CN211291921U - 一种接触刚度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于接触刚度测试方法研究及测试装置的设计领域，涉及一种接触刚度测试装置，用于对接触刚度进行精确测试。本实用新型的测试装置可用于不同形状和不同尺寸零件接触刚度的测量，且实现了零件的自动装夹；采用补偿变形的方法，以及多点测量使得测试结果更加准确；实现了测试零件安装便捷、加载系统稳定、接触变形测试准确，同时对接触变形进行了补偿，消除了无关变形的影响；解决了目前接触刚度测试装置测试结果误差大，接触刚度测试设备零件装夹不便，测试装置复杂且不具有普适性的问题。

Description

一种接触刚度测试装置

技术领域

本实用新型属于接触刚度测试方法研究及测试装置的设计领域，涉及一种接触刚度测试装置，用于对接触刚度进行精确测试。

背景技术

接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力，机器整体的刚度特性很大程度上取决于零件之间的接触刚度。例如精密机床导轨要求有较大的接触刚度，以保证零件的加工精度；轴承滚动体和滚道之间的接触刚度直接决定了轴承的整体刚度特性。因此设计接触刚度的测试装置及提出接触刚度更加准确的测试方法对于机器零件的设计和安全使用具有重要的意义。

国内外有关专利或论文提出了接触刚度的测试装置及相关的测试方法。例如：一种接触刚度的高精度超声检测方法(CN103616436A)提出了一种接触刚度的超声检测方法，它采用宽频带超声波探头检测接触区域，之后计算两个以上频率下超声反射率，并将超声反射率及对应的频率带入新的结合面声学模型进行计算，最后将计算得到的结果采用修正公式进行修正，得到所要的接触刚度，该方法利用了结合面声学模型，使得计算结果更加准确，但测试设备昂贵且复杂，具有较大的操作难度。一种结合面静态法向接触刚度测量装置(CN201876396U)提出了一种利用轴向引伸计测量变形的接触刚度测试装置，该装置能够针对不同的正压力、不同的试验件材料特性等参数对结合面静态法向接触刚度进行测量，并利用实验结果分析正压力及试验件材料对法向接触刚度的影响规律，但由于该装置只采用了一个轴向引伸计进行测量零件变形，且装置未采用导向装置，使得所测试变形结果不准确，导致接触刚度测量不够精确。球面-回转面结合面接触刚度测试装置及方法(CN102426085A)提出了一种利用多个位移传感器进行接触变形的测量，并利用螺杆进行加载的接触刚度测试方法，该方法实现了加载稳定，利用多个位移传感器进行测量保证了变形测量的准确性，但该测试方法无法排除其余干扰变形的影响，使得最终零件的接触变形不够精确，且该装置对于零件的安装未形成成熟的安装夹具，使得零件装夹不方便。

实用新型内容

针对上述提出的目前接触刚度测试方法及测试装置存在的问题，本实用新型提出了一种接触刚度测试装置及测试方法，该测试装置可用于不同形状和不同尺寸零件接触刚度的测量，且实现了零件的自动装夹；采用补偿变形的方法，以及多点测量使得测试结果更加准确。实现了测试零件安装便捷、加载系统稳定、接触变形测试准确，同时对接触变形进行了补偿，消除了无关变形的影响。解决了目前接触刚度测试装置测试结果误差大，接触刚度测试设备零件装夹不便，测试装置复杂且不具有普适性的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种接触刚度测试装置，包括支架1、加载装置2、导向装置3、零件夹具4、测试装置5、上零件6和下零件7；支架1为测试装置的支撑装置，支架1内部的空间用于安装加载装置2、导向装置3、零件夹具4和测试装置5；测试装置5用于零件接触变形的精确测量；上零件6和下零件7为测试对象，安装在零件夹具4上。

所述的支架1包括上支撑板11、底板12和多根支柱，多根支柱对称布置，上支撑板11上的阶梯孔与支柱上端阶梯轴18进行配合，并通过支柱固定螺母17进行固定，底板12上表面上的沉孔与支柱底端阶梯轴19进行连接，形成框架结构；上支撑板11上设有中心通孔作为加载螺杆导套安装孔14，用于安装加载螺杆导套22；在上支撑板11的上表面、沿加载螺杆导套安装孔14的周围均布多个加载螺杆导套固定螺纹孔16，加载螺杆导套固定螺纹孔16的外围均布多个通孔作为导向杆支架固定光孔15；底板12上表面均布多个下零件夹具固定螺纹孔13。

所述的加载装置2包括加载手轮21、加载螺杆导套22、加载螺杆23、垫片24和力传感器25；所述的加载手轮21固定在加载螺杆23的顶端，加载螺杆23为带螺纹的柱状结构；所述的加载螺杆导套22为筒状结构，顶端为凸出的法兰边221，法兰边221上均布多个通孔，加载螺杆导套22的内螺纹与加载螺杆23上的外螺纹相配合，通过旋转加载手轮21使加载螺杆23进行上下移动，提供加载力；加载螺杆导套22的底端穿过加载螺杆导套安装孔14，法兰边221卡在上支撑板11的上表面，通过加载螺杆导套固定螺栓222与法兰边221上的通孔以及加载螺杆导套固定螺纹孔16的配合，将加载螺杆导套22固定在上支撑板11上；所述的力传感器25放在上零件夹具体安装装置411的上表面，垫片24放在力传感器25上，加载螺杆23的底端与垫片24相接触，将力传感器25和垫片24压紧固定在上零件夹具体安装装置411的上表面。

