一种球铰摩擦性能试验机的制作方法

1.本实用新型涉及一种球铰摩擦性能试验机。


背景技术：

2.球铰能够实现两个存在角度变化的物体间的连接，具有结构简单、承载力大、适应性强、使用寿命长等优点。球铰包括球头座和球头螺杆，球头座和球头螺杆形成球关节副，主要用于摆动和旋转，同时也是一种摩擦副；球铰使用时，球头座的底面往往会支撑在相应物体上，形成摩擦副，两种摩擦副均需要支撑重量。球铰在工作过程中，球头与球头座之间会发生相对滑动，产生摩擦。
3.目前低承载球铰的市场日趋变大，应用场合增加，就需要一种能够稳定可靠、高精度的对球铰开展摩擦性能试验研究的装置，以完善球铰的力学性能研究和验证，获取球铰在实际服役过程中的变化规律，以提高球铰的质量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种球铰摩擦性能试验机，以实现球铰的摩擦磨损性能试验。
5.为实现上述目的，本实用新型所提供的球铰摩擦性能试验机的技术方案是：一种球铰摩擦性能试验机，包括：
6.球铰夹具，包括上下间隔布置的上连接座、下连接座和中间支撑座；上连接座、下连接座上分别设有上连接结构和下连接结构，上连接结构和下连接结构上下对称，分别供一个待测球铰的球头螺杆固定连接；中间支撑座用于支撑在上连接座、下连接座之间；
7.支撑底座，其上设有承载座，承载座的顶部用于支撑固定在球铰夹具下方的待测球铰的球头座；
8.加载架，设置在支撑底座上，其上设有第一加载装置，第一加载装置上设有加载头，用于对固定在球铰夹具上方的待测球铰的球头座施加向下的试验载荷；
9.第二加载装置，用于驱动所述中间支撑座在竖直平面内绕其自身的中心位置转动，以使得两待测球铰的球头与各自的球头座之间产生摩擦；
10.竖向力传感器，用于检测所述第一加载装置对所述待测球铰的压紧力；
11.驱动力传感器，用于检测所述第二加载装置对所述中间支撑座施加的竖向力。
12.有益效果是：本实用新型提供的球铰摩擦性能试验机，球铰夹具的上下端分别安装有一个待测球铰，上端的待测球铰与加载头底部顶压接触，下端的待测球铰与承载座的顶部顶压接触，通过球铰夹具将两个待测球铰上下对称布置，从而使得第二加载装置对上下两个待测球铰的球头与球头座以相同的试验状况进行检测，以获得摩擦的情况，进而实现对球铰的检测。
13.作为进一步地改进，上连接座、下连接座上设有螺杆穿孔，供待测球铰的球头螺杆穿过并通过位于相应上连接座或下连接座上下两侧的螺母固定在相应的上连接座或下连
接座上；所述中间支撑座为筒状结构，沿上下方向延伸，筒状结构的内腔用于避让待测球铰的球头螺杆。
14.有益效果是：螺杆穿孔供待测球铰的球头螺杆穿过，安装方便。
15.作为进一步地改进，所述上连接座和所述下连接座朝向所述中间支撑座的一侧均设有限位槽，所述中间支撑座的两端分别嵌入相应的限位槽中以实现径向定位。
16.有益效果是：中间支撑座的两端限位安装在限位槽，提高了球铰夹具的整体强度。
17.作为进一步地改进，所述加载头的底部设有上摩擦面，用于与球铰夹具上侧的待测球铰的球头座适配；所述承载座的顶部设有承载摩擦面，用于与球铰夹具上侧的待测球铰的球头座适配。
18.有益效果是：加载头设置上摩擦面，承载座设置承载摩擦面，可以对两待测球铰的球头座与上摩擦面和承载摩擦面的摩擦磨损情况进行研究，扩大了本试验机的使用范围。
19.作为进一步地改进，所述球铰摩擦性能试验机还设有环境箱，环境箱通过环境箱支架固定安装在所述支撑底座上，所述球铰夹具位于环境箱中，所述承载座的上端向上伸入环境箱中，所述加载头向下伸入环境箱中。
20.有益效果是：环境箱能够为试验提供了可控温的试验环境，排除温度因素的干扰，提高试验精度。
