一种涡旋摩擦试验机的制作方法

1.本实用新型涉及摩擦试验领域，具体是一种涡旋摩擦试验机。


背景技术：

2.涡旋压缩机具有效率高、振动小、噪音低及运转可靠等优势，但由于涡旋压缩机特有的运行方式，其存在许多摩擦副，摩擦功耗使得压缩机的输入功率增大、效率降低，甚至会因为摩擦磨损造成压缩机事故。因此探究涡旋压缩机的涡旋盘在干摩擦、滴液润滑和浸液润滑等条件下的摩擦性能极有必要。
3.在实际研发过程中，存在两个难点，第一在于如何模拟涡旋压缩机的运动原理，第二在于如何摩擦力进行采样，申请人针对此提出一种涡旋摩擦试验机。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种涡旋摩擦试验机，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种涡旋摩擦试验机，包括机架、计算机以及固定在机架上的加载装置与摩擦测力装置，所述机架上固定有变频电机，其输出轴前后纵向布置并与驱动轴连接，所述驱动轴转动固定在箱体上且末端固定有至少一个圆试件，所述变频电机驱动圆试件的旋转；所述圆试件的横向一侧依次设有平试件以及加载装置，所述加载装置固定在箱体上并对所述平试件提供垂直于驱动轴轴线方向的横向加载力，所述加载装置中设有检测加载力的加载测力传感器；所述平试件通过与圆试件之间发生摩擦上下往复运动，并且平试件连接在摩擦力测力装置上，所述摩擦测力装置上设有检测平试件上下运动时与其产生的抵压力的摩擦测力传感器，所述变频电机、加载测力传感器与摩擦测力传感器均与计算机连接。
7.作为本实用新型的改进方案，所述摩擦测力装置包括导向连接板、导向柱、上箱板法兰与传感器压板，所述平试件连接在导向连接板上，所述导向柱的底端与导向连接板固连而顶端与传感器压板固连，并贯穿上箱板法兰上下活动式连接，上箱板法兰固定在箱体上表面，且上箱板法兰与导向连接板之间连接有第二弹簧；所述摩擦测力传感器放置在第一传感器连接板上，第一传感器连接板设置在上箱板法兰上，所述摩擦测力传感器与第一传感器接杆固定，第一传感器接杆连接在传感器压板上。
8.作为本实用新型的改进方案，平试件固定在平试件安装板上，平试件安装板顶端固定在滑台上，所述滑台横向滑动在所述导轨安装板上，且所述导轨安装板与滑台的侧面之间横向连接有第一弹簧；所述导轨安装板固定在导向连接板底部。
9.作为本实用新型的改进方案，所述导轨安装板的横向两侧分别设有第一导轨限位板与第二导轨限位板。
10.作为本实用新型的改进方案，所述加载装置包括加载支架、弹簧导向杆、加载螺钉、加载弹簧座、滚针导柱，所述加载支架以及滚针导柱均固定在箱体上，所述加载螺钉固
定在加载支架上；所述加载弹簧座与加载测力传感器横向位于加载螺钉与滚针导柱之间，所述弹簧导向杆横向布置在所述加载弹簧座内，并与所述加载弹簧座的横向内侧壁之间设置有碟形弹簧；所述加载螺钉的末端抵压弹簧导向杆，使加载测力传感器抵压到滚针导柱上，所述滚针导柱靠近平试件的一端转动设有加载轴承，并通过加载轴承抵压到所述平试件安装板上。
11.作为本实用新型的改进方案，所述加载螺钉通过加载螺母在加载支架上轴向限位，所述加载螺钉的头端侧壁上设有槽口，所述加载支架上固定有对加载螺钉径向限位的紧定螺钉，所述紧定螺钉的底端穿入槽口，并将加载螺钉固定块抵压在槽口内壁上。
12.作为本实用新型的改进方案，所述加载支架上还设有对所述加载弹簧座径向限位的防转装置。
13.作为本实用新型的改进方案，所述圆试件周向均匀安装在圆试件固定座上，所述圆试件固定座安装在圆试件安装座上，圆试件安装座安装在驱动轴上。
14.作为本实用新型的改进方案，所述变频电机的输出轴通过梅花型弹性联轴器与驱动轴同轴连接，所述驱动轴的两端均通过圆柱滚子轴承转动固定在箱体上。
15.作为本实用新型的改进方案，箱体的中部设置中间板，中间板以及箱体的后侧壁上设有同轴的通孔，驱动轴的前端、末端分别通过圆柱滚子轴承与通孔配合连接。
16.有益效果：本实用新型采用加载装置对平试件与圆试件提供加载力，通过变频电机带动圆试件的旋转，从而使圆试件与平试件发生间歇性摩擦，在摩擦力的带动下，平试件上下高频浮动并不断与摩擦测力传感器产生抵压，从而使摩擦测力传感器得到精确的测量结果。本实用新型能够考察金属样件在不同转速、加载负荷下的变化，检测其综合力学性能，具有测试范围广泛、设备操作方便等特点。
附图说明
17.图1为本实用新型的正视结构局部剖视图；
18.图2为本实用新型的左侧结构局部剖视图；
19.图3为本实用新型的立体结构示意图；
20.图4为本实用新型的加载装置底部某一角度示意图；
21.图5为本实用新型加载螺钉的头部示意图。
22.图中：1
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机架；2
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箱体；3
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变频电机；4
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联轴器；5
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驱动轴；6
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甩油盘；7
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圆试件安装座；8
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圆试件固定座；9
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轴端盖板；10
