润滑科技信息平台

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其关节轴承的测量方法。该低温大温变关节轴承测试平台包括：运动与载荷模拟系统；环境测量与控制系统；可编程逻辑控制器；上位机；以及测量与数据采集系统，包括游隙与磨损量测量装置，所述游隙与磨损量测量装置与所述运动与载荷模拟系统及环境测量与控制系统连接，并与所述可编程逻辑控制器电连接，所述测量与数据采集系统将测量数据传输给所述可编程逻辑控制器并受到所述可编程逻辑控制器的控制。实现关节轴承在特殊工况环境下的磨损量及原位游隙测量，为研究检验特殊工况下关节轴承性能参数及其影响因素、设计优化适用于特殊工况环境的关节轴承提供手段，保证关节轴承的可靠性。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN201911105699.7
申请日期:
2019-11-11
专利申请人:
清华大学
分类号:
G01M13/04 ; G01B11/00 ; G01B11/14
发明/设计人:
崔文岩，马天宝，陈新春，胡元中，雒建斌
权利要求: 1.一种低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，适用于在低温、大温变、真空、气氛环境下对关节轴承试验，所述低温大温变关节轴承测试平台包括：运动与载荷模拟系统，所述运动与载荷模拟系统用于低温、大温变、真空、气氛环境下夹持所述关节轴承，并实现所述关节轴承运动加载；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；可编程逻辑控制器，与所述运动与载荷模拟系统、环境测量与控制系统电连接，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；上位机，与所述可编程逻辑控制器电连接，以使所述可编程逻辑控制器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；以及测量与数据采集系统，包括游隙与磨损量测量装置，所述游隙与磨损量测量装置与所述运动与载荷模拟系统及环境测量与控制系统连接，用于在低温、大温变、真空、气氛环境下测量所述关节轴承的磨损量与原位游隙，并与所述可编程逻辑控制器电连接，所述测量与数据采集系统将测量数据传输给所述可编程逻辑控制器并受到所述可编程逻辑控制器的控制；其中，所述游隙与磨损量测量装置包括探测组件、角锥镜组件以及双向加载组件，所述角锥镜组件安装于所述运动与载荷模拟系统的轴承夹具主体，所述探测组件与所述角锥镜组件配合用于对所述关节轴承的磨损量进行测量，所述双向加载组件设置于所述环境测量与控制系统的真空室并可运动地穿过所述真空室，并与所述探测组件及所述角锥镜组件配合，用于测量所述关节轴承的原位游隙。2.根据权利要求1所述的低温大温变关节轴承测试平台，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、所述载荷施加机构、所述外圈摆动机构的轴线相互垂直，并通过所述的轴承夹装构件相互连接；所述悬臂主轴机构设置于所述安装支座，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。3.根据权利要求2所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述角锥镜组件包括角锥镜固定支架以及游隙测量角锥镜，所述角锥镜固定支架安装于所述轴承夹具主体，所述角锥镜固定支架内安装所述游隙测量角锥镜，用于测量所述关节轴承的原位游隙。4.根据权利要求3所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述角锥镜组件还包括角锥镜调整支架以及磨损量测量角锥镜，所述角锥镜调整支架安装于所述角锥镜固定支架，并可相对于所述角锥镜固定支架调整角度，所述角锥镜可调支架内安装所述磨损量测量角锥镜，通过调整所述角锥镜调整支架在所述角锥镜固定支架上的安装角度以实现不同所述关节轴承外圈偏角下的磨损量测量。5.