21.作为进一步地改进，所述环境箱的侧壁上设有多个传感器安装孔，以供多个温度传感器安装。
22.有益效果是：多个温度传感器可以均衡的测得环境箱的温度，减小温度测量误差。
23.作为进一步地改进，所述承载座、加载头及所述待测球铰的球头座、球头螺杆分别设有对应的温度传感器。
24.有益效果是：测得待测环境箱中各部件的温度，使得温度测量更加精准，提高试验精度。
25.作为进一步地改进，所述环境箱的上方设有上加热环，所述加载头从上加热环中穿过，加载头的外周面上于上加热环的上方设有隔热结构；环境箱的下方设有下加热环，所述承载座从下加热环中穿过，承载座的外周面上于下加热环的下方设有隔热结构。
26.有益效果是：上加热环和下加热环的设置，能够使得环境箱中的温度达到试验所需温度。
27.作为进一步地改进，所述加载头的外周面和/或所述承载座的外周面上设有环槽，隔热结构由所述环槽形成。
28.有益效果是：减少加载头和承载座的尺寸，以减少加载头、承载座及环境箱向其他位置的热量传递。
29.作为进一步地改进，所述中间支撑座的侧面上于上下方向中间位置固定连接有推拉杆，推拉杆沿水平方向延伸；环境箱的侧面上设有避让孔，推拉杆从避让孔中穿过并与第二加载装置连接。
30.有益效果是：通过推拉杆驱动中间支撑座动作，结构简单。
附图说明
31.图1为本实用新型提供的球铰摩擦性能试验机的结构示意图。
32.附图标记说明：1、支撑底座；11、承载座；111、下环槽；112、承载摩擦面；12、环境箱支架；13、加载缸支架；2、加载架；21、加载头；211、上环槽；212、上摩擦面；3、球铰夹具；31、中间支撑座；32、上连接座；33、下连接座；331、限位槽；4、第一加载装置；41、竖向加载缸；42、竖向力传感器；5、第二加载装置；51、驱动加载缸；52、推拉杆；53、驱动力传感器；6、待测球铰；61、球头座；62、球头螺杆；7、环境箱；71、传感器安装孔；72、温度传感器；8、立柱；9、上加热环；91、下加热环。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
39.本实用新型中所提供的球铰摩擦性能试验机的实施例1：
40.如图1所示，球铰摩擦磨损试验机包括加载架2和支撑底座1，加载架2包括支撑在支撑底座1上的多根立柱8，立柱8的上端固定有支撑板。
41.支撑底座1上设有承载座11、环境箱支架12及加载缸支架13，承载座11的上表面形
成承载摩擦面112，以支撑待测球铰6，并在待测球铰6移动时与待测球铰6之间产生摩擦。环境箱支架12供环境箱7支撑安装。加载缸支架13用于支撑安装第二加载装置5。
42.加载架2上设有加载头穿孔，以供固定在加载架2上的第一加载装置4的加载头21穿过。
43.环境箱7的顶部设有上通孔，以供第一加载装置4的加载头21穿入，环境箱7的底部设有下通孔，以供承载座11穿入，环境箱7的周侧筒壁上设有7个传感器安装孔71和1个避让孔，对应各传感器安装孔71分别设有一个温度传感器72，其中三个温度传感器72为一组，分别用于检测位于球铰夹具3上方的待测球铰6的球头座61、球头螺杆62以及上连接座32的温度，还有三个温度传感器72为另一组，分别用于检测位于球铰夹具3下方的待测球铰6的球头座61、球头螺杆62以及下连接座33的温度，两组温度传感关于环境箱7在水平方向上的中心轴线对称，另外一个温度传感器72位于该中心轴线的上方，用于检测环境箱7的内部温度。避让孔供推拉杆52穿入环境箱7。环境箱7也称高低温环境箱，为现有技术，用于实现高低温测试环境，具体结构此处不再具体说明。