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圆试件；11
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平试件；12
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平试件安装板；13
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试件挡板；14
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滑台；16
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导轨安装板；17
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第一导轨限位板；18
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第二导轨限位板；19
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第一弹簧；20
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导向连接板；21
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导向柱；22
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嵌入式直线轴承；23
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传感器压板；24
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上箱板法兰；25
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第二弹簧；26
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第一传感器连接板；27
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摩擦测力传感器；28
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第一传感器接杆；29
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加载轴承；30
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加载轴承支撑轴；31
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加载轴承架；32
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滚针导柱；33
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加载组件固定板；34
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加载组件侧板；35
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加载螺母板；36
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加载螺钉；37
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加载螺母；38
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弹簧导向杆；39
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加载弹簧座；40
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碟形弹簧；41
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第二传感器连接板；42
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加载测力传感器；43
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第二传感器接杆；44
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上箱板；45
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挡块；46
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弹簧限位圆螺母；47
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加载螺钉固定块；48
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弹簧座防转块；49
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弹簧座防转槽板；50
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油杯；51
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槽口。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
24.实施例1，参见图1
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2，一种涡旋摩擦试验机，包括机架1、计算机以及固定在机架1上的加载装置与摩擦测力装置，机架1上固定有变频电机3，变频电机3为三相异步变频电机，能够实现变速，其输出轴前后纵向布置并通过联轴器4与驱动轴5连接。优选地，联轴器4为梅花型弹性联轴器，型号可选为ec28，可维持变频电机3的输出轴与驱动轴5之间的高同轴度的配合。
25.机架1上固定箱体2，驱动轴5在箱体2中转动配合。变频电机3带动驱动轴5运转时，驱动轴5容易发生晃动，影响测试精度，因此，在箱体2的中部设置中间板，中间板以及箱体2的后侧壁上设有同轴度一致的通孔，驱动轴5的前端、末端分别通过高精度的圆柱滚子轴承与通孔配合连接。中间板上还安装有轴端盖板9，轴端盖板9固定在中间板上，压住圆柱滚子轴承的外圈，驱动轴5穿过圆柱滚子轴承的内孔，并压在圆柱滚子轴承的内圈，驱动轴5通过与圆柱滚子轴承配合转动，轴端盖板9中间开孔，驱动轴5通过孔伸出。采用高同轴度的通孔、高精度的圆柱滚子轴承以及梅花型弹性联轴器，可以使驱动轴高度回转精度高，几乎没有径跳，以便于进行高精度的测试。
26.驱动轴5的前端与变频电机3的输出轴连接，然后穿过箱体2的侧壁以及中间板，其末端端面上固定圆试件安装座7，圆试件安装座7前侧通过螺钉安装圆试件固定座8，圆试件安装座7与圆试件固定座8通过键跟随驱动轴5旋转。驱动轴5的前端与末端之间还设有甩油盘6，用于驱动轴5转动时的润滑，箱体2的上表面称为上箱板44，上箱板上通过螺纹连接油杯50。
27.圆试件固定座8上周向均匀安装至少一个圆试件10，通常选1个或2个或4个，变频电机3驱动圆试件10的旋转。圆试件10的横向一侧依次设有平试件11以及加载装置，加载装置固定在箱体2上并对平试件11提供垂直于驱动轴5轴线方向的横向加载力，加载装置中设有检测加载力的加载测力传感器42。
28.加载装置对平试件11提供加载力，使平试件11与圆试件10发生抵压接触，在圆试件10被变频电机3带动高频转动的过程中，平试件11与圆试件10发生接触摩擦。本实施方式利用圆试件旋转，平试件静止的压滑式接触摩擦形式，简化了涡旋盘的结构，保留了非固定点的动态线接触(瞬变性)以及啮入区会形成流体动压(非接触动载荷、高应力时疲劳)的特点，能够模拟涡旋式压缩机运动原理进行测试。
29.平试件11通过与圆试件10之间发生摩擦而上下往复运动，具体来说，上下往复轻微地浮动，并且平试件11连接在摩擦力测力装置上，摩擦测力装置上设有检测平试件11上下运动时与其产生的抵压力的摩擦测力传感器27，变频电机3、加载测力传感器42与摩擦测力传感器27均与计算机连接。
30.涡旋摩擦试验机的另一个难点在于如何检测高频运动下平试件11与圆试件10之间产生的摩擦力，本实施方式利用平试件11与圆试件10发生摩擦时的上下浮动转化为对摩擦测力传感器27的高频抵压，使摩擦测力传感器27能够得到精确的检测结果，并通过计算
机显示。
31.作为一种可选的实施方式，摩擦测力装置包括导向连接板20、导向柱21、上箱板法兰24与传感器压板23，平试件11通过螺钉固定在平试件安装板12上，优选地，如图3所示，平试件安装板12的纵向两侧安装有对平试件11限位的试件挡板13。
32.平试件安装板12顶端通过螺钉固定在滑台14上，滑台14横向滑动在导轨安装板16上，导轨安装板16的底部设有两条横向布置的线性导轨，用于与滑台14配合滑动连接。导轨安装板16的横向两侧分别设有第一导轨限位板17与第二导轨限位板18，用于对滑台14的横向两侧进行限位，其中第二导轨限位板18与滑台14的相对侧面之间横向连接有第一弹簧19，第一弹簧19采用圆柱螺旋压缩弹簧。
33.在平试件11与圆试件10未发生摩擦的间隙中，平试件11会产生左右横向方向上的轻微晃动，从而带动平试件安装板12通过滑台14在导轨安装板16上横向滑动，当向右侧滑动时，第一弹簧19受到水平方向的压缩后回弹，对平试件11进行限位。第一弹簧19可以保证平试件安装板12在加载方向调整位置。
34.导轨安装板16通过螺钉固定在导向连接板20底部。导向柱21的底端与导向连接板20固连而顶端与传感器压板23固连，导向柱21通过嵌入式直线轴承22贯穿上箱板法兰24，嵌入式直线轴承22放置在上箱板法兰24上，上箱板法兰24上表面开设有与嵌入式直线轴承22底端对应配合的圆槽。上箱板法兰24固定在上箱板44上，且上箱板法兰24与导向连接板20之间连接有第二弹簧25，第二弹簧25同样为圆柱螺旋压缩弹簧。
35.摩擦测力传感器27放置在第一传感器连接板26上，第一传感器连接板26设置在上箱板法兰24上，摩擦测力传感器27与第一传感器接杆28固定，第一传感器接杆28连接在传感器压板23上。
36.摩擦测力装置具有一个自重，通过传感器压板23与第一传感器接杆28接触施力，通过摩擦测力传感器27检测该自重，作为初始值。当圆试件10旋转时，根据圆试件10旋转的方向，圆试件10与平试件11的接触点处具有向上或向下的摩擦力，该摩擦力促使平试件11产生上下的轻微浮动。由于平试件11固定在平试件安装板12上，因此带动平试件安装板12、导轨安装板16、导向连接板20等通过导向柱21上下高频浮动，当摩擦力向上时，摩擦测力传感器27的检测值与初始值减小，当摩擦力向下时，检测值增加，检测值与初始值的差值即为平试件11与圆试件10的摩擦力值。
37.第二弹簧25保证测摩擦测力装置可以在竖直方向调整位置，导向柱21与嵌入式直线轴承22连接，在保证同轴度与垂直度后可以确保线性导轨与加载轴线的平行性。
