CN113532825B - 复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法。测量系统包括球头旋转装置、轴向力施加装置、球窝摆动装置和测量系统。轴向力施加装置能够实现球头在旋转的同时承受轴向力并沿轴向移动一定的微小位移；球窝摆动装置可以对球窝两个维度上的摆动运动进行独立控制，提供多种组合工况参数的选择。球铰链的磨损量与间隙测量中第一电涡流传感器正对球头连接轴的轴向方向，第二电涡流传感器和第三电涡流传感器布置在球头连接轴的径向方向且两者互相垂直。本发明能够实现球铰链的原位间隙测量，以及在三维摆动运动时磨损量和间隙量的实时测量，从而为研究实际复杂工况下的球铰链摩擦磨损性能提供解决方案，保证球铰链的可靠性。

Description

复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法。

背景技术

球铰链作为运动机构的重要部件，在航空航天、工程机械等领域应用广泛。球铰链一般由球头和球窝构成，两者可在三个方向上相对转动。球铰链的主要失效形式是由磨损导致的间隙和摩擦力矩变大，引起振动和噪声，影响机构的精度和寿命，甚至造成球铰的卡滞。因此，需要对球铰链摩擦磨损性能的规律进行研究，为预测其使用性能和寿命提供依据。

针对轴承摩擦磨损测试装置的研究，集中在关节轴承的二维运动和径向加载，目前有少量关节轴承摩擦磨损试验机能够实现多维摆动和径向、轴向载荷的加载。但少有摩擦试验机能够适用于球铰链的真实工况模拟。由于球铰的球头在旋转运动的同时，需要承受轴向载荷。球铰工作过程中，此轴向还会产生磨损，为了保证轴向载荷不变，需要使球头进行一定的位移。此外，除了单自由度旋转，还存在二维或三维复合运动。

综上所述，现有的摩擦磨损试验机并不能满足球铰链的摩擦磨损试验需求，且无法实现球铰链在复杂工况下磨损量和间隙量的实时测量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统及测量方法。磨损测量系统通过应用圆弧导轨提供球窝的支撑和两个独立的二维摆动，配上球头的旋转运动，能够使球铰实现三自由度复杂运动。在球头施加轴向力的情况下，能够让球头在旋转的同时，伴随着球铰的磨损，可以沿着轴向力的方向移动。同时三个互相垂直布置的电涡流传感器可以测量球铰实时的磨损量，球头与球窝之间的间隙量随磨损量增加而增加，与球头连接的球杆产生的振动偏移增加，可以将电涡流传感器测得的三组数据合成为空间三维曲线，获得球铰球心在磨损过程中的实际运动情况。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术实现的：本发明提供一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其包括：球头旋转装置、轴向力施加装置、球窝摆动装置、检测装置以及呈L型设置的水平底板和竖直底板，

球头旋转装置包括球头旋转支撑平台、球头旋转伺服电机、行星减速器、减速器支撑架、膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器支撑架、轴承座、花键轴、花键滑块、球头连接轴和球头，球头旋转支撑平台安装在竖直底板上并设置有减速器支撑架、扭矩传感器支撑架和轴承座，减速器支撑架设有减速器和伺服电机，扭矩传感器支架设有扭矩传感器，轴承座固定花键轴，花键轴上花键滑块与球头连接轴连接固定，球头连接轴与球头通过螺纹连接；

轴向力施加装置包括电动缸支架、伺服电动缸、拉压力传感器、导向轴、直线轴承、轴向传动组件、圆形连接件和推力球轴承和轴承端盖，电动缸支架固定在水平底板上，伺服电动缸和导向轴分别通过螺纹连接在电动缸支架上，直线轴承的第一端固定在轴向传动组件，轴向传动组件的第二端插入导向轴，使轴向传动组件能沿着竖直方向进行移动，轴向传动组件与薄壁圆桶连接，薄壁圆桶内安装推力球轴承，推力轴承通过轴承端盖来轴向固定，球头连接轴的第一端通过螺纹连接球头，球头连接轴的第二端设有凹槽，通过花键轴滑块固定，保证球头和球头连接轴在旋转运动的同时能沿着轴向移动，球头连接轴的中间轴肩与推力球轴承小内环固定，将轴向力通过轴向传动组件传递到圆形连接件，圆形连接件传递到轴承端盖，轴承端盖传递到推力球轴承的外圈，通过推力球轴承内外圈的连接，内圈传递轴向力到球头连接轴的中间轴肩，从而将轴向力传递到球头；