根据权利要求4所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述探测组件包括激光干涉探头以及两轴位移平台，所述两轴位移平台安装于所述环境测量与控制系统的低温室背板支架，所述干涉探头安装于所述两轴位移平台，所述两轴位移平台带动所述干涉探头对准所述游隙测量角锥镜或磨损量测量角锥镜。6.根据权利要求4所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述探测组件包括激光干涉探头、两轴位移平台以及透明窗，所述两轴位移平台安装于所述安装支座上位于所述真空室下方的位置，所述干涉探头安装于所述两轴位移平台，所述透明窗安装于所述真空室，所述两轴位移平台带动所述干涉探头通过所述透明窗及所述运动与载荷模拟系统设置有通光孔的载荷施加梁对准所述游隙测量角锥镜。7.根据权利要求5或6所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述双向加载组件包括双向加载驱动件、拉压力传感器以及双向加载钩，所述双向加载驱动件安装于所述真空室并可运动的穿过所述真空室，所述拉压力传感器两侧分别与所述双向加载驱动件和所述双向加载钩连接，进行游隙测量时，所述双向加载钩可与所述轴承夹具主体抵接，对所述关节轴承双向加载，进而配合所述探测组件与所述角锥镜组件测量游隙。8.根据权利要求7所述的低温大温变关节轴承测试平台，其特征在于，所述游隙与磨损量测量装置还包括压轴组件，所述压轴组件包括安装于所述真空室并可穿过所述真空室运动的压轴驱动件及与所述压轴驱动件连接的压轴杆，用于游隙测量时，所述压轴杆与所述运动与载荷模拟系统的支撑段主轴抵接，避免所述运动与载荷模拟系统的主轴支撑轴承组件游隙对所述关节轴承游隙测量的影响。9.一种关节轴承的测量方法，其特征在于，所述测量方法用于在低温、大温变、真空、气氛环境下测量关节轴承的实时磨损量测量，应用于如权利要求8所述的低温大温变关节轴承测试平台，所述测量方法包括如下步骤：将所述关节轴承安装于轴承夹装构件中；根据所述关节轴承的外圈偏转角度调整磨损量测量角锥镜的位置；将装入所述轴承夹装构件的关节轴承装入试验段主轴；控制两轴位移平台带动激光干涉探头对准磨损测量角锥镜；对所述关节轴承施加试验载荷，同时纪录所述激光干涉探头获取的数据，待载荷及所述激光探头测量的数据稳定后，进行摩擦试验；当所述关节轴承的外圈为往复摆动状态时，当所述磨损量测量角锥镜每次摆回最低点时所述激光干涉探头测量一个距离数据；当所述关节轴承的外圈为固定偏角状态时，所述激光干涉探头持续测量所述磨损量测量角锥镜的距离数据；所述激光干涉探头获取的数据为所述关节轴承外圈相对于所述激光干涉探头的绝对高度，摩擦实验过程中此绝对高度相比于开始摩擦试验时此绝对高度的变化量为所述关节轴承的实时磨损量。10.一种关节轴承的测量方法，其特征在于，所述测量方法用于在低温、大温变、真空、气氛环境下测量关节轴承的原位游隙测量，应用于如权利要求8所述的低温大温变关节轴承测试平台，所述测量方法包括如下步骤：暂停摩擦试验；调整轴承夹具主体及游隙加载钩，使所述轴承夹具主体与所述游隙加载钩钩接，并使所述轴承夹具主体处于竖直位置；控制两轴位移平台带动干涉探头对准游隙测量角锥镜；控制试验段主轴转动至预设位置；控制压轴杆与支撑段主轴抵接，以压紧支撑段主轴；控制游隙加载钩对所述轴承夹具主体双向加载至设定值；获取所述关节轴承外圈在设定拉压力值下的绝对高度值，并将所述绝对高度值之差作为所述关节轴承的游隙值；控制所述压轴杆与所述支撑段主轴脱离；控制所述试验段主轴转动至新的位置重复测量，在多个位置测量并取测量结果的平均值为最终的关节轴承游隙值；测量完成后，控制所述双向加载钩与所述轴承夹具主体脱开；继续进行所述摩擦试验或更换所述关节轴承。11.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，调整所述轴承夹具主体与所述游隙加载钩钩接，包括如下步骤：控制载荷施加梁降下载荷施加座，使所述载荷施加座与所述轴承夹具主体脱开；控制外圈摆动轴带动所述轴承夹具主体偏转，并降下所述双向加载钩至与所述轴承夹具主体钩接的位置；控制所述外圈摆动轴带动所述轴承夹具主体偏转回竖直方向，使所述轴承夹具主体钩接所述双向加载钩，实现所述轴承夹具主体与所述游隙加载钩钩接，以对所述轴承夹具主体进行双向加载。