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专利摘要

本发明提供一种低温大温变关节轴承测试平台及运动与载荷模拟系统。该运动与载荷模拟系统包括安装支座、悬臂主轴机构、轴承夹装构件、载荷施加机构以及外圈摆动机构；所述悬臂主轴机构设置于所述安装支座，且所述悬臂主轴机构的一端安装所述关节轴承的内圈；所述轴承夹装构件用于夹装所述关节轴承外圈，并与所述外圈摆动机构连接；所述载荷施加机构设置于所述安装支座，加载时与所述轴承夹装构件抵接，用于对所述关节轴承载荷的施加；所述外圈摆动机构设置于所述安装支座及所述载荷施加机构，用于使所述关节轴承的外圈偏转或摆动。实现关节轴承在低温、大温变、真空、气氛环境下的运动与加载，保证极端工况环境下关节轴承试验的可靠性。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN201911095002.2
申请日期:
2019-11-11
专利申请人:
清华大学 | 中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所 | 北京玉研精密仪器有限公司
分类号:
G01M13/04
发明/设计人:
崔文岩，尉成果，洪才浩，马天宝，陈新春，胡元中，雒建斌
权利要求: 1.一种运动与载荷模拟系统，应用于低温大温变关节轴承测试平台中，其特征在于，所述运动与载荷模拟系统包括安装支座、悬臂主轴机构、轴承夹装构件、载荷施加机构以及外圈摆动机构；所述悬臂主轴机构设置于所述安装支座，且所述悬臂主轴机构的一端安装所述关节轴承的内圈，用于实现所述关节轴承的内圈的摆动与转动；所述轴承夹装构件用于夹装所述关节轴承外圈，并与所述外圈摆动机构连接；所述载荷施加机构设置于所述安装支座，加载时与所述轴承夹装构件抵接，用于对所述关节轴承载荷的施加；所述外圈摆动机构设置于所述安装支座及所述载荷施加机构，用于使所述关节轴承的外圈偏转或摆动；所述悬臂主轴机构包括相互连接的试验段主轴、支撑段主轴、主轴驱动件、主轴轴承座以及主轴支撑轴承组件，所述主轴驱动件位于所述支撑段主轴远离所述试验段主轴的一端，所述试验段主轴远离所述支撑段主轴的一端安装所述关节轴承的内圈，所述主轴支撑轴承组件套设于所述支撑段主轴，并位于所述主轴轴承座中，所述主轴轴承座设置于所述安装支座；所述主轴支撑轴承组件为一端是浮动端、另一端是固定端的轴系配置，所述固定端位于所述支撑段主轴靠近所述试验段主轴的一侧，所述浮动端用于补偿低温大温变下材料热胀冷缩导致的轴向伸缩位移；所述支撑段主轴还通过内部联轴器与所述低温大温变关节轴承测试平台中的磁流体密封传动部件连接，所述内部联轴器及所述磁流体密封传动部件位于所述主轴驱动件与所述支撑段主轴之间，所述内部联轴器用于补偿低温大温变下材料热胀冷缩导致的所述悬臂主轴机构轴向伸缩位移以及加工安装导致的所述磁流体密封传动部件与所述悬臂主轴机构之间的同轴度误差。2.根据权利要求1所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述试验段主轴可根据不同的试验关节轴承尺寸进行更换。3.根据权利要求1所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述悬臂主轴机构还包括设置于所述支撑段主轴与所述试验段主轴之间的隔热片，所述隔热片用于降低所述悬臂主轴机构的漏热功率；所述悬臂主轴机构还包括设置于所述主轴轴承座与所述安装支座之间主轴轴承座隔热片，所述主轴轴承座隔热片用于降低所述悬臂主轴机构的漏热功率。4.根据权利要求1所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述轴承夹装构件包括轴承夹具主体以及夹具端盖，所述轴承夹具主体内用于安装所述关节轴承的外圈，所述夹具端盖安装于所述轴承夹具主体的端部，用于对所述关节轴承轴向定位。5.根据权利要求1所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述轴承夹装构件包括锥形套圈、轴承夹具主体以及夹具端盖，所述锥形套圈安装于所述轴承夹具主体，与所述轴承夹具主体通过锥面配合，并由所述夹具端盖压紧，所述锥形套圈内用于安装所述关节轴承的外圈，所述锥形套圈与所述关节轴承外圈材料的线膨胀系数一致。6.根据权利要求4或5所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述轴承夹装构件还包括拆卸工具，所述拆卸工具用于实现所述轴承夹装构件的拆卸以及所述关节轴承的拆卸；所述拆卸工具包括拆卸环以及拆卸套筒，拆卸时，所述拆卸环安装于所述轴承夹具主体，所述拆卸套筒安装于所述试验段主轴并与所述关节轴承外圈抵接，拉拔器与所述试验段主轴抵接，所述拉拔器的拉拔爪结构与所述拆卸环抵接，并由所述拉拔器的旋转手柄旋转带动所述拆卸环及所述轴承夹具主体脱离所述关节轴承，所述拉拔爪结构还与所述关节轴承的内圈抵接，并由所述旋转手柄旋转带动所述关节轴承脱离所述试验段主轴。