CN111999062A - 一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，属于轴承测量领域，解决了现有技术中缺乏对关节轴承高高原环境真实模拟的试验的问题，其包括：用于与关节轴承固接的音圈电机，所述音圈电机与关节轴承之间通过直线运动轴固接，所述直线运动轴的一侧设置有位移传感器，所述直线运动轴与关节轴承之间设置有载荷传感器，所述音圈电机、位移传感器和载荷传感器均与计算机控制***连接；本发明实现特定载荷谱的关节轴承损伤评估试验，从而更真实的模拟直升机的飞行工况。
Description
技术领域
本发明属于轴承测量领域，具体属于一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置。
背景技术
高高原是指海拔高度在2438米(8000英尺)及以上的高原。中国的青藏高原、川西高原、帕米尔高原和云贵高原等地区海拔大多在4000米以上。
直升机通过旋翼与空气的相互作用，实现对飞机上升、下降、前进和悬停等飞行姿态的操纵。因此，旋翼***关键零部件的服役可靠性，直接影响直升机整体操纵性、稳定性和飞行安全。主旋翼关节轴承用于连接桨叶和操纵***，是直升机操纵***和传力路径上极其重要的关键动部件。直升机通过关节轴承实现对主旋翼桨叶攻角和旋翼倾斜角的操纵，从而获得所需飞行姿态、动作和速度。这一操纵和传力路径为单路传递，一旦关节轴承出现损伤失效，轻则引起直升机强烈振动、旋翼运动紊乱，重则使直升机操纵功能丧失导致灾难性飞行事故。
直升机主旋翼***关节轴承服役中，关节轴承承受轴线、轴向以及摇摆等多运动模式多方向的动态载荷。世界范围内的高高原机场和航线，仅分布在中国、尼泊尔、秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔等少数国家，且由于高高原飞行环境复杂多变，飞行环境工况模拟较难实现。目前，针对高高原飞行中变压、变温度梯度等环境工况下的关节轴承损伤研究少见报道，其次关节轴承模拟试验大多采用固定载荷或恒定幅值加载，无法反映直升机飞行工况。为尽可能模拟飞行过程中关节轴承动态损伤过程，设计新型多维运动关节轴承试验装置及其试验方法，该套试验装置和技术方法可实现载荷谱曲线、多维运动形式控制，并对试验中的摩擦系数、摩擦温度、磨损量、振动幅值和频率信号进行自动采集和存储。
发明内容
针对现有技术中缺乏对关节轴承高高原环境真实模拟的试验的问题，本发明提供一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其目的在于：真实模拟关节轴承的工况探究关节轴承的损伤机理。
本发明采用的技术方案如下：
一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，包括：用于与关节轴承固接的音圈电机，所述音圈电机与关节轴承之间通过直线运动轴固接，所述直线运动轴的一侧设置有位移传感器，所述直线运动轴与关节轴承之间设置有载荷传感器，所述音圈电机、位移传感器和载荷传感器均与计算机控制***连接。
采用上述方案，根据预先设定的特定载荷谱曲线，使用音圈电机对关节轴承进行载荷加载，音圈电机驱动直线运动轴进行直线往复运动，直线运动轴给予关节轴承相应的载荷，通过位移传感器检测直线运动轴的实时位移和加速度，载荷传感器检测施加到关节轴承上的实际载荷，两者将各自采集到的实时位移和加速度、关节轴承受到的实际载荷反馈给计算机控制***，计算机控制***对比直线运动轴预先设定的运动曲线和直线轴实际输出运动曲线是否一致、计算机控制***对比音圈电机预先设定的载荷和关节轴承实际受到的载荷是否一致，如不一致计算机控制***通过改变音圈电机动态电流和压力环，进而改变音圈电机输出的直线运动曲线(位移、加速度和载荷)，进而实现特定载荷谱的关节轴承损伤评估试验，从而更真实的模拟直升机的飞行工况。
优选的，还包括数个伺服电机，所述伺服旋转电机与关节轴承之间转动连接，所述伺服电机与关节轴承之间设置有六维力传感器，所述伺服电机与六维力传感器均与计算机控制***连接。采用该优选的方案，通过伺服电机模拟关节轴承转动工况，使用六维力传感器对关节轴承旋转时受到的多维载荷进行测量，探究此种工况下的损伤机理。
优选的，所述计算机控制***包括信号采集***、控制***和数据处理***。采用该优选的方案，控制***可以实时调节音圈电机的输出载荷，信号采集***对传感器采集的数据进行收集并发送给数据处理***。
优选的，所述关节轴承上设置有温度感应器，所述温度感应器与计算机控制***连接。采用该优选的方案，温度感应器可以对试验中的摩擦温度信号进行采集，从而帮助对关节轴承的损伤进行评估。