所述的导向装置3包括导向杆支架31和导向杆32；所述的导向杆支架31包括导向杆支架固定上螺母311、导向杆支架固定下螺母315、导向杆支架体312和导向杆支架支撑杆314；所述的导向杆支架体312为块状结构，其中心设有贯穿的导向杆支架中间孔313，加载螺杆23下部穿过导向杆支架中间孔313，导向杆支架中间孔313的周围均布多个导向杆导向孔；多根导向杆支架支撑杆314对称固定在导向杆支架体312的上表面，其安装方式与支架1中的支柱底端和底板12之间的安装方式相同，其上部为螺纹结构并穿过导向杆支架固定光孔15，导向杆支架固定上螺母311和导向杆支架固定下螺母315安装在导向杆支架支撑杆314的螺纹处，旋紧后，导向杆支架固定上螺母311和导向杆支架固定下螺母315分别与上支撑板11的上表面和下表面接触，对导向杆支架支撑杆314进行限位和固定；所述的导向杆32有多个，其底端对称固定在上零件夹具体安装装置411的上表面，其安装方式与支架1中的支柱底端和底板12之间的安装方式相同，其上部设有螺纹并穿过导向杆导向孔，导向杆32可在导向杆导向孔中上下移动，顶部通过导向杆固定螺母321进行限位，防止导向杆32滑出导向杆支架体312。

所述的零件夹具4包括上零件夹具41和下零件夹具42；

所述的上零件夹具41包括上零件夹具安装装置411和上零件夹具体412，用于夹紧上零件6；所述的上零件夹具体412为椎体，其顶面为平面，其外表面为上零件夹具体外锥面4121，上零件夹具体外锥面4121的上部设有环状的上零件夹具体锁紧凸起4122；上零件夹具体412的底部沿椎体径向对称设有多个上零件夹紧滑道4123，每个上零件夹紧滑道4123的末端安装有上零件夹紧滑道封口塞4126，二者为过盈配合，用于防止夹紧弹簧4125滑出上零件夹紧滑道4123；上零件夹具爪4124安装在上零件夹紧滑道4123内，可前后移动，上零件6安装在多个上零件夹具爪4124之间，以实现夹紧，上零件夹具爪4124与上零件夹紧滑道封口塞4126之间的上零件夹紧滑道4123内设有夹紧弹簧4125，用于提供上零件夹具爪4124在上零件夹紧滑道4123内前后滑动时的推力；上零件夹具爪4124包括爪体、上零件夹具爪弹簧安装柱41242和上零件夹具爪夹头41243，上零件夹具爪弹簧安装柱41242和上零件夹具爪夹头41243分别位于爪体两侧的上部和下部，爪体上部的表面即上零件夹具爪外表面41241与上零件夹紧滑道4123相配合，使上零件夹具爪4124在上零件夹紧滑道4123内前后滑动；上零件夹具爪弹簧安装柱41242与夹紧弹簧4125的一端连接，上零件夹具爪夹头41243与上零件6的外表面相接触，用于固定上零件6；所述的上零件夹具安装装置411为块状结构，其底部中心开有上零件夹具体安装锥孔4112；上零件夹具体安装锥孔4112，其顶面为安装锥孔上表面4113，其内壁上开有环状的上零件夹具体锁紧凹槽4111，上零件夹具体安装锥孔上表面4113与上零件夹具体412顶面相配合，用于上零件夹具体412的定位，上零件夹具体锁紧凸起4122与上零件夹具体锁紧凹槽4111相配合，用于锁紧上零件夹具体412，上零件夹具体安装锥孔4112与上零件夹具体外锥面4121相配合。

所述的下零件夹具42包括下零件夹具体421和下零件夹具夹紧装置422，用于夹紧下零件7；所述的下零件夹具体421包括下零件夹具体密封盖4213和下零件夹具体主体4214；所述的下零件夹具体密封盖4213，其中心设有通孔，通孔的周围对称设有多个沿径向分布的下零件夹紧爪轨道42131，用于下零件夹紧爪4221前后滑动，以夹紧下零件7；下零件夹具体密封盖4213上对称设有多个下零件夹具体密封盖安装孔42135；下零件夹具体密封盖4213的下表面设有一个小锥齿轮固定块42133，用于固定小锥齿轮4223，小锥齿轮固定块42133的底面为内陷的弧状，其上设有凹槽结构的小锥齿轮上半滑轨42134，与小锥齿轮凸起42232相配合，实现小锥齿轮4223转动；小锥齿轮固定块42133的两个侧面设有凸起的小锥齿轮固定块安装滑轨42132，用于小锥齿轮固定块42133的安装；所述的下零件夹具体主体4214顶部开口的筒体结构，其底部设有法兰，法兰上对称开有多个下零件夹具体主体安装光孔42143，与下零件夹具体主体安装螺栓4212和下零件夹具固定螺纹孔13相配合，将下零件夹具体421固定安装在底板12上表面；筒体顶部的上表面对称设有多个下零件夹具体密封盖安装螺纹孔42141，与下零件夹具体密封盖安装孔42135和下零件夹具体密封盖安装螺栓4211配合，将下零件夹具体密封盖4213固定安装在下零件夹具体主体4214上；筒体上部开有U形的小锥齿轮安装缺口42144，小锥齿轮安装缺口42144的弧形底面上设有小锥齿轮下半滑轨42146，两竖直表面上开有小锥齿轮固定块安装凹槽42145，小锥齿轮安装缺口42144与小锥齿轮固定块42133相配合，将小锥齿轮4223限位于小锥齿轮安装缺口42144与小锥齿轮固定块42133之间，小锥齿轮固定块安装凹槽42145与小锥齿轮固定块安装滑轨42132相配合，小锥齿轮下半滑轨42146与小锥齿轮上半滑轨42134相对合形成环形轨道；下零件夹具体主体4214内的中心设有下零件夹具体主体中间圆柱42147，与下零件夹具体密封盖4213中间通孔相配合，下零件夹具体主体中间圆柱42147的外围设有轴肩42142，用于安装轴承4224；

