[发明专利]复杂工况下球铰链磨损的测量系统及其测量方法

说明书

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。

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；