所述球窝摆动装置包括球窝连接架、第一摆动轴、刚度支撑轴、轴承座、联轴器、第一电机支撑架、第一摆动伺服电机、旋转轴底板、第二摆动轴、第二电机支撑架、第二摆动伺服电机、方形连接框、圆弧滑块、圆弧导轨和圆弧导轨支撑；球窝连接架的左右两边通过销轴连接第一连接轴和第二连接轴，第一连接轴通过联轴器连接到伺服电动机作为主动轴，第二连接轴固定在轴承座上，连接的第一摆动轴和第二摆动轴的轴心对齐球头的中心；轴承座底板下面的方形连接框连接圆弧滑块、第二摆动轴和轴承座底板，方形连接框通过第二摆动轴的两端的螺纹和螺母连接在一条直线上，第二摆动轴通过键连接与第二摆动伺服电机连接，第二摆动伺服电机通过第二电机支撑架与竖直底板固定；

所述检测装置包括第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、扭矩传感器和拉压力传感器，第一电涡流传感器测量轴向传动组件的移动，用于测量球铰磨损后产生的间隙量，第二电涡流传感器和第三电涡流传感器垂直分布在球头连接轴的外面，通过第一电涡流传感器测量到的实时磨损量，获得球铰链的实时间隙量值；通过第二电涡流传感器和第三电涡流传感器的距离测量变化值，从而测量出球头与固定在定平台上的球窝沿X轴和沿Y轴的振动偏移量，对其进行运算获得球头三维空间的运动轨迹，再对球窝运动进行轨迹模拟，得到球窝摆动时球头在预设摆角的三维间隙情况，并得到整个球铰的间隙情况。

在一个可优选的实施方式中，所述球窝通过前平台和后平台连接摆动装置，前平台通过轴连接第一摆动伺服电机提供一个方向的摆动，并通过方形连接框与后平台连接；后平台通过圆弧形滑轨和伺服电机提供前平台的支撑，通过第二摆动伺服电机和连接轴与方形连接框固定，使前平台能实现整体的绕轴旋转，使球窝相对于球头形成另一个方向的摆动。

在一个可优选的实施方式中，后平台通过第二摆动伺服电机和连接轴与方形连接框固定，使前平台能实现整体的绕轴旋转，使球窝相对于球头形成不同方向的摆动。

进一步，所述轴向力施加装置的轴向传动组件与拉压力传感器通过两根导向轴和直线轴承限制轴向传动组件的径向移动和自身旋转。

更优选的是，本发明的测量系统还包括数据采集处理装置，其包括顺次相连的信号调理电路、数据采集卡和主控计算机；拉压力传感器、热电阻、第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、扭矩传感器分别和信号调理电路相连。

进一步，本发明的测量系统还包括电涡流传感器支撑架，所述电涡流传感器支撑架固定在竖直底板上。

本发明的第二方面提供一种前述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统的测量方法，其用于球铰链轴向承受载荷且三个方向都能转动实际工况下，实时间隙量和磨损量测量，包括如下步骤：

S1、伺服电动缸在轴向方向施加第一拉力，获得第一电涡流传感器的拉力测量值；控制伺服电动缸在轴向方向施加第二压力，获得第一电涡流传感器的压力测量值，拉力测量值与压力测量值的差就是球铰链未磨损前的原位间隙量；

S2、在球铰开始磨损前，消除球铰本身的间隙，对球铰施加轴向力，假定球铰的间隙量为零时球铰的中心处于正中位置；第二电涡流传感器和第三电涡流传感器固定在定平台上，第二电涡流传感器测量其与球头的中心在X轴方向的距离，第三电涡流传感器测量其与球头中心在Y轴方向的距离；