所述的下零件夹具夹紧装置422包括下零件夹紧爪4221、大锥齿轮4222、小锥齿轮4223和轴承4224；所述的下零件夹紧爪4221有四个，对称布置，包括下零件夹紧爪夹头42211；下零件夹紧爪夹头42211的尾端下表面设有凸起，凸起的底部为下零件夹紧爪螺纹42213，与大锥齿轮外螺纹42221相配合，并形成自锁，下零件夹紧爪夹头42211的前端与下零件7相接触，以实现下零件7的锁紧与固定；凸起的侧面上设有下零件夹紧爪滑轨42212，与下零件夹紧爪轨道42131相配合，用于下零件夹紧爪4221的前后滑动，以夹紧下零件7；所述的大锥齿轮4222，其上表面设有大锥齿轮外螺纹42221，与下零件夹紧爪螺纹42213相配合，用于锁紧下零件7；大锥齿轮4222的中心通孔为轴承安装阶梯孔42222，用于安装轴承4224；大锥齿轮4222的下表面为大锥齿轮轮齿42223，与小锥齿轮轮齿42233相配合，用于旋转大锥齿轮4222；所述的小锥齿轮4223，其端部为小锥齿轮轮齿42233与大锥齿轮轮齿42223相配合；小锥齿轮4223的中部设有小锥齿轮凸起42232，与小锥齿轮下半滑轨42146和小锥齿轮上半滑轨42134相配合，实现小锥齿轮4223的转动；小锥齿轮4223的另一端为内六角螺母42231，通过外部的扳手插入内六角螺母42231中以转动小锥齿轮4223，从而带动大锥齿轮4222转动；所述的轴承4224，其外圈安装于轴承安装阶梯孔42222内，内圈安装于轴肩42142上，实现大锥齿轮4222的转动。

所述的测试装置5包括上位移传感器51和下位移传感器52；

所述的上位移传感器51有多个，其上端固定在上零件夹具体412下端的侧面上，其下端固定在下零件夹具体密封盖4213的上表面，用于测量上零件6和下零件7之间的接触变形。

所述的下位移传感器52有多个，其上端固定在下零件7的外侧表面上，其下端固定在下零件夹具体密封盖4213的上表面上，用于补偿变形的测量。

所述的上零件6为半球形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的上零件6；所述的下零件7为方形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的下零件7。

一种接触刚度测试方法，具体如下：

测试前，通过转动加载手轮21将加载螺杆23向上移动，然后通过手动的方式将上零件夹具41向上移动，以供安装测试零件；上零件6安装在上零件夹具体412下表面的中心位置，并通过调整上零件夹具爪夹头41243的左右位置，使上零件6固定；之后通过旋转小锥齿轮4223上的内六角螺母42231，使下零件夹紧爪4221向外侧移动，将下零件7放置在上零件夹具体412上，再次旋转内六角螺母42231，使下零件夹紧爪4221同步向内侧移动，以夹紧下零件7；通过手动的方式将上零件夹具41向下移动，使上零件6和下零件7相接触，完成零件的安装；之后按照传感器的位置布置上位移传感器51和下位移传感器52；最后旋转加载手轮21对测试零件进行接触力的施加，并测试零件的变形。

上位移传感器51所测试变形为零件之间的接触变形和零件下方其余干扰变形之和，干扰变形即为补偿变形；下位移传感器52所测试的变形为零件下方其余干扰变形；则所测试零件之间的接触刚度计算如下：

其中，K_c为所测试零件之间的接触刚度；F为加载装置2所施加的载荷；δ₁为上位移传感器51所测试变形的平均值；δ₂为下位移传感器52所测试变形的平均值；δ_1a、δ_1b、δ_1c和δ_1d分别为四个上位移传感器51所测试的变形量；δ_2a、δ_2b、δ_2c和δ_2d分别为四个下位移传感器52所测试的变形。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实现了测试零件安装更换简单、加载稳定，同时采用多个传感器进行变形测量，并利用补偿变形的方法，排除了无关变形的影响，达到了接触刚度的精确测量。本实用新型解决了目前接触刚度测试装置安装零件不便，测试方法复杂及测试结果不准确等问题。

