球形杆端和海姆接头是两种重要的机械部件，广泛应用于需要铰接连接的应用中。了解这两个组件之间的主要区别对于工程师和设计师选择最适合其特定需求的选项至关重要。
本文将详细概述球面杆端关节轴承和海姆关节，包括它们的结构、功能、性能特点、应用和选择注意事项。目标是突出每个组件的优点和缺点，以帮助确定一个组件何时比另一个组件更适合。正确选择球形杆端关节轴承和海姆接头可以优化机械设计和性能。
球形杆端关节轴承，也称为球形接头，由通过轴承连接到球形外壳的内螺柱组成。球面轴承允许螺柱和外壳之间沿多个轴的角度不对中能力。常见材料包括不锈钢、铬合金钢和青铜或塑料，适用于较低负载应用。
球形杆端的功能是允许螺柱在外壳内枢转至一定角度，从而提供连接的灵活性。负载能力取决于球和外壳尺寸、材料、润滑和结构等因素。它们具有自对准功能，可以很好地适应未对准情况，这使得它们在具有振荡或旋转运动的应用中非常有用。
研究表明，在高负载和高频率下运行时，与其他接头类型相比，球形杆端关节轴承的摩擦和磨损更低。硬化球的光滑表面有助于减少摩擦并提高耐用性。适当的内部润滑也有助于优化性能。
海姆接头，也称为杆端，利用容纳在连接到螺柱的闭孔外壳中的球窝。球可以在球窝中枢转，以允许铰接和错位达到设计的角度。常见材料有铬合金钢、不锈钢、铝和塑料。
球带有凹口，可装入外壳中的凹槽中，以在允许旋转的同时提供轴向载荷支撑。该接头可承受推力和径向载荷。海姆接头允许与球形杆端类似的枢转运动，但其部分封闭的设计提供了更大的负载支撑。
研究表明，与开放式结构相比，Heim 接头具有高负载能力和出色的耐污染物能力。带缺口的球设计可防止过度磨损并实现可靠的锁定。 Heim 接头通常用于高应力环境，包括工业机械。
设计与施工
主要区别在于球窝接头的设计。球形杆端有一个容纳在球形座中的外露球，而海姆接头将球部分封闭在闭孔插座中。这为 Heim 接头提供了更大的轴向载荷支撑。
负载能力和角度偏差
由于其更封闭的设计，海姆接头往往比球形杆端具有更高的负载能力。然而，球形杆端允许更大的角度偏差 - 高达 25°，而 Heim 接头的角度偏差约为 10-15°。
应用领域
球形杆端通常用于轻型应用，例如连杆系统和机器人，其中平滑枢转至关重要。 Heim 接头更适合高负载环境，例如需要坚固铰接接头的工业和农业机械。
球形杆端和海姆接头之间的相似之处
功能性
两个部件都用于在两个构件之间提供铰接的枢转连接。它们允许角度失准，以适应操作中的对准变化。
材料和涂层
球形杆端关节轴承和海姆接头均采用铬合金钢、不锈钢、铝、青铜和塑料等流行材料。也可以使用 PTFE 等涂层。
可互换用途
在某些应用中，球形杆端和海姆接头可以根据负载要求互换。轻型海姆接头有可能取代球形杆端。
负载要求
Heim 关节可承受更高的负载，因此在高压力环境中更适用。对于较轻的负载要求，可以选择球形杆端。
运行条件
球形杆端允许更大的角度不对中，因此更适合需要多轴平滑枢转的应用。海姆接头具有更高的耐污染性。
尺寸和配置
这两种组件都有多种尺寸可供选择。其他因素（例如螺柱样式、螺纹和外壳材料）允许进一步的配置选项。存在用于正确选择参数的行业标准。
由于在轻负载下枢转摩擦力低，球形杆端关节轴承用于机器人、连杆机构和飞机。它们支持 3D 打印机和敏感光学设备中的平滑运动控制。
Heim 接头的高强度尺寸比使其成为工业机械、采矿设备和起重机的理想选择。它们可以抵抗非公路车辆中的污垢和污染物。集成轴/轴接头提供整体传动系统支持。
在某些腿式机器人中，海姆关节提供足够的负载能力，同时为稳定的行走运动提供一定的角度灵活性。非常高的负载可能仍然需要球形杆端关节轴承，因为其具有较低的摩擦优点。
进步包括改进的润滑输送系统和增强聚合物和复合材料等材料，以提高强度。多轴球形杆端提供更大的铰接。新的制造方法旨在提高精度，同时降低成本。
趋势正在转向小型化以及多个关节和枢轴点的集成，以实现更复杂的机构。可定制的模块化关节系统越来越受欢迎。我们继续关注增强负载能力、角度范围、耐污染性和整体耐用性。
总之，球形杆端关节和海姆接头都提供铰接运动，但主要区别在于其内部结构，这会影响负载能力和角度不对中能力。海姆接头更适合高负载应用，而球形杆端允许更大的枢转自由度。了解权衡可以根据操作要求选择最佳组件。持续创新的重点是最大限度地提高性能，同时缩小尺寸和成本。
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参考
球形杆端关节轴承与 Heim 接头 - 机械设计
如何选择合适的杆端关节轴承 - Destaco
海姆关节分析 - NASA 技术报告服务器
高不对中球面杆端关节轴承的开发 - MDPI
球面杆端轴承的微动磨损行为 - Elsevier