S3、球窝开始摆动，控制施加的轴向力大小，轴向力装置使球头在旋转时推动球头的轴向移动，球头和球窝保持接触；球头对中能准确定位球头在球窝的中心，通过第一电涡流传感器移动、球窝摆动偏转、球头相对球窝的相对位置能反映球窝在预设偏转角的球窝的磨损量，通过各个摆角的转动磨损测量，能得到球窝全部角度的磨损量的大小，第二电涡流和第三电涡流传感器能反映球头在磨损时的振动量；球铰的原位间隙量能反映球铰的初始状况，与磨损量相叠加得到球铰的间隙量。

可优选的是，球铰链摩擦过程中摩擦系数测量具体方法：在球窝的摆动角为0时，测量摩擦力矩M和轴向力施加装置的轴向力F，实时测量不同球头半径R的球铰在不同的工况下的摩擦系数值μ＝4M/3FR。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明考虑实时磨损影响下，实现球头承受定额轴向力的同时，完成正反旋转，球窝可以二维摆动运动。球铰链三自由度摆动的独立控制，球窝的摆动范围较大，分别能达到25°和35°，提供符合实际工况的球铰链运动模式。

2.本发明中三个电涡流传感器的布置可以实现球铰磨损量三个维度的实时监测，测量与数据采集处理装置可以获得球铰链的初始间隙量以及实时磨损量和间隙量变化值，测量精度高。

附图说明

图1为本发明复杂工况下球铰链磨损的测量系统处于初始位置的示意图；

图2为本发明除去电动缸时轴向力施加装置的示意图；

图3为本发明球窝摆动装置的示意图；

图4为球窝摆动装置中方形连接框的示意图。

主要附图标记其中：水平底板1、伺服电动缸2、竖直底板3、导向轴4、电动缸连接套5、直线轴承6、摆动装置支架7、第二摆动底板8、球窝前摆动轴承座9、第二摆动连接轴10、球窝摆动装置11、方形连接框111、圆弧滑轨滑块112、第一摆动轴113、键114、第一摆动伺服电机支撑架115、销轴116、锁紧螺母117、圆弧导轨12、圆弧导轨支撑架13、电涡流传感器支撑板14、第一电涡流传感器15、第二电涡流传感器16、第三电涡流传感器17、球头旋转支撑平台18、球头旋转伺服电机19、伺服电机减速器20、减速器支撑架21、联轴器22、扭矩传感器支撑板23、扭矩传感器24、联轴器25、轴承座26、第一摆动伺服电机27、轴向力施加装置28、轴向传动组件281、球头连接轴282、花键轴283、花键轴滑块284、键285、推力球轴承286、推力球轴承287、圆形连接件288、推力球轴承端盖289、球头2810、球窝2811、球窝连接器2812、拉压力传感器2813、拧紧螺母2814、温度传感器2815、第二摆动伺服电机29、第二摆动伺服电机支撑架30、联轴器31、第二摆动轴承座32、第二摆动传动轴33、电动缸支撑架34。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“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的限制。

由图1至图4所示，本发明复杂工况下球铰链磨损的测量系统包括球头旋转装置、球窝摆动装置、轴向力施加装置和测量系统。

具体如图1和图2所示，球头旋转装置包括球头旋转支撑平台18、球头旋转伺服电机19、伺服电机减速器20、减速器支撑架21、联轴器22、扭矩传感器支撑架23、扭矩传感器24、联轴器25、轴承座26、花键轴283、花键滑块284、球头连接轴282和球头2810，球头旋转支撑平台18固定在竖直底板3上，球头旋转支撑平台18从上到下依次设有减速器支撑架21、扭矩传感器支撑架23和第二摆动轴承座32。减速器支撑架21固定着球头旋转伺服电机19和伺服电机减速器20，扭矩传感器支撑架23防止扭矩传感器24移动，第二摆动轴承座32固定花键轴283，花键轴283上花键滑块284与球头连接轴282连接固定，球头连接轴282通过螺纹连接球头2810；球头连接轴282的第一端连接球头2810，球头连接轴282的第二端通过键285连接花键滑块284，中间设置的轴肩卡在推力球轴承287上承受轴向力和轴向移动。