优选的，还包括环境氛围罩，所述关节轴承设置在所述环境氛围罩的内部，所述环境氛围罩的一侧设置有安装孔，所述安装孔连接有外部环境源，所述环境氛围罩的侧面开口，所述直线运动轴通过所述开口与关节轴承固接。采用该优选的方案，设置环境氛围罩和外部环境源模拟关节轴承高高原下的工况环境，尽可能模拟下飞行过程中关节轴承动态损伤过程。
优选的，外部环境源为温度控制装置、氧气控制装置、气压控制装置和紫外线控制装置中的任一种。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明根据预先设定的特定载荷谱曲线，使用音圈电机对关节轴承进行载荷加载，音圈电机驱动直线运动轴进行直线往复运动，直线运动轴给予关节轴承相应的载荷，通过位移传感器检测直线运动轴的实时位移和加速度，载荷传感器检测施加到关节轴承上的实际载荷，两者将各自采集到的实时位移和加速度、关节轴承受到的实际载荷反馈给计算机控制***，计算机控制***对比直线运动轴预先设定的运动曲线和直线轴实际输出运动曲线是否一致、计算机控制***对比音圈电机预先设定的载荷和关节轴承实际受到的载荷是否一致，如不一致计算机控制***通过改变音圈电机动态电流和压力环，进而改变音圈电机输出的直线运动曲线(位移、加速度和载荷)，进而实现特定载荷谱的关节轴承损伤评估试验，从而更真实的模拟直升机的飞行工况；
2.本发明通过伺服电机模拟关节轴承转动工况，使用六维力传感器对关节轴承旋转时受到的多维载荷进行测量，探究此种工况下的损伤机理；控制***可以实时调节音圈电机的输出载荷，信号采集***对传感器采集的数据进行收集并发送给数据处理***。
3.本发明通过温度感应器可以对试验中的摩擦温度信号进行采集，从而帮助对关节轴承的损伤进行评估；设置环境氛围罩和外部环境源模拟关节轴承高高原下的工况环境，尽可能模拟下飞行过程中关节轴承动态损伤过程。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是：本发明的一种具体实施方式的俯视角示意图。
图2是：本发明的一种具体实施方式的特定载荷示意图。
附图标记：1-关节轴承；2-音圈电机；3-直线运动轴；4-位移传感器；5-载荷传感器；6-伺服电机；7-六维力传感器；8-信号采集***；9-控制***；10-数据处理***。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1、图2对本发明作详细说明。
一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，包括：用于与关节轴承1固接的音圈电机2，所述音圈电机2与关节轴承1之间通过直线运动轴3固接，所述直线运动轴3的一侧设置有位移传感器4，所述直线运动轴3与关节轴承1之间设置有载荷传感器5，所述音圈电机2、位移传感器4和载荷传感器5均与计算机控制***连接。
在上述实施例中，音圈电机2与关节轴承1之间通过直线运动轴3固定连接，直线运动轴3的一端与音圈电机2固接，另一端固定在夹具的侧面，夹具远离直线运动轴3的一侧夹持住关节轴承1的侧面，直线运动轴3的一侧设置位移传感器4，位移传感器4为光栅位移传感器，直线运动轴3与夹具之间设置载荷传感器5，载荷传感器5选择美国PCB公司的208c05型号传感器，各设备与计算机控制***电性连接，音圈电机2与直线运动轴3固接，直线运动轴的端头安装有关节轴承1夹具，夹具可以夹持关节轴承1的外保持架。
在计算机控制***中设置的特定载荷谱曲线(特定载荷谱曲线指的是任意的、无规则、变化不稳定的力随时间变化的曲线)，如图2所示，其中横坐标为时间，纵坐标为载荷(力)，使用音圈电机2对关节轴承1进行载荷加载，音圈电机2驱动直线运动轴3进行直线往复运动，直线运动轴3给予关节轴承2相应的载荷，通过位移传感器4检测直线运动轴3的实时位移和加速度，载荷传感器5检测施加到关节轴承上的实际载荷，两者将各自采集到的实时位移和加速度、关节轴承2受到的实际载荷反馈给计算机控制***，计算机控制***对比直线运动轴3预先设定的运动曲线和直线轴实际输出运动曲线是否一致、计算机控制***对比音圈电机2预先设定的载荷和关节轴承1实际受到的载荷是否一致，如不一致计算机控制***通过改变音圈电机2动态电流和压力环，进而改变音圈电机2输出的直线运动曲线(位移、加速度和载荷)，进而实现特定载荷谱的关节轴承1损伤评估试验
