圈12开口朝向轴圈22，反之亦然，同轴是指连接轴3能够穿过两个关节轴承。

继续参考图1，连接轴3设计为阶梯轴，包括三段，其中位于两端的第一段31及第二段32具有第一外径，位于中间部分的中间段33具有第二外径，所述第二外径大于所述第一外径，所述第一段31及所述第二段32分别与所述第一推力关节轴承1及所述第二推力关节轴承2的轴圈公称内径过盈配合，所述中间段33位于所述第一推力关节轴承1及所述第二推力关节轴承2之间，所述中间段33的长度设计为使所述第一推力关节轴承1及所述第二推力关节轴承2球心重合。可以理解的是，上述描述隐含限定了中间段33的外径大于推力关节轴承的轴圈公称内径d，用于限定两个推力关节轴承的间距，以保证两个轴承相对安装后，其半球体球心完全重合，所谓半球体球心可以结合图2中球面公称直径d₁来理解，即到内圈表面距离相等的点。

采用上述方式，特别是两个关节轴承的间距设计，使得两个推力关节轴承能够结合使用，轴向旋转A及径向摆动B示意图如图3所示，在使用过程中，连接轴一端连接主动机构，远离主动机构的推力关节轴承的轴座连接从动机构，例如图3中第二段32连接主动机构，轴座11连接从动机构，进而实现本发明目的，即不受附加弯矩影响的试验拉伸或压缩载荷加载。

本实施例中，所述第一段31或第二段32中的一个的长度小于或等于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度，另一个的长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度，例如第一段31的长度小于第一推力关节轴承1的轴承公称高度(参考图2中轴承公称高度H)；而第二段32的长度大于第二推力关节轴承2的轴承公称高度，参考图1及图3，可以看出，第二段32作为连接主动机构的一端，其需要包含一段延伸出第二推力关节轴承的部分，以便连接主动机构，同理，第一段31的长度小于第一推力关节轴承1的轴承公称高度也是为了当将第一推力关节轴承1的轴座固定到从动机构上时，第一段31在轴线旋转或径向摆动时不会干涉其它结构件。

基于上述描述，第二段32上设置有外螺纹，用于安装转接头5(参考图4或图5)，转接头5内外均为螺纹，转接头5的内螺纹与上述外螺纹对接，转接头5的外螺纹与加载作动筒或者力传感器对接。第二段32的外螺纹与第二推力关节轴承之间还设置有扳手操作平面，以便采用扳手对该连接轴3进行操作。

需要说明的是，本实施例中，具有外螺纹的部分以及具有扳手操作平面的部分因为其结构不同于第二段32的其它柱形结构，为了便于安装，这些结构的截面中最大的截面应当与第二段32的柱形结构一致，或者更小，原因在于：上述描述中可以看出，第二段32的长度大于第二推力关节轴承的高度，并且第二段32中的一部分(柱形结构)是与第二推力关节轴承过盈配合的，结合图1，在将第二段32安装到第二推力关节轴承2上时，需要将连接轴3从上向下安装，此时，需要考虑将扳手操作平面及外螺纹部分穿过第二推力关节轴承的通孔，因此，扳手操作平面及外螺纹部分一般设置成小于通孔内径(轴圈公称内径d)。

考虑到直接将第一推力轴承1的座圈与试验件进行固定比较繁琐，需要对该轴承进行加工，本实施例采用通过轴承座的方式间接与试验件连接，具体的本发明多自由度接头还包括轴承座4，以图4为例，轴承座4用于固定所述第一推力关节轴承1及第二推力关节轴承2的座圈，进而可以充当转接件的功能，第一推力关节轴承1的座圈将力传递给轴承座4，再通过轴承座4传递给试验件。

本实施例的轴承座4主要包括：

外壳41，所述外壳41限定有柱状通孔，所述第一推力关节轴承1及第二推力关节轴承2设置在所述柱状通孔内，所述柱状通孔的内径设置为能够与所述第一推力关节轴承1及第二推力关节轴承2的座圈公称外径过盈配合；

环状台阶42，设置在所述柱状通孔的第一端，所述环状台阶限定的内径小于所述柱状通孔的内径，且大于所述连接轴3的外径，所述第一推力关节轴承1及第二推力关节轴承2设置在所述柱状通孔内时，所述连接轴3通过所述环状台阶42伸出所述轴承座4。

需要说明的是，本实施例因为采用两个相同的推力关节轴承，因此，将其过盈装配的外壳的柱状通孔内是可行的，并且，这里需要限定所述连接轴的中间段33的外径，其不能超过推力关节轴承的座圈公称外径D(参考图2)，可以理解的是，在推力关节轴承的座圈过盈配合到柱状通孔内时，柱状通孔不能干涉连接轴3的运动(转动或偏转)。