附图说明

图1是本实用新型测试设备整体示意图；

图2是支架示意图；

图3是加载装置示意图；

图4是导向装置示意图；

图5是零件夹具示意图；

图6是上零件夹具安装装置示意图；

图7是上零件夹具体示意图；

图8是上零件夹具爪示意图；

图9是下零件夹具示意图；

图10是下零件夹具剖视图；

图11是下零件夹具体密封盖示意图；

图12是下零件夹具体主体示意图；

图13是下零件夹具锥齿轮配合示意图；

图14是下零件夹具锥齿轮配合剖视图；

图15是下零件夹紧爪示意图；

图16是测试装置示意图。

图中：1支架；2加载装置；3导向装置；4零件夹具；5测试装置；6上零件；7下零件；

11上支撑板；12底板；13下零件夹具固定螺纹孔；14加载螺杆导套安装孔；15导向杆支架固定光孔；加载螺杆导套固定螺纹孔16；支柱固定螺母17；支柱上端阶梯轴18；支柱底端阶梯轴19；

21加载手轮；22加载螺杆导套；23加载螺杆；24垫片；25力传感器；

221法兰边；222加载螺杆导套固定螺栓；

31导向杆支架；32导向杆；

311导向杆支架固定上螺栓；312导向杆支架体；313导向杆支架中间孔；314导向杆支架支撑杆；315导向杆支架固定下螺栓；

321导向杆固定螺栓；

41上零件夹具；42下零件夹具；

411上零件夹具安装装置；412上零件夹具体；

4111上零件夹具体锁紧凹槽；4112上零件夹具体安装锥孔；4113上零件夹具体安装锥孔上表面；

4121上零件夹具体外锥面；4122上零件夹具体锁紧凸起；4123上零件夹紧滑道；4124上零件夹具爪；4125夹紧弹簧；4126上零件夹紧滑道封口塞；

41241上零件夹具爪外表面；41242上零件夹具爪弹簧安装柱；41243上零件夹具爪夹头；

421下零件夹具体；422下零件夹具夹紧装置；

4211下零件夹具体密封盖安装螺栓；4212下零件夹具体主体安装螺栓；4213下零件夹具体密封盖；4214下零件夹具体主体；

42131下零件夹紧爪轨道；42132小锥齿轮固定块安装滑轨；42133小锥齿轮固定块；42134小锥齿轮上半滑轨；42135下零件夹具体密封盖安装孔；

41241下零件夹具体密封盖安装螺纹孔；42142轴肩；42143下零件夹具体主体安装光孔；42144小锥齿轮安装缺口；42145小锥齿轮固定块安装凹槽；42146小锥齿轮下半滑轨；42147下零件夹具体主体中间圆柱；

4221下零件夹紧爪；4222大锥齿轮；4223小锥齿轮；4224轴承；

42211下零件夹紧爪夹头；42212下零件夹紧爪滑轨；42213下零件夹紧爪螺纹；

42221大锥齿轮外螺纹；42222轴承安装阶梯孔；42223大锥齿轮轮齿；

42231内六角螺母；42232小锥齿轮凸起；42233小锥齿轮轮齿；

51上位移传感器；52下位移传感器；

具体实施方式

以下结合附图和技术方案；进一步说明本实用新型的具体实施方式。

从图1可知：一种接触刚度测试装置，包括支架1、加载装置2、导向装置3、零件夹具4、测试装置5、上零件6和下零件7。支架1为测试装置的支撑装置；加载装置2包括加载手轮21、加载螺杆导套22、加载螺杆23、垫片24和力传感器25；导向装置3包括导向杆支架31和导向杆32；零件夹具4包括上零件夹具41和下零件夹具42；测试装置5包括四个上位移传感器51和四个下位移传感器52，上下位移传感器配合使用，用于零件接触变形的精确测量；上零件6和下零件7为测试对象，可根据需求更换零件尺寸及形状。

如图2所示，支架1包括上支撑板11、底板12和支柱；加载螺杆导套固定螺纹孔16共四个，均布在上支撑板11上；导向杆支架固定光孔15为通孔，共四个，均布在上支撑板11上；加载螺杆导套安装孔14为加载螺杆导套22的安装孔；下零件夹具固定螺纹孔13共四个，均布在底板12上；上支撑板11上的阶梯孔与支柱上端阶梯轴18进行配合，并通过支柱固定螺母17进行固定，底板12上表面上的沉孔与支柱底端阶梯轴19进行连接，形成框架结构。

如图3所示，加载手轮21位于加载螺杆23的上方，与加载螺杆23为一体式结构；加载螺杆导套22为一带法兰边221的环形结构；法兰边221位于加载螺杆导套22的上方，用于支撑加载螺杆导套22，加载螺杆导套固定螺栓222共有4个，均布在法兰边221上表面上，通过法兰边221上的光孔和支架1上的加载螺杆导套固定螺纹孔16以及加载螺杆导套固定螺栓222将加载螺杆导套22固定在支架1上；加载螺杆23为一带螺纹的柱状结构；加载螺杆23与加载螺杆导套22中间螺纹孔相配合，提供加载力；力传感器25位于上零件夹具体安装装置411上表面，垫片24为一圆饼状结构，置于力传感器25上；垫片24与螺杆23同轴心，垫片24的上表面与螺杆23的下表面贴合，力传感器25用于测试加载力的大小。