在另一实施例中，还包括数个伺服电机6，所述伺服电机6与关节轴承1之间转动连接，所述伺服电机6与关节轴承1之间设置有六维力传感器7，所述伺服电机6与六维力传感器7均与计算机控制***连接。如图1所示，伺服电机6通过旋转轴与关节轴承1转动连接，共设置两个伺服电机6，分别与关节轴承1的主轴转动连接和关节轴承1的内圈转动连接，与关节轴承1主轴固接的伺服电机6通过下夹具与关节轴承1固接，旋转轴上设置六维力传感器7；与关节轴承1内圈转动连接的伺服电机6也通过六维力传感器7和旋转轴实现，其旋转轴与关节轴承1连接的左右两侧分别设置左右压紧夹具用于固定；计算机控制***控制伺服电机6旋转固定角度和固定转速，实现关节轴承1的往复旋转加载。
在另一实施例中，所述计算机控制***包括信号采集***8、控制***9和数据处理***10。
在另一实施例中，所述关节轴承1上设置有温度感应器，所述温度感应器与计算机控制***连接。温度感应器为温度探针，其中温度探针位于关节轴承1与直线运动轴3的连接处，温度探针将采集到的实现数据发送给计算机控制***。
在另一实施例中，还包括环境氛围罩，所述关节轴承1设置在所述环境氛围罩的内部，所述环境氛围罩的一侧设置有安装孔，所述安装孔连接有外部环境源，所述环境氛围罩的侧面开口，所述直线运动轴通过所述开口与关节轴承1固接。
外部环境源为温度控制装置、氧气控制装置、气压控制装置和紫外线控制装置中的任一种。
环境氛围罩为一箱体结构，将关节轴承放置在环境氛围罩内，环境氛围罩的四周设置有数个安装孔，安装孔用于连接外部环境源，安装孔与其他部件连接处需设置密封圈，环境氛围罩的侧面设置有折棚风挡，折棚风挡之间的间隙作为环境氛围罩的开口用于安装其他与关节轴承连接的部件，如直线运动轴等，由于折棚风挡良好的水平伸缩性和柔性，折棚风挡会随直线运动轴的往复运动进行反复的拉伸和收缩变形；
温度控制装置包括控制箱体和导温管，温度控制箱体内部设置有制冷机和发热丝，所述导温管的一端与安装孔连接，导温管的另一端分别与制冷机和发热丝连接。
氧气控制装置包括氧气瓶、导气管和调节阀，调节阀设置在导气管上，导气管的一端与氧气瓶固接，另一端与安装孔接通。
气压控制装置包括气压泵、导压管和调节阀，调节阀设置在导压管上，导压管的一端与气压泵固接，另一端与安装孔接通。
紫外线控制装置为紫外线灯，将紫外线灯设置在环境氛围罩内，控制紫外线灯的光强度即可实现不同紫外线对关节轴承1的照射。
本发明中涉及到的自动控制原理和控制技术等属于现有技术，故本申请中不再具体阐述。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (6)
1.一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于，包括：用于与关节轴承(1)固接的音圈电机(2)，所述音圈电机(2)与关节轴承(1)之间通过直线运动轴(3)固接，所述直线运动轴(3)的一侧设置有位移传感器(4)，所述直线运动轴(3)与关节轴承(1)之间设置有载荷传感器(5)，所述音圈电机(2)、位移传感器(4)和载荷传感器(5)均与计算机控制***连接。
2.根据权利要求1所述的一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于，还包括数个伺服电机(6)，所述伺服电机(6)与关节轴承(1)之间转动连接，所述伺服电机(6)与关节轴承(1)之间设置有六维力传感器(7)，所述伺服电机(6)与六维力传感器(7)均与计算机控制***连接。
3.根据权利要求1所述的一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于：所述计算机控制***包括信号采集***(8)、控制***(9)和数据处理***(10)。
4.根据权利要求1所述的一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于：所述关节轴承(1)上设置有温度感应器，所述温度感应器与计算机控制***连接。
5.根据权利要求1所述的一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于：还包括环境氛围罩，所述关节轴承(1)设置在所述环境氛围罩的内部，所述环境氛围罩的一侧设置有安装孔，所述安装孔连接有外部环境源，所述环境氛围罩的侧面开口，所述直线运动轴通过所述开口与关节轴承(1)固接。
6.根据权利要求5所述的一种载荷谱加载的关节轴承损伤评估试验装置，其特征在于：外部环境源为温度控制装置、氧气控制装置、气压控制装置和紫外线控制装置中的任一种。
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