本实施例中，轴承座还包括盖板43，设置在所述柱状通孔的第二端，用于在所述第二段封闭所述柱状通孔。可以理解的是，参考图4，在进行本发明自由度接头安装过程中，是将推力关节轴承与连接轴的组合体从上至下安装，连接轴的第二段穿过并伸出环状台阶42，其与部分恰好位于柱状通孔内，依靠轴承座4的环状台阶42部分固定第二推力关节轴承2的座圈，实现对第二推力关节轴承2的轴向固定，之后将盖板43盖合，盖板43内圈紧贴第一推力关节轴承1座圈，实现对第一推力关节轴承1轴向固定。

本实施例中，如图4所示，所述盖板43通过螺钉与所述轴承座4的外壳41固定连接。

本实施例中，所述外壳在柱状通孔的第二端位置处向外延伸有环状翼片，形成法兰盘44，以与所述试验件连接。

参考图5，备选实施方式中，所述轴承座3设置成对开的两部分，每一部分均包含所述外壳、环状台阶的一半，所述对开的两部分设置有对接耳片45，并通过螺栓相互固定。

本发明采用推力关节轴承能够承受较大轴向载荷，同时能够旋转和摆动的特点，通过连接轴将两个推力关节轴承采用过盈配合相对安装，具有在试验加载过程中，能够仅传递单方向拉压双向载荷，保证载荷的正常施加，而且不发生结构损害或变形，同时能够通过自身结构的旋转或者摆动，消除由于变形所产生的附加弯矩，不限制试验件结构的自由变形的功能。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多自由度接头，其特征在于，包括：第一推力关节轴承(1)、第二推力关节轴承(2)以及连接轴(3)，所述第一推力关节轴承(1)与所述第二推力关节轴承(2)的轴圈同轴相向设计，连接轴(3)包括具有第一外径的第一段(31)及第二段(32)，以及具有第二外径的中间段(33)，所述第二外径大于所述第一外径，所述第一段(31)及所述第二段(32)分别与所述第一推力关节轴承(1)及所述第二推力关节轴承(2)的轴圈公称内径过盈配合，所述中间段(33)位于所述第一推力关节轴承(1)及所述第二推力关节轴承(2)之间，所述中间段(33)的长度设计为使所述第一推力关节轴承(1)及所述第二推力关节轴承(2)球心重合。

2.如权利要求1所述的多自由度接头，其特征在于，所述第一段(31)或第二段(32)中的一个的长度小于或等于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度，另一个的长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度。

3.如权利要求2所述的多自由度接头，其特征在于，所述长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度的一段上设置有外螺纹。

4.如权利要求2所述的多自由度接头，其特征在于，所述长度大于包覆其的推力关节轴承的轴承公称高度的一段上设置有扳手操作平面。

5.如权利要求1所述的多自由度接头，其特征在于，还包括轴承座(4)，用于固定所述第一推力关节轴承(1)及第二推力关节轴承(2)的座圈。

6.如权利要求5所述的多自由度接头，其特征在于，所述轴承座(4)包括：

外壳(41)，所述外壳(41)限定有柱状通孔，所述第一推力关节轴承(1)及第二推力关节轴承(2)设置在所述柱状通孔内，所述柱状通孔的内径设置为能够与所述第一推力关节轴承(1)及第二推力关节轴承(2)的座圈公称外径过盈配合；

环状台阶(42)，设置在所述柱状通孔的第一端，所述环状台阶限定的内径小于所述柱状通孔的内径，且大于所述连接轴(3)的外径，所述第一推力关节轴承(1)及第二推力关节轴承(2)设置在所述柱状通孔内时，所述连接轴(3)通过所述环状台阶(42)伸出所述轴承座(4)。

7.如权利要求6所述的多自由度接头，其特征在于，还包括盖板(43)，设置在所述柱状通孔的第二端，用于在所述第二段封闭所述柱状通孔。

8.如权利要求7所述的多自由度接头，其特征在于，所述盖板(43)通过螺钉与所述轴承座(4)的外壳(41)固定连接。

9.如权利要求6所述的多自由度接头，其特征在于，所述外壳在柱状通孔的第二端位置处向外延伸有环状翼片，形成法兰盘(44)，以与所述试验件连接。

10.如权利要求6所述的多自由度接头，其特征在于，所述轴承座(3)设置成对开的两部分，每一部分均包含所述外壳、环状台阶的一半，所述对开的两部分设置有对接耳片(45)，并通过螺栓相互固定。