如图4和图5所示，导向杆支架31包括导向杆支架固定上螺母311、导向杆支架固定下螺母315、导向杆支架体312和导向杆支架支撑杆314；导向杆支架体312上有均布的四个导向杆导向孔，导向杆32在导向杆导向孔内上下滑动；导向杆支架中间孔313为一圆形通孔，加载螺杆23位于导向杆支架中间孔313中间；导向杆支架支撑杆314共四个，分别位于导向杆支架固定光孔15内，其上部和下部分别通过四个导向杆支架固定上螺母311和导向杆支架固定下螺母315进行固定，导向杆支架固定上螺母311与上支撑板11的上表面接触，导向杆支架固定下螺母315与上支撑板11的下表面接触。导向杆32共四个，底部固定在上零件夹具体安装装置411上表面上；导向杆固定螺母321共四个，分别与导向杆32上的螺纹相配合，用于防止导向杆32滑出导向杆支架体312。

如图6、图7和图8所示，上零件夹具41包括上零件夹具安装装置411和上零件夹具体412；上零件夹具安装装置411上设有上零件夹具体锁紧凹槽4111、上零件夹具体安装锥孔4112；上零件夹具体锁紧凹槽4111与上零件夹具体锁紧凸起4122相配合，用于锁紧上零件夹具体412；上零件夹具体安装锥孔4112与上零件夹具体外锥面4121相配合；上零件夹具体安装锥孔上表面4113与上零件夹具体412的上表面相配合，用于上零件夹具体412的定位。上零件夹具体412上设有上零件夹具体锁紧凸起4122、上零件夹紧滑道4123、上零件夹具爪4124、夹紧弹簧4125和上零件夹紧滑道封口塞4126；上零件夹具体外锥面4121与上零件夹具体安装锥孔4112相配合；上零件夹具体锁紧凸起4122与上零件夹具体锁紧凹槽4111相配合，用于锁紧锁紧上零件夹具体412；上零件夹紧滑道4123共四个，均匀分布在上零件夹具体下方，用于安装上零件夹具爪4124、夹紧弹簧4125和上零件夹紧滑道封口塞4126，同时上零件夹具爪4124可在上零件夹紧滑道4123内前后移动，以便夹紧上零件6；上零件夹具爪4124包括上零件夹具爪外表面41241、上零件夹具爪弹簧安装柱41242和上零件夹具爪夹头41243；上零件夹具爪外表面41241与上零件夹紧滑道4123相配合，使上零件夹具爪4124可在上零件夹紧滑道4123内前后滑动；上零件夹具爪弹簧安装柱41242用于连接夹紧弹簧4125的一端；上零件夹具爪夹头41243与上零件6的外表面相接触，用于固定上零件6；夹紧弹簧4125共四个，分别布置于上零件夹紧滑道4123内，夹紧弹簧4125夹紧弹簧的一端与上零件夹具爪弹簧安装柱41242相连接，一端与上零件夹紧滑道封口塞4126相连接，用于提供上零件夹具爪4124在上零件夹紧滑道4123内前后滑动时的推力；上零件夹紧滑道封口塞4126共四个，分别安装于上零件夹紧滑道4123的末端，上零件夹紧滑道封口塞4126的外表面与上零件夹紧滑道4123为过盈配合，用于防止夹紧弹簧4125滑出上零件夹紧滑道4123。

如图8和图10所示，下零件夹具42包括下零件夹具体421和下零件夹具夹紧装置422。下零件夹具体421包括下零件夹具体密封盖4213、下零件夹具体密封盖安装螺栓4211、下零件夹具体主体4214和下零件夹具体主体安装螺栓4212。

如图11所示，下零件夹具体密封盖4213上设有下零件夹紧爪轨道42131、下零件夹具体密封盖安装孔42135、小锥齿轮固定块42133、小锥齿轮固定块安装滑轨42132和小锥齿轮上半滑轨42134；下零件夹紧爪轨道42131共四个，用于下零件夹紧爪4221前后滑动，来夹紧下零件7；下零件夹具体密封盖安装孔42135共五个，分别于下零件夹具体密封盖安装螺栓4211相配合，用于安装固定下零件夹具体密封盖4213；小锥齿轮固定块42133安装于下零件夹具体主体4214内，用于固定小锥齿轮4223；小锥齿轮固定块安装滑轨42132为一凸起形结构，方便小锥齿轮固定块42133的安装；小锥齿轮上半滑轨42134为一凹槽，与小锥齿轮4223上的凸起相配合，用于小锥齿轮4223转动。下零件夹具体密封盖安装螺栓4211共五个，用于下零件夹具体密封盖4213的安装与固定。

如图12所示，下零件夹具体主体4214包括下零件夹具体密封盖安装螺纹孔42141、轴肩42142、下零件夹具体主体安装光孔42143、小锥齿轮安装缺口42144、小锥齿轮固定块安装凹槽42145、小锥齿轮下半滑轨42146和下零件夹具体主体中间圆柱42147；下零件夹具体密封盖安装螺纹孔42141与下零件夹具体密封盖安装螺栓4211配合，用于安装固定下零件夹具体密封盖4213；轴肩42142用于安装轴承4224；下零件夹具体主体安装光孔42143与下零件夹具体主体安装螺栓4212相配合，用于安装固定下零件夹具体421；小锥齿轮安装缺口42144与小锥齿轮固定块42133相配合，用于安装小锥齿轮4223；小锥齿轮固定块安装凹槽42145与小锥齿轮固定块安装滑轨42132相配合；小锥齿轮下半滑轨42146为一凹槽结构，与小锥齿轮上半滑轨42134一起形成以完成圆环，用于安装小锥齿轮4223；下零件夹具体主体中间圆柱42147为一圆柱形结构，与下零件夹具体密封盖4213中间圆环孔相配合。下零件夹具体主体安装螺栓4212共四个，安装于下零件夹具体主体安装光孔42143内，用于固定下零件夹具体421。

