[0001] 本发明涉及轴承测试技术领域，尤其涉及一种刚度性能试验机。

[0002] 本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

[0003] 球面金属‑橡胶弹性轴承是直升机旋翼系统的重要功能构件，同时承受离心载荷、扭转载荷、挥舞载荷和摆振载荷，产品刚度是关键的技术考核指标，对于旋翼系统的结构设计有重要的参考依据。弹性轴承刚度试验需测量其在不同载荷条件下的变化。如更真实的体现在实际飞行过程受力条件下的刚度，需在不同的离心载荷、扭转载荷、挥舞载荷和摆振载荷耦合条件下测量。受力的复杂性增加了刚度试验的难度，尤其增加了试验机的设计难度。

[0063] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0064] 应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

[0065] 尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

[0066] 为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

[0067] 如图1至图4所示，本发明提出了一种刚度性能试验机100，包括：

[0068] 第一加载单元101，具有用于放置待测件的放置位置，第一加载单元用于对待测件施加沿第一方向的作用力；

[0069] 第二加载单元102，用于对待测件施加沿第二方向的作用力；

[0070] 扭转单元103，用于对待测件施加沿第三方向的扭转力；

[0071] 测量单元，用于测量待测件在承受载荷时的力学特性；

[0072] 控制单元，分别与第一加载单元101、第二加载单元102和扭转单元103电连接，控制单元用于控制第一加载单元101、第二加载单元102和扭转单元103的运行；

[0073] 其中，第一方向与第二方向相垂直，第三方向为环绕第一方向的周向方向。第一方向可以是竖直方向，第二方向可以是水平方向，第三方向为待测件。例如球面弹性轴承200的周向方向。

[0074] 可以理解的是，待测件可以是球面弹性轴承，第一加载单元可以通过对球面弹力轴承施加轴向的压力实现轴向力加载，放置位置可通过两个相对设置的压板实现，可在压板上设置夹具将球面弹力轴承的两端分别夹持住实现限位，压板可通过丝杠等直线滑动机构实现驱动。第二加载单元提供对球面弹性轴承200的径向加载力，其作用方向与球面弹性轴承200的径向平行，第二加载单元可通过对球面弹性轴承200夹持后沿径向拉扯球面弹性轴承200而实现径向力的加载，具体可通过电缸32等驱动装置带动相应结构对球面弹性轴承200进行拉动实现。扭转单元可通过转盘夹持球面弹性轴承200，电机53驱动转盘转动实现球面弹性轴承200的扭转。测量单元可以由压力传感器、压扭传感器42、长度测量仪和角度测量仪等组成，在相应的结构上设置各种传感器可感知球面弹性轴承200的承压变化和形变以及角度偏转等。控制单元可以是控制器或者电脑控制。

[0075] 本发明提出的刚度性能试验机100主要由第一加载单元、第二加载单元、扭转单元、测量单元和控制单元组成。测量单元可测量轴向载荷、径向载荷、扭矩以及扭转角由电机53端光电编码器测量，还能够测量弹性轴承的轴向与径向变形。本发明的刚度性能试验机100通过轴向、径向、扭矩加载单元系统，独立操控，也可以三者组合完成耦合条件下的三种刚度测量。可以准确评价球面金属‑橡胶弹性轴承同时承受离心载荷、扭转载荷、挥舞载荷和摆振载荷时的力学特性，为弹性轴承的设计和使用提供依据。

[0076] 在本发明的一些实施例中，第一加载单元包括：

[0077] 中横梁17，中横梁17设置在放置位置的上方；

[0078] 第一直线滑轨机构12，第一直线滑轨机构12与中横梁17连接；

[0079] 驱动装置，驱动装置通过驱动第一直线滑轨机构12运动以带动中横梁17沿第一方向运动。

[0080] 可以理解的是，可以组成刚性框架用于支撑中横梁17以及第一直线滑轨机构12，第一直线滑轨机构12可以是丝杠机构还可以是直线滑块机构，具体地，本发明选用丝杆机构，第一直线滑轨机构12的两根滚珠丝杠的上下两端分别用轴承支撑在刚性框架上，在驱动端，驱动装置可选用电机53配合传动带的方式，具体地，每根滚珠丝杠的下端都安装一个同步带轮51，轴向加载电机53经过直联减速机减速后驱动减速机上的带轮，通过同步齿型带驱动丝杠端带轮旋转，依次使丝杠旋转、中横梁17上下运行，对设置在下压盘15上的球面弹性轴承200进行加载或卸载。