轴向力施加装置28包括电动缸支撑架34、伺服电动缸2、电动缸连接套5、拉压力传感器2813、拧紧螺母2814、导向轴4、直线轴承6、轴向传动组件281、圆形连接件288、两个推力球轴承287、推力球轴承端盖289、球头连接轴282、花键滑块284和花键轴283，电动缸支撑架34直接固定在水平底板1上，伺服电动缸2和导向轴4固定通过螺纹连接在电动缸支撑架34上，直线轴承6通过螺钉固定在轴向传动组件281并固定导向轴4，使之能沿着竖直方向移动的同时防止轴向传动组件281的其他运动，轴向传动组件281通过螺钉与圆形连接件288连接，圆形连接件288内安装两个推力球轴承287，推力球轴承287通过推力球轴承端盖289保证轴向固定，球头连接轴282的第一端通过螺纹连接球头，第二端通过键连接与花键轴滑块284固定，保证球头2810和球头连接轴282的旋转运动同时能沿着轴向移动，球头连接轴282的中间有轴肩与推力球轴承小内环固定，整体能将轴向力通过轴向传动组件281传递到圆形连接件288，圆形连接件288传递到推力球轴承端盖289，推力球轴承端盖289传递到推力球轴承外圈，通过推力球轴承286内外圈的连接，内圈传递轴向力到球头连接轴282的中间的轴肩，完成将轴向力传递到球头的功能。

如图1和图3所示，球窝摆动装置包括摆动装置支架7、第二摆动底板8、球窝前摆动轴承座9、球窝摆动装置11、第二摆动连接轴10、销轴116、第二摆动轴承座32、联轴器31、第二摆动伺服电机支撑架30、第二摆动伺服电机29、第一摆动轴113、第一摆动伺服电机支撑架115、第一摆动伺服电机27、方形连接框111、圆弧滑轨滑块112、圆弧导轨12、第二摆动传动轴33和圆弧导轨支撑架13，球窝摆动装置11左右两边通过销轴116连接两根摆动轴，一根轴通过联轴器31连接到第二摆动伺服电机29充当主动轴，另一根轴固定在第二摆动轴承座32上增加装置刚性，连接的两根摆动轴的轴心对齐球头的中心。摆动装置支架7设置在竖直底板3上，球窝前摆动轴承座9设置在第二摆动底板8上。第二摆动连接轴10、球窝摆动装置11与第二摆动传动轴33依次相连接。

如图4所示，在第二摆动底板8下面设置方形连接框111，方形连接框111连接圆弧滑轨滑块112、第一摆动轴113和第二摆动底板8。在一个优选的实施方式中，设有两个方形连接框111，通过第一摆动轴113两端的螺纹和锁紧螺母117连接在一条直线上，第一摆动轴113通过键114连接与第二摆动伺服电机27连接，第二摆动伺服电机27通过第一摆动伺服电机支撑架115与竖直底板3固定。

球窝连接摆动装置，通过前后两个平台，前平台通过第一摆动支撑轴连接第二摆动伺服电机29提供一个方向的摆动，前平台通过方形连接框111与后平台连接，后平台通过圆弧滑轨滑块112、圆弧导轨12和第一摆动伺服电机支撑架115提供前平台的支撑，通过第二摆动伺服电机27和第一摆动轴113与方形连接框111固定，使前平台能整体的绕轴旋转，球窝2811相对于球头2810形成另一个方向的摆动。