如图13所示，下零件夹具夹紧装置422包括下零件夹紧爪4221、大锥齿轮4222、小锥齿轮4223和轴承4224。

如图13、图14和图15所示，下零件夹紧爪4221包括下零件夹紧爪夹头42211、下零件夹紧爪滑轨42212和下零件夹紧爪螺纹42213；下零件夹紧爪夹头42211位于下零件夹紧爪4221前端，直接与下零件7接触，用于固定下零件7；下零件夹紧爪滑轨42212与下零件夹具体密封盖4213上的下零件夹紧爪轨道42131相配合，用于下零件夹紧爪4221的前后滑动，以夹紧下零件7；下零件夹紧爪螺纹42213与大锥齿轮外螺纹42221相配合，并形成自锁，用于锁紧下零件7。

如图13和图14所示，大锥齿轮4222上设有大锥齿轮外螺纹42221、轴承安装阶梯孔42222和大锥齿轮轮齿42223；大锥齿轮外螺纹42221与下零件夹紧爪螺纹42213相配合，用于锁紧下零件7；轴承安装阶梯孔42222位于大锥齿轮4222中间下端，用于安装轴承4224；大锥齿轮轮齿42223均布于大锥齿轮4222下表面上，与小锥齿轮轮齿42233相配合，用于旋转大锥齿轮4222。小锥齿轮4223包括内六角螺母42231、小锥齿轮凸起42232和小锥齿轮轮齿42233；内六角螺母42231用于转动小锥齿轮4223，从而带动大锥齿轮4222转动；小锥齿轮凸起42232与小锥齿轮下半滑轨42146和小锥齿轮上半滑轨42134相配合，用于小锥齿轮的转动；小锥齿轮轮齿42233与大锥齿轮轮齿42223相配合。轴承4224的外圈安装于轴承安装阶梯孔42222内，内圈安装于轴肩42142上，用于使大锥齿轮4222顺利转动。

如图16所示，上位移传感器51共四个，一端固定在上零件夹具体412下端的四周，另外一端固定在下零件夹具体密封盖4213的上表面上，用于测量上零件6和下零件7之间的接触变形。下位移传感器52共四个，一端固定在下零件7的四周，另外一端固定在下零件夹具体密封盖4213的上表面上，用于补偿变形的测量。

上零件6为半球形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的上零件6；下零件7为方形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的下零件7。

接触刚度测试原理：

由于下零件夹具体密封盖4213和下零件夹具体主体中间圆柱42147不是一个整体结构，故加载装置2所施加的载荷对下零件夹具体密封盖4213不产生影响，因此上位移传感器51所测试变形为零件之间的接触变形和零件下方其余干扰变形(补偿变形)之和，下位移传感器52所测试的变形为零件下方其余干扰变形(补偿变形)，根据上述测试方法，接触刚度的测试原理为(所给出的计算公式以有四个上位移传感器和四个下位移传感器为例，若增加传感器个数，原理相同)：

其中，K_c为所测试零件之间的接触刚度；F为加载装置2所施加的载荷；δ₁为上位移传感器所测试变形的平均值(零件之间的接触变形和补偿变形量之和)；δ₂为下位移传感器所测试变形的平均值(补偿变形)；δ_1a为第一个上位移传感器所测试的变形量；δ_1b为第二个上位移传感器所测试的变形量；δ_1c为第三个上位移传感器所测试的变形量；δ_1d为第四个上位移传感器所测试的变形量；δ_2a为第一个下位移传感器所测试的变形量；δ_2b为第二个下位移传感器所测试的变形量；δ_2c为第三个下位移传感器所测试的变形量；δ_2d为第四个下位移传感器所测试的变形量。

Claims (1)

1.一种接触刚度测试装置，其特征在于，所述的接触刚度测试装置包括支架(1)、加载装置(2)、导向装置(3)、零件夹具(4)、测试装置(5)、上零件(6)和下零件(7)；支架(1)为测试装置的支撑装置，支架(1)内部的空间用于安装加载装置(2)、导向装置(3)、零件夹具(4)和测试装置(5)；测试装置(5)用于零件接触变形的精确测量；上零件(6)和下零件(7)为测试对象，安装在零件夹具(4)上；

所述的支架(1)包括上支撑板(11)、底板(12)和多根支柱，多根支柱对称布置，上支撑板(11)上的阶梯孔与支柱上端阶梯轴(18)进行配合，并通过支柱固定螺母(17)进行固定，底板(12)上表面上的沉孔与支柱底端阶梯轴(19)进行连接，形成框架结构；上支撑板(11)上设有中心通孔作为加载螺杆导套安装孔(14)，用于安装加载螺杆导套(22)；在上支撑板(11)的上表面、沿加载螺杆导套安装孔(14)的周围均布多个加载螺杆导套固定螺纹孔(16)，加载螺杆导套固定螺纹孔(16)的外围均布多个通孔作为导向杆支架固定光孔(15)；底板(12)上表面均布多个下零件夹具固定螺纹孔(13)；