[0081] 在本发明的一些实施例中，第一加载单元还包括：

[0082] 底板；

[0083] 立柱11，一端与底板连接，立柱11沿第一方向延伸；

[0084] 上压盘13；与中横梁17连接；

[0085] 上夹具14，与上压盘13连接，上夹具14用于夹持一个球面弹性轴承200；

[0086] 下压盘15，与上压盘13相对设置，下压盘15上设有放置位置；

[0087] 下夹具16，与下压盘15连接，下夹具16用于夹持另一个球面弹性轴承200；

[0088] 上横梁10，设置在中横梁17的上方，且与立柱11连接；

[0089] 工作台50，与立柱11连接，下压盘15设置在工作台50上。

[0090] 可以理解的是，上横梁10、工作台50与四根立柱11组成刚性框架，上横梁10和中横梁17为梁型结构，上压盘13和下压盘15为盘型结构，例如园盘或者矩形盘等，上夹具14和下夹具16可具有夹持结构或者销固定结构，通过销结构穿过上夹具14和球面弹性轴承200上的穿孔进行规定，工作台50为台型结构，工作台50的作用是放置下压盘15及下夹具16等组件，工作台50还与立柱11进行固定，加强整体强度，两根滚珠丝杠的上下两端分别用轴承支撑在上横梁10和工作台50上。轴向刚度采用压扭传感器42安装在上压盘13下面，并在下端安装上夹具14，下夹具16安装在下压盘15的上端面上，球面弹性轴承200与上下夹具16之间用销轴44固定。

[0091] 在本发明的一些实施例中，扭转单元包括扭转轴20，下压盘15上设有转轴孔，扭转轴20的第一端以可转动的方式设置在转轴孔中，扭转轴20的第一端与下夹具16连接，扭转轴20的第二端与驱动装置传动连接，驱动装置用于驱动扭转轴20转动。

[0092] 可以理解的是，扭转轴20的上端以止推轴承支撑于下压盘15上，扭转轴20的下端以轴承支撑在工作台50上，扭转轴20的下端伸出部分与扭矩加载用电机53和减速机进行配合，电机53驱动扭转轴20旋转对下夹具16上的球面弹性轴承200进行径向扭转。扭转刚度的测试压扭传感器42安装在上压盘13的下面，并在上压盘13的下端安装上夹具14，下夹具16安装在扭转轴20的上端面上，球面弹性轴承200与上夹具14和下夹具16之间用固定轴21固定。在球面弹性轴承200的外围设置两个长度计43测量球面弹性轴承200在径向扭转时的变形。

[0093] 在本发明的一些实施例中，第二加载单元包括：

[0094] 压块38，压块38沿第一方向的两端分别用于连接上夹具14夹持的球面弹性轴承200和下夹具16夹持的球面弹性轴承200，压块38还设有安装孔，安装孔的轴向与第二方向平行；

[0095] 拉杆37，拉杆37穿设于安装孔；

[0096] 加载装置，用于驱动拉杆37沿第二方向运动以带动压块38沿第二方向运动；

[0097] 支架31，分别与上压盘13和下压盘15连接。

[0098] 可以理解的是，第二加载单元主要由拉杆37、压块38、销、支架31、电缸32、升降架33、托板34、升降丝杠组成，试验时需要两套球面弹性轴承200成对测量，两个弹性轴承分别通过夹具安装在上压盘13和下压盘15上，中间放置一个压块38，拉杆37穿过压块38中间的孔并插入其右侧传感器上的连接套内，两者之间用径向销连接。当电缸32伸出杆向右侧移动时即对两个弹性轴承施加等值径向力。该装置的径向力通过支架传递到上承力座30和下承力座36上，与上夹具14和下夹具16对上压盘13和下压盘15的反力平衡，避免了第二方向的径向力作用在机架上，对主机造成损失。另外在传感器左侧连接套上加工有一个长条孔，方便销插入。

[0099] 在本发明的一些实施例中，第二加载单元还包括：

[0100] 升降架33，与支架连接；

[0101] 第二直线滑轨机构35，与升降架33连接，第二直线滑轨机构35用于驱动升降架33沿第一方向运动以带动支架沿第一方向运动；

[0102] 托板34，与支架连接；

[0103] 第三直线滑轨机构，与托板34连接，直线滑轨机构用于驱动托板34沿第二方向运动以带动支架沿第二方向运动。

[0104] 可以理解的是，升降架33和下承力座36之间安装直线导轨，可以通过第二直线滑轨机构35，即升降丝杠调整该装置的高度、支架和托板34之间可以安装第三直线滑轨机构，第三直线滑轨机构也可选用升降丝杠，使该机构可以沿着第三直线滑轨机构前后移动，试验完成后撤出试验空间，并可以旋转°后横置于主机后面。电缸32用于提供径向力，由传感器测量径向力、两支测长仪测量径向变形。