检测装置包括电涡流传感器支撑架14、第一电涡流传感器15、第二电涡流传感器16、第三电涡流传感器17、扭矩传感器24、拉压力传感器2813和温度传感器2815，电涡流传感器支撑架固定在竖直底板3上，第二电涡流传感器16测量和第三电涡流传感器17垂直分布在球头连接轴282的外侧，通过测量轴在这两个方向的振动偏移得到球铰在摩擦碰撞产生的位移偏转，第一电涡流传感器15测量轴向传动组件281的移动，实际是球铰磨损后产生的间隙量，扭矩传感器24测量球头2810旋转时的摩擦力矩，拉压力传感器2813主要是配合伺服电动缸2施加恒定的轴向力，温度传感器2815固定在球窝的螺纹孔中，位置靠近球头球窝摩擦磨损处，能准确的测量球铰运动时的工作温度。

轴向力施加装置轴向传动组件281与拉压力传感器2813通过两根导向轴4和直线轴承6限制轴向传动组件281的径向移动和自身旋转。

本发明的多工况球铰摩擦磨损测量试验机的磨损和测量过程为：试验机的初始位置如图所示，首先将球头2810安装在组装好的试验机上的，球窝2811固定在球窝连接架2812上，根据轴向传动组件281和电涡流传感器支撑架14的位置调节固定好第一电涡流传感器15、第二电涡流传感器16、第三电涡流传感器17，然后伺服电动缸2施加轴向力带动轴向传动组件281竖直向上移动，拉压力传感器2813测量得到拉力20N时记录第一电涡流传感器15的数值，然后电动缸施加轴向力带动轴向传动组件281竖直向下移动，拉压力传感器2813测量得到压力20N时记录第一电涡流传感器15的数值，记录的两个数值的差就是球铰未磨损前的间隙量，然后继续施加轴向力直到从拉压力传感器2813检测到设定的轴向的大小，第一电涡流传感器15测量到的数值可以检测出轴向传动组件281在绝对坐标系下竖直方向的位移。

磨损测量阶段，调节球头旋转伺服电机19的转速，两侧球窝摆动装置中第二摆动伺服电机29控制球窝沿着Y轴旋转、第二摆动伺服电机29控制球窝和前摆动机构沿着X轴旋转，当两个摆动电机综合控制配合能完成球窝的复合运动。同时测量系统在球铰磨损阶段实时检测实验数据，扭矩传感器24能测量球头2810旋转实时的摩擦力矩，根据摩擦力矩、摆动角度、轴向力的大小能得到球铰实时的摩擦系数。根据电涡流传感器测量球头连接轴282的振动，第二电涡流传感器16测量轴在X方向的振动大小，第三电涡流传感器17测量轴在Y方向的振动大小，通过滤波和图形绘制可以得到球头处在摩擦振动情况下的偏移。

数据采集处理包括：信号调理电路、数据采集卡、主控计算机。其中，拉压力传感器2813、热电阻、第一电涡流传感器15、第二电涡流传感器16、第三电涡流传感器17、扭矩传感器24的信号线分别接入信号调理电路，再依次通过数据采集卡输入到主控计算机。伺服电机依次连接伺服电机控制器、脉冲信号产生板和主控计算机，试验时，主控计算机通过RS485接口实现交互从而实现电机的各种控制。

数据采集处理装置的数据采集卡为16位高精度的A/D采集卡；主控计算机选用虚拟平台开发平台。

结束阶段，关闭旋转电机，摆动机构恢复至初始位置然后关闭，伺服电动缸2停止施加轴向力。

在本发明另一个实施例中，还提供了一种用于复杂工况下球铰链磨损的测量方法，采用根据上述的磨损测量系统，测量方法用于球铰链轴向承受载荷，三个维度皆可转动实际工况的实时间隙量和磨损量测量，测量方法包括如下步骤：

控制伺服电动缸在轴向方向施加20N的拉力，获得第一电涡流传感器的测量值；

控制伺服电动缸在轴向方向施加20N的压力，再次获得第一电涡流传感器的测量值，两次测量值的差就是球铰链未磨损前的原位间隙量；

在球铰开始磨损前，对球铰本身的间隙进行消除，对球铰施加一定的轴向力，假定的间隙量为零时候，球铰中心是正中的；第二电涡流传感器和第三电涡流传感器固定在定平台上，分别测量的是球头中心在X轴方向和Y轴方向与电涡流传感器的距离；