44.球铰夹具3包括中间支撑座31，中间支撑座31为沿上下方向延伸的筒状结构，支撑座31的上端支撑上连接座32，上连接座32具体为上安装板，上连接座32上设有设有螺杆穿孔，该螺杆穿孔作为上连接结构，供位于球铰夹具3上方的待测球铰6的球头螺杆62穿过，并通过紧固螺母将该待测球铰6固定在上连接座32上。支撑座31的下端支撑有下连接座33，下连接座33具体为下安装板，下连接座33上同样设有螺杆穿孔，该螺杆穿孔作为下连接结构，供位于球铰夹具3下方的待测球铰6的球头螺杆62穿过，并通过紧固螺母将该待测球铰6固定在下连接座33上。上连接座32的下表面和下连接座33的上表面均设有限位槽331，限位槽331的内径大于中间支撑座31的外径，中间支撑座31的上端和下端分别嵌装在两个连接座的限位槽331中，并且中间支撑座31的上端和下端的外壁分别与两个连接座的限位槽331的槽壁之间存在活动间隙。
45.第一加载装置4包括竖向加载缸41和加载头21，竖向加载缸41与加载架2螺栓连接。竖向加载缸41的下方设有竖向力传感器42，竖向力传感器42整体为圆盘状，竖向力传感器42中间位置设有中心螺栓安装孔，以与竖向加载缸41螺栓装配，用于检测竖向加载缸41向下施加的压紧力，竖向力传感器42上绕该中心螺栓安装孔的周向设有一圈的螺栓安装孔，用于与加载头21螺栓连接。
46.加载头21整体为柱状结构，沿上下方向延伸，加载头21的下部经环境箱7上的上通孔穿入环境箱7中，其底部端面形成加载面，以在竖向加载缸41驱动加载头21下行时，加载头21顶压位于球铰夹具3上侧的待测球铰6，以对该待测球铰6的球头座61施加方向向下的试验载荷，并且该加载面还作为上摩擦面212与待测球铰6的球头座61产生摩擦。
47.第二加载装置5包括驱动加载缸51。驱动加载缸51通过加载缸支架13固定安装在支撑底座1上，驱动加载缸51的输出端连接有驱动力传感器53，驱动力传感器53整体圆盘状，以检测驱动加载缸51施加的竖向驱动力。驱动力传感器53上设有螺纹孔，用于与推拉杆52螺栓连接。驱动力传感器53的顶端为球面结构，该球面与推拉杆52为点接触，驱动加载缸51驱动驱动力传感51上升以顶推推拉杆52摆动。
48.推拉杆52沿左右方向延伸，推拉杆52的右端放置在驱动力传感器53的球面结构上，推拉杆52的左端与中间支撑座31固定连接，连接的位置位于上连接座32与下连接座33
的对称轴线上。推拉杆52绕中间支撑座31的中心位置上下摆动时驱动中间支撑座31在竖直平面内绕其自身的中心位置转动，进而带动位于球铰夹具3两侧的待测球铰6在竖直平面内摆动，使得两待测球铰6的球头与球头座61之间产生球面摩擦。
49.在本实施例中，为了使得环境箱7能够达到试验所需温度，在环境箱7的上方设置上加热环9，上加热环9套装在加载头21上，在环境箱7的下方设置下加热环91，下加热环91套装在承载座11上，两个加热环用于对环境箱7进行加热。具体实施时，加载头21的外周面上于上加热环9的上方设有上环槽211，承载座11的外周面上于下加热环91的下方设有下环槽111，两环槽作为隔热结构，减少了加载头21和承载座11的尺寸，以减少加载头21、承载座11及环境箱7向其他位置的热量传递。