所述的加载装置(2)包括加载手轮(21)、加载螺杆导套(22)、加载螺杆(23)、垫片(24)和力传感器(25)；所述的加载手轮(21)固定在加载螺杆(23)的顶端，加载螺杆(23)为带螺纹的柱状结构；所述的加载螺杆导套(22)为筒状结构，顶端为凸出的法兰边(221)，法兰边(221)上均布多个通孔，加载螺杆导套(22)的内螺纹与加载螺杆(23)上的外螺纹相配合，通过旋转加载手轮(21)使加载螺杆(23)进行上下移动，提供加载力；加载螺杆导套(22)的底端穿过加载螺杆导套安装孔(14)，法兰边(221)卡在上支撑板(11)的上表面，通过加载螺杆导套固定螺栓(222)与法兰边(221)上的通孔以及加载螺杆导套固定螺纹孔(16)的配合，将加载螺杆导套(22)固定在上支撑板(11)上；所述的力传感器(25)放在上零件夹具安装装置(411)的上表面，垫片(24)放在力传感器(25)上，加载螺杆(23)的底端与垫片(24)相接触，将力传感器(25)和垫片(24)压紧固定在上零件夹具安装装置(411)的上表面；

所述的导向装置(3)包括导向杆支架(31)和导向杆(32)；所述的导向杆支架(31)包括导向杆支架固定上螺母(311)、导向杆支架固定下螺母(315)、导向杆支架体(312)和导向杆支架支撑杆(314)；所述的导向杆支架体(312)为块状结构，其中心设有贯穿的导向杆支架中间孔(313)，加载螺杆(23)下部穿过导向杆支架中间孔(313)，导向杆支架中间孔(313)的周围均布多个导向杆导向孔；多根导向杆支架支撑杆(314)对称固定在导向杆支架体(312)的上表面，其安装方式与支架(1)中的支柱底端和底板(12)之间的安装方式相同，其上部为螺纹结构并穿过导向杆支架固定光孔(15)，导向杆支架固定上螺母(311)和导向杆支架固定下螺母(315)安装在导向杆支架支撑杆(314)的螺纹处，旋紧后，导向杆支架固定上螺母(311)和导向杆支架固定下螺母(315)分别与上支撑板(11)的上表面和下表面接触，对导向杆支架支撑杆(314)进行限位和固定；所述的导向杆(32)有多个，其底端对称固定在上零件夹具安装装置(411)的上表面，其安装方式与支架(1)中的支柱底端和底板(12)之间的安装方式相同，其上部设有螺纹并穿过导向杆导向孔，导向杆(32)可在导向杆导向孔中上下移动，顶部通过导向杆固定螺母(321)进行限位，防止导向杆(32)滑出导向杆支架体(312)；

所述的零件夹具(4)包括上零件夹具(41)和下零件夹具(42)；

所述的上零件夹具(41)包括上零件夹具安装装置(411)和上零件夹具体(412)，用于夹紧上零件(6)；所述的上零件夹具体(412)为椎体，其顶面为平面，其外表面为上零件夹具体外锥面(4121)，上零件夹具体外锥面(4121)的上部设有环状的上零件夹具体锁紧凸起(4122)；上零件夹具体(412)的底部沿椎体径向对称设有多个上零件夹紧滑道(4123)，每个上零件夹紧滑道(4123)的末端安装有上零件夹紧滑道封口塞(4126)，二者为过盈配合，用于防止夹紧弹簧(4125)滑出上零件夹紧滑道(4123)；上零件夹具爪(4124)安装在上零件夹紧滑道(4123)内，可前后移动，上零件(6)安装在多个上零件夹具爪(4124)之间，以实现夹紧，上零件夹具爪(4124)与上零件夹紧滑道封口塞(4126)之间的上零件夹紧滑道(4123)内设有夹紧弹簧(4125)，用于提供上零件夹具爪(4124)在上零件夹紧滑道(4123)内前后滑动时的推力；上零件夹具爪(4124)包括爪体、上零件夹具爪弹簧安装柱(41242)和上零件夹具爪夹头(41243)，上零件夹具爪弹簧安装柱(41242)和上零件夹具爪夹头(41243)分别位于爪体两侧的上部和下部，爪体上部的表面即上零件夹具爪外表面(41241)与上零件夹紧滑道(4123)相配合，使上零件夹具爪(4124)在上零件夹紧滑道(4123)内前后滑动；上零件夹具爪弹簧安装柱(41242)与夹紧弹簧(4125)的一端连接，上零件夹具爪夹头(41243)与上零件(6)的外表面相接触，用于固定上零件(6)；所述的上零件夹具安装装置(411)为块状结构，其底部中心开有上零件夹具体安装锥孔(4112)；上零件夹具体安装锥孔(4112)，其顶面为安装锥孔上表面(4113)，其内壁上开有环状的上零件夹具体锁紧凹槽(4111)，上零件夹具体安装锥孔上表面(4113)与上零件夹具体(412)顶面相配合，用于上零件夹具体(412)的定位，上零件夹具体锁紧凸起(4122) 与上零件夹具体锁紧凹槽(4111)相配合，用于锁紧上零件夹具体(412)，上零件夹具体安装锥孔(4112)与上零件夹具体外锥面(4121)相配合；