7.根据权利要求4所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述载荷施加机构包括载荷施加支撑组件、载荷施加导向组件、载荷施加传力组件及载荷施加驱动组件，所述载荷施加驱动组件设置于所述安装支座，用于对所述载荷施加支撑组件施加驱动力，所述载荷施加导向组件设置于所述安装支座并套设于所述载荷施加支撑组件，所述载荷施加支撑组件与所述轴承夹具主体抵接，以对所述关节轴承施加载荷；所述载荷施加传力组件通过波纹传力管运动地安装于真空室，加载时，所述载荷施加传力组件一端与所述载荷施加驱动组件抵接，另一端伸入所述真空室与所述载荷施加支撑组件抵接，实现所述载荷施加机构可以穿过所述真空室施加载荷。8.根据权利要求7所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述载荷施加支撑组件包括载荷施加杆、辅助导向杆、载荷施加梁、载荷施加滑台及载荷施加座，所述载荷施加杆与所述辅助导向杆安装于所述载荷施加梁的下方并运动地穿过所述载荷施加导向组件，所述载荷施加杆在加载时与所述载荷施加传力组件抵接；所述载荷施加滑台设置在所述载荷施加梁安装所述载荷施加杆的一侧，所述载荷施加滑台上安装所述载荷施加座，所述载荷施加座加载时与所述轴承夹具主体抵接，所述载荷施加座可在所述载荷施加滑台上沿着主轴方向滑动，用于补偿低温大温变下主轴热胀冷缩导致的所述轴承夹装构件的位移；所述载荷施加支撑组件还包括载荷施加隔热块，用于降低所述载荷施加机构的漏热功率，所述载荷施加隔热块设置于所述载荷施加梁与所述载荷施加滑台之间。9.根据权利要求8所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述外圈摆动机构包括十字滑块、外圈摆动轴组件、运动转换组件、往复运动组件以及外圈摆动驱动件。10.根据权利要求9所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述外圈摆动轴组件包括外圈摆动轴以及套设于其的外圈摆动轴支撑轴承和外圈摆动轴轴承座，所述外圈摆动轴轴承座设置于所述载荷施加梁安装辅助导向杆的一侧，并且所述外圈摆动轴轴承座与所述载荷施加梁之间设置有所述外圈摆动轴轴承座隔热块，用于降低所述外圈摆动轴机构的漏热功率；所述外圈摆动轴的一端通过所述十字滑块与所述轴承夹具主体连接，所述十字滑块可用于补偿由于低温大温变下材料热胀冷缩以及试验过程中轴承磨损导致的所述轴承夹装构件位移；所述外圈摆动轴的另一端通过所述运动转换组件与所述往复运动组件连接，所述外圈摆动驱动件与所述往复运动组件连接，所述外圈摆动驱动件驱动所述往复运动组件往复直线运动，并通过所述运动转换组件将往复直线运动转换为往复摆动，进而带动所述外圈摆动轴摆动，使所述外圈摆动轴通过所述十字滑块带动所述轴承夹装构件及所述关节轴承的外圈摆动。11.根据权利要求10所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述往复运动组件包括往复推杆、直线轴承及滚槽连接件，所述直线轴承设置于所述安装支座，所述往复推杆运动地穿过所述直线轴承，所述往复推杆两侧分别与外圈摆动驱动件和滚槽连接件连接。12.根据权利要求11所述的运动与载荷模拟系统，其特征在于，所述运动转换组件包括摆动杆、连接杆、直线滑台、传力杆、传力杆安装座及滚轮轴承，所述摆动杆的一端与所述外圈摆动轴连接，所述摆动杆的另一端通过所述连接杆运动地与所述传力杆安装座连接，所述传力杆安装座设置于所述直线滑台，所述直线滑台运动地设置于所述载荷施加梁安装所述外圈摆动轴轴承座的一侧，所述传力杆的一端安装在所述传力杆安装座上，所述传力杆的另一端安装有所述滚轮轴承，所述滚轮轴承运动地套设于所述滚槽连接件。13.一种低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，包括环境测量与控制系统、测量与数据采集系统、可编程逻辑控制器、上位机及如权利要求1至12任一项所述的运动与载荷模拟系统；所述运动与载荷模拟系统用于夹持并带动所述关节轴承运动并对所述关节轴承施加载荷；所述环境测量与控制系统与所述运动与载荷模拟系统配合，用于测量与控制所述关节轴承所处的环境氛围，使得所述关节轴承处于低温、大温变、真空、气氛环境下进行试验与测量；所述测量与数据采集系统与所述运动与载荷模拟系统配合，用于低温、大温变、真空、气氛环境下测量并采集所述关节轴承的试验数据及实现所述关节轴承的在线观测；所述可编程逻辑控制器与所述运动与载荷模拟系统、所述环境测量与控制系统、所述测量与数据采集系统电连接，实现所述关节轴承试验中运动与载荷、环境温度与气氛的控制以及试验数据的采集、转换与传输，所述可编程逻辑控制器同时与所述上位机电连接，获取所述上位机的控制指令并执行，并将获取的数据信号传输给所述上位机。