50.进行球铰摩擦磨损试验时，先将两个待测球铰6的球头螺杆62分别插装进上连接座32上和下连接座33的螺杆穿孔中，并通过紧固螺母将各待测球铰6的球头螺杆62固定在相应连接座上，然后分别将两连接座支撑放置在中间支撑座31的两端，之后启动竖向加载缸41，使得加载头21下行，加载头21的上摩擦面212与位于球铰夹具3上侧的待测球铰6的球头座61顶压接触，承载座11的承载摩擦面112与位于球铰夹具3下侧的待测球铰6的球头座61顶压接触，施加预压载荷，然后设定环境箱7温度，实时监测加载头21、承载座11及两待测球铰6的球头座61、球头螺杆62的温度，各温度传感器72对应测得的上述各位置的温差不大于5℃时，再次启动竖向加载缸41，缓慢连续均匀的向下施加试验载荷，监测竖向力传感器42的数值，直至达到规定数值，启动驱动加载缸51，驱动加载缸51驱动推拉杆52绕中间支撑座31的中心位置上下摆动，中心位置即支撑座31轴线上与支撑座31的高度方向的中间对应的位置，摆动的推拉杆52驱动支撑座31在竖直平面内绕其自身的中心位置转动，进而带动位于球铰夹具3两侧的待测球铰6在竖直平面内产生摆动趋势，在两个待测球铰6摆动的一瞬间，驱动加载缸51停止加载，读取此时驱动力传感器53的数值为p。环境箱7上的推拉杆穿孔可以是长孔，也可以是孔径较大的孔。
51.由于推拉杆52同时克服了位于球铰夹具3上侧的待测球铰6的球头座61与球头螺杆62之间的摩擦力和位于球铰夹具3上侧的待测球铰6的球头座61与球头螺杆62的球面摩擦力，并且上连接座32和下连接座33上下对称布置，水平加载的位置在中间支撑座31的中间位置，所以位于球铰夹具3上侧的待测球铰6的球头与球头座62之间的球面摩擦力与位于球铰夹具3下侧的待测球铰6的球头与球头座62之间的球面摩擦力大小相等。待测球铰6的转矩满足公式m＝μdkp/2，由此可得，单次试验的待测球铰6的球头与球头座61的球面摩擦系数为μ＝2m
转
/(dk·
p)，此处，m
转
＝p
·
l/2，l为从推拉杆52与驱动力传感器53接触的位置到推拉杆52摆动中心的距离，dk为待测球铰6的球头球径。连续重复三次上述过程，求出三次所得结果的平均值，即为待测球铰6球头座61与球头螺杆62之间的球面摩擦系数。
52.本实用新型提供的球铰摩擦性能试验机，球铰夹具3的上下端分别安装有一个待测球铰6，上端的待测球铰6与加载头21底部顶压接触，下端的待测球铰6与承载座11的顶部顶压接触，通过球铰夹具3将两个待测球铰6上下对称布置，从而使得第二加载装置5对上下两个待测球铰6的球头与球头座62以相同的试验状况进行检测，以获得摩擦的情况，进而实现对球铰的检测。
53.本实用新型中所提供的球铰摩擦性能试验机的实施例2：
54.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，球铰夹具3包括中间支撑座31，
支撑座31的两端分别支撑上连接座32和下连接座33。而本实施例中，中间支撑座为支撑柱，支撑柱的两端分别分别支撑上连接座和下连接座。
55.本实用新型中所提供的球铰摩擦性能试验机的实施例3：
56.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，上连接座32和下连接座33朝向中间支撑座31的侧面上设有限位槽331。而本实施例中，两连接座上均未设置限位槽。
57.本实用新型中所提供的球铰摩擦性能试验机的实施例4：
58.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，环境箱7通过环境箱支架12安装在支撑底座1上。而本实施例中，未设置环境箱支架，环境箱直接安装在支撑底座上，环境箱与支撑底座之间设有隔热材料。
59.本实用新型中所提供的球铰摩擦磨损试验性能试验机的实施例5：
60.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，球铰夹具3位于环境箱7中。而本实施例中，未设置环境箱。
61.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。