所述的下零件夹具(42)包括下零件夹具体(421)和下零件夹具夹紧装置(422)，用于夹紧下零件(7)；所述的下零件夹具体(421)包括下零件夹具体密封盖(4213)和下零件夹具体主体(4214)；所述的下零件夹具体密封盖(4213)，其中心设有通孔，通孔的周围对称设有多个沿径向分布的下零件夹紧爪轨道(42131)，用于下零件夹紧爪(4221)前后滑动，以夹紧下零件(7)；下零件夹具体密封盖(4213)上对称设有多个下零件夹具体密封盖安装孔(42135)；下零件夹具体密封盖(4213)的下表面设有一个小锥齿轮固定块(42133)，用于固定小锥齿轮(4223)，小锥齿轮固定块(42133)的底面为内陷的弧状，其上设有凹槽结构的小锥齿轮上半滑轨(42134)，与小锥齿轮凸起42232相配合，实现小锥齿轮(4223)转动；小锥齿轮固定块(42133)的两个侧面设有凸起的小锥齿轮固定块安装滑轨(42132)，用于小锥齿轮固定块(42133)的安装；所述的下零件夹具体主体(4214)顶部开口的筒体结构，其底部设有法兰，法兰上对称开有多个下零件夹具体主体安装光孔(42143)，与下零件夹具体主体安装螺栓(4212)和下零件夹具固定螺纹孔(13)相配合，将下零件夹具体(421)固定安装在底板(12)上表面；筒体顶部的上表面对称设有多个下零件夹具体密封盖安装螺纹孔(42141)，与下零件夹具体密封盖安装孔(42135)和下零件夹具体密封盖安装螺栓(4211)配合，将下零件夹具体密封盖(4213)固定安装在下零件夹具体主体(4214)上；筒体上部开有U形的小锥齿轮安装缺口(42144)，小锥齿轮安装缺口(42144)的弧形底面上设有小锥齿轮下半滑轨(42146)，两竖直表面上开有小锥齿轮固定块安装凹槽(42145)，小锥齿轮安装缺口(42144)与小锥齿轮固定块(42133)相配合，将小锥齿轮(4223)限位于小锥齿轮安装缺口(42144)与小锥齿轮固定块(42133)之间，小锥齿轮固定块安装凹槽(42145)与小锥齿轮固定块安装滑轨(42132)相配合，小锥齿轮下半滑轨(42146)与小锥齿轮上半滑轨(42134)相对合形成环形轨道；下零件夹具体主体(4214)内的中心设有下零件夹具体主体中间圆柱(42147)，与下零件夹具体密封盖(4213)中间通孔相配合，下零件夹具体主体中间圆柱(42147)的外围设有轴肩(42142)，用于安装轴承(4224)；

所述的下零件夹具夹紧装置(422)包括下零件夹紧爪(4221)、大锥齿轮(4222)、小锥齿轮(4223)和轴承(4224)；所述的下零件夹紧爪(4221)有四个，对称布置，包括下零件夹紧爪夹头(42211)；下零件夹紧爪夹头(42211)的尾端下表面设有凸起，凸起的底部为下零件夹紧爪螺纹(42213)，与大锥齿轮外螺纹42221相配合，并形成自锁，下零件夹紧爪夹头(42211)的前端与下零件(7)相接触，以实现下零件(7)的锁紧与固定；凸起的侧面上设有下零件夹紧爪滑轨42212，与下零件夹紧爪轨道(42131)相配合，用于下零件夹紧爪(4221)的前后滑动，以夹紧下零件(7)；所述的大锥齿轮(4222)，其上表面设有大锥齿轮外螺纹42221，与下零件夹紧爪螺纹(42213)相配合，用于锁紧下零件(7)；大锥齿轮(4222)的中心通孔为轴承安装阶梯孔(42222)，用于安装轴承(4224)；大锥齿轮(4222)的下表面为大锥齿轮轮齿(42223)，与小锥齿轮轮齿(42233)相配合，用于旋转大锥齿轮(4222)；所述的小锥齿轮(4223)，其端部为小锥齿轮轮齿(42233)与大锥齿轮轮齿(42223)相配合；小锥齿轮(4223)的中部设有小锥齿轮凸起(42232)，与小锥齿轮下半滑轨(42146)和小锥齿轮上半滑轨(42134)相配合，实现小锥齿轮(4223)的转动；小锥齿轮(4223)的另一端为内六角螺母(42231)，通过外部的扳手插入内六角螺母(42231)中以转动小锥齿轮(4223)，从而带动大锥齿轮(4222)转动；所述的轴承(4224)，其外圈安装于轴承安装阶梯孔(42222)内，内圈安装于轴肩(42142)上，实现大锥齿轮(4222)的转动；

所述的测试装置(5)包括上位移传感器(51)和下位移传感器(52)；

所述的上位移传感器(51)有多个，其上端固定在上零件夹具体(412)下端的侧面上，其下端固定在下零件夹具体密封盖(4213)的上表面，用于测量上零件(6)和下零件(7)之间的接触变形；

所述的下位移传感器(52)有多个，其上端固定在下零件(7)的外侧表面上，其下端固定在下零件夹具体密封盖(4213)的上表面上，用于补偿变形的测量；

所述的上零件(6)为半球形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的上零件(6)；所述的下零件(7)为方形结构，可根据需求更换不同形状和不同尺寸的下零件(7)。

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