控制施加的轴向力大小，轴向力装置可以保持球头在旋转时推动球头的轴向移动，保持球头和球窝的接触，第一电涡流传感器测量到的数值，及实时的磨损量，可换算出球铰链的实时间隙量值。

当球铰开始旋转摆动，不可避免的产生摩擦，带来振动，通过第二电涡流传感器和第三电涡流传感器的距离测量变化值可以直接测量球头与固定在定平台上的球窝的X，Y轴的振动偏移量。

在摆动角为0的时候摩擦系数的计算公式为μ＝4M/3FR，通过摩擦力矩测量M，轴向装置施加的轴向力F，在根据不同的球头半径R可根据公式实时测量不同半径球铰在不同的工况下的摩擦系数变化量。

本发明的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其轴向力施加装置能够实现球头在旋转的同时承受轴向力并沿轴向移动一定的微小位移；球窝摆动装置可以对球窝两个维度上的摆动运动进行独立控制，提供多种组合工况参数的选择。球铰链的磨损量与间隙测量中第一电涡流传感器正对球头连接轴的轴向方向，第二电涡流传感器和第三电涡流传感器布置在球头连接轴的径向方向且两者互相垂直。本发明能够实现球铰链的原位间隙测量，以及在三维摆动运动时磨损量和摩擦系数的实时测量。为研究实际复杂工况下的球铰链摩擦磨损性能提供手段，保证球铰链的可靠性。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。

Claims (8)

1.一种复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，其包括：球头旋转装置、轴向力施加装置、球窝摆动装置、检测装置以及呈L型设置的水平底板和竖直底板，

球头旋转装置包括球头旋转支撑平台、球头旋转伺服电机、行星减速器、减速器支撑架、膜片联轴器、扭矩传感器、扭矩传感器支撑架、轴承座、花键轴、花键滑块、球头连接轴和球头，球头旋转支撑平台安装在竖直底板上并设置有减速器支撑架、扭矩传感器支撑架和轴承座，减速器支撑架设有减速器和伺服电机，扭矩传感器支架设有扭矩传感器，轴承座固定花键轴，花键轴上花键滑块与球头连接轴连接固定，球头连接轴与球头通过螺纹连接；

轴向力施加装置包括电动缸支架、伺服电动缸、拉压力传感器、导向轴、直线轴承、轴向传动组件、圆形连接件和推力球轴承和轴承端盖，电动缸支架固定在水平底板上，伺服电动缸和导向轴分别通过螺纹连接在电动缸支架上，直线轴承的第一端固定在轴向传动组件，轴向传动组件的第二端插入导向轴，使轴向传动组件能沿着竖直方向进行移动，轴向传动组件与薄壁圆桶连接，薄壁圆桶内安装推力球轴承，推力轴承通过轴承端盖来轴向固定，球头连接轴的第一端通过螺纹连接球头，球头连接轴的第二端设有凹槽，通过花键轴滑块固定，保证球头和球头连接轴在旋转运动的同时能沿着轴向移动，球头连接轴的中间轴肩与推力球轴承小内环固定，将轴向力通过轴向传动组件传递到圆形连接件，圆形连接件传递到轴承端盖，轴承端盖传递到推力球轴承的外圈，通过推力球轴承内外圈的连接，内圈传递轴向力到球头连接轴的中间轴肩，从而将轴向力传递到球头；

所述球窝摆动装置包括球窝连接架、第一摆动轴、刚度支撑轴、轴承座、联轴器、第一电机支撑架、第一摆动伺服电机、旋转轴底板、第二摆动轴、第二电机支撑架、第二摆动伺服电机、方形连接框、圆弧滑块、圆弧导轨和圆弧导轨支撑；球窝连接架的左右两边通过销轴连接第一连接轴和第二连接轴，第一连接轴通过联轴器连接到伺服电动机作为主动轴，第二连接轴固定在轴承座上，连接的第一摆动轴和第二摆动轴的轴心对齐球头的中心；轴承座底板下面的方形连接框连接圆弧滑块、第二摆动轴和轴承座底板，方形连接框通过第二摆动轴的两端的螺纹和螺母连接在一条直线上，第二摆动轴通过键连接与第二摆动伺服电机连接，第二摆动伺服电机通过第二电机支撑架与竖直底板固定；