38.作为一种可选的实施方式，加载装置包括加载支架、弹簧导向杆38、加载螺钉36、加载弹簧座39、滚针导柱32。加载支架包括固定在箱体2侧壁上的加载组件固定板33、固定在加载组件固定板33纵向两侧的两块加载组件侧板34以及固定在加载组件侧板34端部的加载螺母板35，加载组件固定板33、加载螺母板35以及两个加载组件侧板34组成框型结构。
39.滚针导柱32固定在箱体2的侧壁上，加载弹簧座39与加载测力传感器42横向分布并位于加载螺钉36与滚针导柱32之间的加载支架中，两个加载组件侧板34的上表面之间连接有挡块45，用于对加载弹簧座39的右侧端面进行限位，防止加载弹簧座39向右移动。弹簧导向杆38横向布置在加载弹簧座39内，其一端穿过加载弹簧座39的左侧端部与加载螺钉36的末端抵接，加载螺钉36穿过加载螺母板35并通过加载螺母37固定，加载螺母37用于对加
载螺钉36进行轴向限位。优选地，为了防止加载螺钉6旋转，使加载螺钉6需要与弹簧导向杆38稳定接触，如图5所示，在加载螺钉36的头端侧壁上设有槽口51，加载支架上固定有对加载螺钉36径向限位的紧定螺钉，紧定螺钉的底端穿入槽口51，并将加载螺钉固定块47抵压在加载螺钉36的螺杆侧壁上。
40.弹簧导向杆38的外侧设置碟形弹簧40，弹簧导向杆38的左侧外侧壁上设有一圈凸体，加载弹簧座39的左侧壁上设有螺纹孔，弹簧导向杆38的左侧端部穿过螺纹孔与加载螺钉36的的末端抵接，螺纹孔中螺纹连接有弹簧限位圆螺母46，螺旋转动弹簧限位圆螺母46，弹簧限位圆螺母46，使碟形弹簧40位于凸体与加载弹簧座39的右侧内壁之间并处于压缩状态。优选地，为了防止弹簧限位圆螺母46的松动，在加载弹簧座39的周向侧壁上攻有螺孔，螺孔中旋入螺钉对弹簧限位圆螺母46径向限位。
41.加载弹簧座39通过螺钉固定第二传感器连接板41，第二传感器连接板41与加载测力传感器42通过螺钉连接，第二传感器接杆43通过螺纹与加载测力传感器42连接，第二传感器接杆43的顶端与滚针导柱32的中间轴压紧。滚针导柱32的右侧端部通过螺钉安装有加载轴承架31，加载轴承架31上固定有纵向布置的加载轴承支撑轴30，加载轴承支撑轴30上转动固定有加载轴承39。
42.优选地，为了防止加载弹簧座39的旋转，加载支架上还设有对加载弹簧座39径向限位的防转装置。如图4所示，具体来说，在纵向两个加载组件侧板34的底部表面之间通过螺钉连接固定弹簧座防转槽板49，弹簧座防转槽板49上设有若干螺栓孔，优选为两个，螺栓孔中螺纹连接螺栓，螺栓的末端穿过加载弹簧座39侧壁位于其内部，螺栓的头部共同连接弹簧座防转块48，达成防转动的效果。
43.通过调整加载螺钉36的伸出长度，通过加载螺钉36抵压弹簧导向杆38、弹簧导向杆38抵压加载测力传感器42、第二传感器接杆43抵压滚针导柱32、最后滚针导柱32抵压加载轴承29到平试件安装板12上，从而提供了平试件11水平方向的加载力。由于平试件安装板12在平试件11与圆试件10摩擦时会上下浮动，因此选择转动连接在加载轴承支撑轴30上的加载轴承39，在平试件安装板12上下移动的过程中，加载轴承39由于与平试件安装板12的摩擦作用，会顺时针或逆时针转动。碟形弹簧40的体积小承载大，具有低行程高补偿的功能，在圆试件10与平试件11间歇式不接触时补偿力，防止加载弹簧座39右移。
44.本实施方式在实施时，在圆试件固定座8上安装好圆试件10，在平试件安装板12上安装好平试件11，在圆试件10及平试件11装好后，用手转动变频电机3的联轴器4，将其中一个圆试件10转至水平方向最左侧的极限位置，这是与平试件11距离最近的位置，也是加载测力装置中的碟形弹簧40受力最大的位置。旋转加载螺钉36，使载荷加至设定值，并用紧定螺钉锁紧。旋转弹簧限位圆螺母46，使其向右靠到弹簧导向杆38的凸体，此时平试件11受到加载装置提供的力与圆试件10抵接，滑台14向右在导轨安装板16上滑动，第一弹簧19处于压缩状态。将弹簧限位圆螺母46回旋180
°
(即使弹簧限位圆螺母46回退1mm)，并用螺钉径向锁紧，再用手转动变频电机3的联轴器4，使圆试件10和平试件11脱离，此时第二传感器连接板41向右移动1mm，并且第二传感器连接板41和挡块45之间保持有约1mm的间隙，即可完成加载状态。在变频电机3运转之后，一个或多个圆试件10间接性的与平试件11发生高频摩擦接触，当接触时，平试件11受到圆试件10的抵压，即可在预留的1mm空间中回缩。
45.本实施方式中的加载测力传感器42与摩擦测力传感器27都需要选用高精度仪器
达到精确测量并显示，可以精确输出时间
‑
载荷、时间
‑
摩擦力关系曲线图。
46.动试样采用圆柱形，静试样采用平试件，试验时采用4/2/1个圆试件，一个平试件，模拟涡旋式压缩机运动原理非固定点的瞬态线接触、可选择性地形成流体动压润滑/边界润滑/干摩擦、变频速度宽幅可调、间歇载荷+间歇接触。选择圆柱形试样安装在圆盘上，方便安装，并且可以拓展为普通变速、高低速环块试验机。
47.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
48.在本实用新型的描述中，需要说明的是，诸如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，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，由语句“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。
49.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
50.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。