CN110702409B

CN110702409B - 一种弹性关节轴承疲劳试验装置

Info

Publication number: CN110702409B
Application number: CN201910939192.5A
Authority: CN
Inventors: 陈高升; 赖亮庆; 冯林兆; 尹建伟; 苏正涛; 刘嘉
Original assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Current assignee: AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2021-10-15
Anticipated expiration: 2039-09-29
Also published as: CN110702409A

Abstract

本发明属于疲劳试验技术，涉及一种弹性关节轴承疲劳试验装置，用于弹性关节轴承径向预紧力和轴向预紧力加载条件下的动态扭转疲劳试验。将两件弹性关节轴承对称安装在扭转轴(4)上，通过扭转轴(4)两端螺栓的距离控制施加恒定轴向预紧力，通过与扭转轴(4)相连的力传感器(8)施加恒定径向预紧力，扭转轴(4)与连杆(5)相连，连杆(5)通过带柄球关节(9)，过渡连杆(10)和下拉杆(3)连接，通过下拉杆(3)的位移控制对关节轴承施加动态扭转载荷。本发明具有结构简单、制造安装维护方便、成本低等优点。

Description

一种弹性关节轴承疲劳试验装置

技术领域

本发明属于疲劳试验技术，涉及一种弹性关节轴承疲劳试验装置。

背景技术

本发明涉及的一种弹性关节轴承疲劳试验装置主要用于具有对称安装特征零件的三轴疲劳试验，其中两个轴向为静态加载，一个轴向为动态加载。

弹性关节轴承是直升机尾桨旋翼系统的关键弹性元件，对称安装在尾桨叉形件上，通过金属/橡胶叠层的弹性变形，实现尾桨叶的挥舞运动，同时将尾桨叶旋转运动产生的侧向力传递至尾桨轴。弹性关节轴承工作时同时承受轴向压缩载荷、径向载荷和扭转载荷，零件寿命是关键的技术考核指标，零件同时考虑多轴载荷进行疲劳试验对试验设备和技术提出了很高的要求，由于零件结构设计和材料对零件的疲劳寿命影响很大，在研制阶段考核不同结构及材料对零件寿命的影响就十分重要，设计一种结构相对简单成本低的试验装置可以在满足主要载荷的基本条件下，大幅简化试验装置的复杂性，明显改善试验设备的经济性和维护性，可大幅减少试验成本和研制周期。

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构简单、成本低、安装维护方便、使用寿命长用于弹性关节轴承的疲劳试验装置。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种关节轴承疲劳试验装置，包括：固定支架1，上拉杆2，下拉杆3，扭转轴4，连杆5，轴承6，径向承载支架7，力传感器8，带柄球关节9，过渡连杆10，关节轴承11，轴向锁紧螺母12，径向压紧螺栓13；

所述固定支架1为框架型结构，上拉杆2和固定支架1固连；

所述力传感器8上端与径向压紧螺栓13接触，下端固接在支架横梁71的正中位置；

所述径向承载支架7位于固定支架1内部，截面呈倒“U”型结构，通过支架横梁71和左右对称的第一竖板72、第二竖板73固连组成；

所述第一竖板72、第二竖板73对称位置分别内嵌有轴承6，轴承6内圈支撑有扭转轴4；扭转轴4与连杆5连接；

两件带柄球关节9的柄部连接，下拉杆3与下方的带柄球关节9连接，上方的带柄球关节9与连杆5连接；

所述上拉杆2和下拉杆3同轴；

所述关节轴承11对称安装在扭转轴4两端，关节轴承11外端头与固定支架1相连，在扭转载荷下，关节轴承11外端头与固定支架1保持相对固定。

所述关节轴承11由内端头1101、外端头1102、金属隔片1103、橡胶层1104 组成；内端头1101与金属隔片1103之间，外端头1102与金属隔片1103之间，相邻金属隔片1103之间均通过橡胶层1104硫化粘接在一起。通过相互交替的金属隔片与橡胶层共同承载轴向载荷、径向载荷和扭转载荷。