所述检测装置包括第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、扭矩传感器和拉压力传感器，第一电涡流传感器测量轴向传动组件的移动，用于测量球铰磨损后产生的间隙量，第二电涡流传感器和第三电涡流传感器垂直分布在球头连接轴的外面，通过第一电涡流传感器测量到的实时磨损量，获得球铰链的实时间隙量值；通过第二电涡流传感器和第三电涡流传感器的距离测量变化值，从而测量出球头与固定在定平台上的球窝沿X轴和沿Y轴的振动偏移量，对其进行运算获得球头三维空间的运动轨迹，再对球窝运动进行轨迹模拟，得到球窝摆动时球头在预设摆角的三维间隙情况，并得到整个球铰的间隙情况。

2.根据权利要求1所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，所述球窝通过前平台和后平台连接摆动装置，前平台通过轴连接第一摆动伺服电机提供一个方向的摆动，并通过方形连接框与后平台连接；后平台通过圆弧形滑轨和伺服电机提供前平台的支撑，通过第二摆动伺服电机和连接轴与方形连接框固定，使前平台能实现整体的绕轴旋转，使球窝相对于球头形成另一个方向的摆动。

3.根据权利要求1所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，后平台通过第二摆动伺服电机和连接轴与方形连接框固定，使前平台能实现整体的绕轴旋转，使球窝相对于球头形成不同方向的摆动。

4.根据权利要求1所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，所述轴向力施加装置的轴向传动组件与拉压力传感器通过两根导向轴和直线轴承限制轴向传动组件的径向移动和自身旋转。

5.根据权利要求1所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，还包括数据采集处理装置，其包括顺次相连的信号调理电路、数据采集卡和主控计算机；拉压力传感器、热电阻、第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、扭矩传感器分别和信号调理电路相连。

6.根据权利要求1所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统，其特征在于，还包括电涡流传感器支撑架，所述电涡流传感器支撑架固定在竖直底板上。

7.一种用于权利要求1至6中任一项所述的复杂工况下球铰链磨损的测量系统的测量方法，其特征在于，其用于球铰链轴向承受载荷且三个方向都能转动实际工况下，实时间隙量和磨损量测量，包括如下步骤：

S1、伺服电动缸在轴向方向施加第一拉力，获得第一电涡流传感器的拉力测量值；控制伺服电动缸在轴向方向施加第二压力，获得第一电涡流传感器的压力测量值，拉力测量值与压力测量值的差就是球铰链未磨损前的原位间隙量；

S2、在球铰开始磨损前，消除球铰本身的间隙，对球铰施加轴向力，假定球铰的间隙量为零时球铰的中心处于正中位置；第二电涡流传感器和第三电涡流传感器固定在定平台上，第二电涡流传感器测量其与球头的中心在X轴方向的距离，第三电涡流传感器测量其与球头中心在Y轴方向的距离；

S3、球窝开始摆动，控制施加的轴向力大小，轴向力装置使球头在旋转时推动球头的轴向移动，球头和球窝保持接触；球头对中能准确定位球头在球窝的中心，通过第一电涡流传感器移动、球窝摆动偏转、球头相对球窝的相对位置能反映球窝在预设偏转角的球窝的磨损量，通过各个摆角的转动磨损测量，能得到球窝全部角度的磨损量的大小，第二电涡流和第三电涡流传感器能反映球头在磨损时的振动量；球铰的原位间隙量能反映球铰的初始状况，与磨损量相叠加得到球铰的间隙量。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，球铰链摩擦过程中摩擦系数测量具体方法：在球窝的摆动角为0时，测量摩擦力矩M和轴向力施加装置的轴向力F，实时测量不同球头半径R的球铰在不同的工况下的摩擦系数值μ＝4M/3FR。

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