[0105] 在本发明的一些实施例中，测量单元包括：

[0106] 第一负荷传感器40，设置在下压盘15与工作台50之间；

[0107] 第二负荷传感器41，设置在拉杆37与加载装置之间。

[0108] 可以理解的是，第一负荷传感器40和第二负荷传感器41可采用常规的压力传感器，通过在下压盘15和工作台50之间设置第一负荷传感器40，使得球面弹性轴承200在受压时，轴向压力经下压盘15传递至第一负荷传感器40，进而第一负荷传感器40感知到轴向加载力。第二负荷传感器41设置在拉杆37与加载装置之间，第二负荷传感器41的两端可通过销结构与拉杆37的端部以及电缸32的输出端连接，当电缸32拉动拉杆37时，第二负荷传感器41可感知到径向加载力。

[0109] 在本发明的一些实施例中，测量单元还包括：

[0110] 压扭传感器42，压扭传感器42设置在上压盘13和上夹具14之间；

[0111] 长度计43，长度计43设置在上夹具14和下夹具16之间，长度计43用于测量球面弹性轴承200的变形量。

[0112] 可以理解的是，压扭传感器42为压力扭矩传感器，可采用现有的压力扭矩传感器，本发明采用压扭一体传感器，在同时受到轴向载荷与扭转载荷时，可有效的避免传统试验机轴向施加给扭转方向的摩擦力，进一步提高了扭转方向的测试准确性。长度计43可采用现有的长度计43，通过光学测量的方式对球面弹性轴承200进行形变测量，以评估球面弹性轴承200在轴向径向受力扭转时的性能。

[0113] 在本发明的一些实施例中，安装孔包括同轴连接的第一孔段和第二孔段，自安装孔的远离加载装置的一端至安装孔的靠近加载装置的一端，第一孔段的直径逐渐缩小，拉杆37包括同轴且依次连接的第一杆段371、第二杆段372和第三杆段373，第二杆段372呈圆台型，第二杆段372的大头端与第一杆段371连接，第二杆段372的小头端与第三杆段373连接，第二杆段372与第一孔段抵接，第三杆段373与加载装置连接。

[0114] 可以理解的是，在拉杆37的第二杆段372加工出一个球面，球面与夹块的锥形孔面进行配合，使得拉杆37与夹块轴线夹角可变，提高了径向力的测量精度。

[0115] 在本发明的一些实施例中，驱动装置包括：

[0116] 电机53；

[0117] 减速器，减速器的输入端与电机53传动连接；

[0118] 同步带轮51，与第一直线滑轨机构12传动连接；

[0119] 同步带55，减速器的输出端通过同步带55与同步带轮51传动连接。

[0120] 每根滚珠丝杠的下端都安装一个同步带轮51，电机53经过直联的减速器减速后驱动减速器上的同步带轮51，通过同步带55驱动位于第一直线滑动机构的丝杠端的带轮旋转，依次使第一直线滑动机构的丝杠旋转，进而使中横梁17上下运行，对夹持的球面弹性轴承200进轴向力的加载或卸载。扭转轴20的上端以止推轴承支撑于下压盘15上，扭转轴20的下端以轴承支撑在工作台50上，扭转轴20的下端伸出部分与电机53和减速机的配合，电机53驱动扭转轴20旋转对球面弹性轴承200施加径向扭转力。

[0121] 在本发明的一些实施例中，刚度性能试验机100具有外罩57，各单元设置在外罩57内，外罩57的底端具有工作台底板56，立柱11安装在工作台底板56上，工作台底板56的底部还设有工作台支腿52。刚度性能试验机100还具有防护罩54，防护罩54罩设在中横梁17与上横梁10之间的空间处。

[0122] 在本发明实施例中，控制模块为处理器，其中，处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

[0123] 可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

[0124] 存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。

[0125] 其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read‑Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。

[0126] 易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate SDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synch Link DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，简称DRRAM)。

[0127] 本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

[0128] 本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

[0129] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。