球铰接结构防拉脱改进研究

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1、研究论文RESEARCH球铰接结构防拉脱改进研究谷万淼，陈强，宋则良(中航工业郑州飞机装备有限责任公司，郑州450005)【摘要】铰接结构是一种工程中常用的结构形式，能够为机械装置提供多自由度的运动，可以有效简化机构的复杂程度。针对铰接结构易于拉脱的问题，提供了一种防止球铰接结构拉脱的设计结构，经过实践检验，可以有效解决球铰接结构拉脱问题，提高结构的可靠性。关键词：抗拉；球铰接；防拉脱StudyonAnti—Pull—of{fImprovementofBallHingeStructureGUWanmiao，CHENQiang，SONGZeliang(AVICZhengzhouAirc

2、raftEquipmentCompanyLimited，Zhengzhou450005，China)【ABSTRACT】Ballhingeisacommonformofengineering，canprovidemorefreedomofmovement，itcanreducethecomplexityoftheorganization．Anewdesigncanpreventtheballhingefrombeingpull-out．Afterpracticeverification，thedesigncaneffectivelysolvetheproblemandimprovet

3、hereliabilityofballhingestructure．Keywords：Pull—out；Ballhinge；Anti—pull-offDOI：10．16080巧．issnl671-833x．2017．1／2．122某运动机构为了保证驱动零件的受力面法向自动与从动零件承力面的法向保持一致，采用了球铰提供足够的空间运动自由度。球铰只允许两部分绕公共球心相对转动，限制它们3个方向的相对移动⋯。传统的球铰接结构由球窝、球头、开口挡圈3个零件组成，球头与球窝的组合是通过对球窝口部材料的收口变形完成的，结构形式如图l所示。球铰的设计要求较为严格，对结构的可靠性要求很高，必须保证在

4、承受拉力和压力时球头与球窝始终保持灵活运动而且不能脱离。在使用过程中，经常发现图1所示的球铰接结构在承受拉力时收口部位材料翻转变形，造成球窝与球头脱离，球铰接结构失效的现象，尤其在冲击的工作环境中，这样的现象更为频繁。球头挡圈球窝F匡习F／s：infl．--"飞r囫lf’图1传统球铰接结构Fig．1Traditionalballhingestructure122航窄制造技术·2017年第1／2期1失效原因1．1受力分析受收口形式的限制，当球头和球窝之间的拉力值为F时，球窝收口部位与球头之间的挤压作用力数值为F／sin0。该力的方向为沿球头和开口挡圈截面圆心的连线。由于曰角是锐角，F／

5、sinO的数值大于F，受力分析见图2。受力分析证明：用数值，的力拉球头时，球窝收口部位材料将承担比F值更大的挤压力F／sinO。力值经过放大的挤压力会造成收口部位材料翻转变形，降低球铰接结构可靠性，只能通过加装支撑零件或增加加强结构的方法提高强度防止材料翻转变形。1。2工艺性分析传统的球铰接结构装配工艺采用滚压收口的方式，存在以下5个比较明显的缺点。(1)承力材料不足。为了减少滚压收口部位的材料变形抗力，保证顺利加工，收口部位材料的初始厚度必须减薄，大大降低了材料的稳定性，导致在收口中很容易出现材料失稳形成的层叠和裂纹等缺陷。为了避免加工缺陷，必须降低变形材料的高度以提高稳定性。高度

6、的降低再次减少了收口部位材料，不仅削弱变形收口部位的强度，而且会减小图1所示的口角度值，导致受力分析中的挤压力F／sinO数值增大，挤压方向则指向被削弱的变形收口部位，受拉力时容易失效，球窝很容易脱落12】。(2)材料回弹。收口部位材料存在弹性变形，会在使用中缓慢释放；如果收口变形量很小，释放的弹性变形会严重影响铰接结构的可靠性。(3)变形材料无支撑。收口加工无法保证尺寸结构的一致性。收口完成后，零件表面也无法进一步加工，给后续通过加装支撑零件或结构提高强度的方法增加难度。(4)材料无法强化。为了保证收口变形，球窝材料收1：3前不能热处理强化。形成组件后，整体热处理会在配合面产生无法

7、清理干净的氧化皮、冷却介质残留物等杂质，严重影响机构的运动灵活性。通常只有对运动灵活性和精度无要求的球铰接结构方可进行整体热处理。(5)加工设备。由于收口加工材料的变形抗力较大，会加速降低车床精度和专用工装。通常使用精度较低的车床收口，导致了收口部位的精度较差，降低结构可靠性。综合以上分析，传统球铰接结构的收13工艺方式较差，承受拉力时容易拉脱，有必要优化结构，改变工艺方式，提高球铰接结构的可靠性。2改进方案针对上述工艺的缺点，改进了球铰接结构形式，与传统