所述力传感器8具体连接方式如下：

所述径向压紧螺栓13通过固定支架1上部的螺纹孔力传感器8一端接触；所述支架横梁71上方正中位置具有通孔，通过螺栓与力传感器8的下端连接。

所述关节轴承11通过轴向锁紧螺母12在扭转轴4两端固定。

优选的，为了减重效果，所述第一竖板72、第二竖板73内嵌轴承6的外轮廓为圆形，与支架横梁71连接的部位为矩形。

优选的，所述连杆5为叉耳形，与所述扭转轴4通过螺栓连接。

优选的，所述带柄球关节9之间通过过渡连杆10连接。

优选的，所述力传感器8为S型力传感器。

另一种实现方式中，所述支架横梁71和第一竖板72、第二竖板73可以整体成形。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于弹性关节轴承的简易疲劳试验装置，

关节轴承的动态扭转运动由下拉杆3的直线位移控制实现。

通过扭转轴4两端的螺栓施加轴向预紧力；通过力传感器控制施加径向载荷；通过下拉杆3的位移控制施加动态扭转载荷，从而实现关节轴承在恒定轴向力和径向力载荷条件下的动态扭转疲劳加载。

本发明的试验装置动态扭转加载的最高频率不小于40Hz，最大扭转角不小于5°。本发明的试验装置适用温度范围为-45℃～100℃。

相较于传统试验装备，具有结构简单、试验成本低、维护方便、试验频率高、适用温度范围广等特征，大幅降低了零件在特定多轴加载条件下对试验设备的技术要求和复杂程度，缩短了试验周期，能够产生较大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明疲劳试验装置的正视图；

图2是本发明疲劳试验装置的左视图；

图3是本发明疲劳试验装置的右视图；

图4是图1中的A-A截面示意图；

图5是图3中的B-B截面示意图；

图6是图3中的C-C截面示意图；

图7是本发明径向承载支架示意图；

图8是本发明弹性关节轴承俯视图；

图9是图8中的D-D截面示意图；

图10是弹性关节轴承的等轴侧示意图；

图11是本发明实施实例结构压缩载荷示意图；

图12是本发明实施实例结构径向和扭转载荷示意图；

其中，1-固定支架、2-上拉杆、3-下拉杆、4-扭转轴、5-连杆、6-轴承、7- 径向承载支架、8-力传感器、9-带柄球关节、10-过渡连杆、11-关节轴承、12- 轴向锁紧螺母、13-径向压紧螺栓、7-径向承载支架、71-支架横梁、72-第一竖板、73-第二竖板。

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的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。如图1、图2、图3所示为本发明的疲劳试验装置外形图，图4、图5、图6为本发明的疲劳试验装置的内部结构示意图，包括：固定支架 1，上拉杆2，下拉杆3，扭转轴4，连杆5，轴承6，径向承载支架7，力传感器8，带柄球关节9，过渡连杆10，关节轴承11，轴向锁紧螺母12、径向压紧螺栓13；径向承载支架7结构如图7所示，由支架横梁71和左右对称的第一竖板72、第二竖板73通过螺栓连接成一个成体，固定支架1由口型刚性框架及倒U型梁构成一个整体；径向承载支架7也可以机加一体成型。

弹性关节轴承疲劳试验装置需借助动态疲劳试验机进行固定和加载，在运行过程中固定支架1相对地面及动态试验机架保持相对静止，上拉杆2一端和固定支架1固连，另一端与动态试验机的固定端夹头连接，将2件关节轴承11 对称安装在扭转轴4上，通过定位设计保证关节轴承内端头与扭转轴之间在动态加载过程中在扭转方向不产生相对运动，关节轴承11外端头与固定支架1 相连，在动态加载过程中关节轴承的外端头相对于固定支架之间保持相对静止，通过扭转轴两端的螺栓压紧内端头的外端面对关节轴承轴施加轴向预紧力，预紧力的大小可以通过压缩量来控制，为了减少摩擦同时提高扭转轴的疲劳寿命，在扭转轴的中间两侧布置滚动轴承6，滚动轴承内圈与扭转轴相连，外圈嵌入径向承载支架7中，力传感器8两端分别与固定支架1和径向承载支架7相连，力传感器和固定支架之间通过螺栓连接，螺栓压紧在力传感器的上表面，通过压缩来控制力的数值大小，连杆5一端与扭转轴4固连，另一端与带柄球关节 9连接，连杆5的有效长度L应和动态扭转角和试验频率综合考虑设计，在相同的动态扭转角和频率下，有效长度L越长，单位时间内试验机作动器的运动距离越长，对试验机的性能要求越高，带柄球关节9之间通过过渡连杆10连接，用于保证扭转运动过程中上下拉杆始终保持同轴。

实施实例如附图11、图12所示，图11给出了一对尾桨弹性关节轴承对称安装疲劳形式，单个弹性关节轴承轴向施加压缩位移0.3mm，施加静态径向力 1000N，动态扭转角运动范围为-10°～10°，试验频率为30Hz，根据实验技术要求，可以进行常温、高温和低温疲劳试验，试验温度范围在-40℃～80℃。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述的弹性关节轴承疲劳试验装置包括：固定支架（1），上拉杆（2），下拉杆（3），扭转轴（4），连杆（5），轴承（6），径向承载支架（7），力传感器（8），带柄球关节（9），过渡连杆（10），关节轴承（11），轴向锁紧螺母（12），径向压紧螺栓（13）；

所述固定支架（1）为框架型结构，上拉杆（2）和固定支架（1）固连；

所述径向承载支架（7）位于固定支架（1）内部，截面呈倒“U”型结构，通过支架横梁（71）和左右对称的第一竖板（72）、第二竖板（73）固连组成；

所述第一竖板（72）、第二竖板（73）对称位置分别内嵌有轴承（6），轴承（6）内圈支撑有扭转轴（4）；扭转轴（4）与连杆（5）连接；

所述力传感器（8）上端与径向压紧螺栓（13）接触，下端固接在支架横梁（71）的正中位置；

两件带柄球关节（9）的柄部连接，下拉杆（3）与下方的带柄球关节（9）连接，上方的带柄球关节（9）与连杆（5）连接；带柄球关节（9）之间通过过渡连杆（10）连接；

所述上拉杆（2）和下拉杆（3）同轴；

所述关节轴承（11）对称安装在扭转轴（4）两端，关节轴承（11）通过轴向锁紧螺母（12）在扭转轴（4）两端固定；关节轴承（11）外端头与固定支架（1）相连，在扭转载荷下，关节轴承（11）外端头与固定支架（1）保持相对固定；

所述关节轴承（11）由内端头（1101）、外端头（1102）、金属隔片（1103）、橡胶层（1104）组成；内端头（1101）与金属隔片（1103）之间，外端头（1102）与金属隔片（1103）之间，相邻金属隔片（1103）之间均通过橡胶层（1104）硫化粘接在一起；所述试验装置动态扭转加载的最高频率不小于40Hz，最大扭转角不小于5°，适用温度范围为-45℃～100℃。

2.根据权利要求1所述的弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述力传感器（8）具体连接方式如下：

所述径向压紧螺栓（13）通过固定支架（1）上部的螺纹孔力传感器（8）一端接触；所述支架横梁（71）上方正中位置具有通孔，通过螺栓与力传感器（8）的下端连接。

3.根据权利要求1所述的弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述第一竖板（72）、第二竖板（73）内嵌轴承（6）的外轮廓为圆形，与支架横梁（71）连接的部位为矩形。

4.根据权利要求1所述的弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述连杆（5）为叉耳形，与所述扭转轴（4）通过螺栓连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述力传感器（8）为S型力传感器。

6.根据权利要求1至4任一项所述的弹性关节轴承疲劳试验装置，其特征在于：所述支架横梁（71）和第一竖板（72）、第二竖板（73）整体成形。