一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法
2023-09-16 08:00:30
一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法，包括測力系統、預緊力施加裝置、時統裝置、測速系統、測試平臺、數據採集系統及處理裝置，測試平臺包括氣浮平臺、與氣浮平臺固連的轉動裝置，測速系統和時統裝置均位於氣浮平臺檯面上，預緊力施加裝置固定在氣浮平臺檯面上，被測軸承安裝在預緊力施加裝置內，測力系統的測試端作用在預緊力施加裝置上，測力系統的測試結果輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。解決了現有的軸承摩擦力矩測試儀器不能充分模擬軸承在實際工況中的摩擦力矩的技術問題，本發明利用氣浮平臺微摩擦力矩的特性對軸承實際使用工況（不同預緊力）下的摩擦力矩進行測試。
【專利說明】一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測試軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法。
【背景技術】
[0002]通常軸承的摩擦力矩包括粘性力矩、滯後力矩和變動力矩三項。粘性力矩由材料彈性和潤滑劑的粘性引起；滯後力矩由材料彈性滯後引起；變動力矩則受多種因素(如負荷、速度、工藝誤差、潤滑以及使用條件等)的影響。由於摩擦力矩受多種因素影響，要通過理論推導的方法得到摩擦力矩的計算公式幾乎是不可能的，只有通過試驗，測量不同條件下的軸承摩擦力矩，建立摩擦力矩的經驗公式，為精密跟蹤控制提供有效的誤差補償模型，從而提聞系統的跟蹤特性。
[0003]目前,軸承的啟動摩擦力矩還無法精確計算。動態摩擦力矩大都沿用Palmgrem的經驗公式，它由負荷項和速度項組成，通常用負荷項來評定軸承的低速運轉時的摩擦力矩。
[0004]80年代起，國內有關科研機構相繼研製了測試微型軸承和中小型軸承摩擦力矩的儀器。但是也僅僅局限於單個軸承實體的測試而不能夠充分模擬軸承在實際工況中的摩擦力矩。
【發明內容】
[0005]為了解決現有的軸承摩擦力矩測試儀器不能充分模擬軸承在實際工況中的摩擦力矩的技術問題，本發明提供一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法。利用氣浮平臺微摩擦力矩的特性對軸承實際使用工況(不同預緊力)下的摩擦力矩進行測試。
[0006]本發明的技術解決方案:
[0007]—種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統、預緊力施加裝置、時統裝置、測速系統、測試平臺、數據採集系統及處理裝置，
[0008]所述測試平臺包括氣浮平臺、與氣浮平臺固連的轉動裝置，所述測速系統和時統裝置均位於氣浮平臺檯面上，所述預緊力施加裝置固定在氣浮平臺檯面上，被測軸承安裝在預緊力施加裝置內，
[0009]所述測力系統的測試端作用在預緊力施加裝置上，所述測力系統的測試結果輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
[0010]上述預緊力施加裝置包括定子、轉子、負載以及設置在轉子上的夾具觸頭，所述定子固定在氣浮平臺臺面，被測軸承套裝在定子上，所述轉子套裝在被測軸承上，所述負載固定在轉子上，
[0011]所述測力系統包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，所述壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，所述壓電式傳感器的信號輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
[0012]上述轉動裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，所述拉繩的一端固定在氣浮平臺上，所述拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。[0013]上述測角速系統為速率陀螺。
[0014]一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試方法，其特殊之處在於，包括以下步驟:
[0015]I】搭建如上所述的測試裝置；
[0016]2】將被測的軸承安裝在預緊力測試裝置上；
[0017]3】啟動轉動裝置，氣浮平臺開始轉動，定子隨氣浮平臺一起轉動，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動轉子也開始轉動；
[0018]4】當轉子上的夾具觸頭轉動至與測力系統的測試端接觸時，受到阻擋而不能轉動，此時受到的阻力由測力系統測出並發送給數據採集系統及處理裝置連接，即為摩擦力F；
[0019]5】測量摩擦力的作用力臂:
[0020]用長度測量工具測量測力系統的測試端至氣浮平臺中心的距離D ；
[0021]6】將摩擦力的作用力臂輸入至數據採集系統及處理裝置，由摩擦力矩M=F *D計算得出摩擦力矩。
[0022]通過更換不同標準質量負載9實現不同預緊力條件下的摩擦力矩變化情況測量。
[0023]本發明所具有的優點:
[0024]1、本發明通過氣浮平臺和預緊力裝置共同模擬軸承的真實使用工況，來測量摩擦力矩。
[0025]2、本發明的測試裝置能夠充分模擬軸承在真實使用工況下的摩擦力矩，具有操作簡單，精度高，測試結果真實可靠、自動化程度高、安全可靠等一系列優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明預緊力施加裝置的結構示意圖；
[0028]圖3為本發明軸承摩擦力矩測試原理圖測試方法；
[0029]其中附圖標記為:1-數據採集系統及處理裝置，2-壓電式傳感器，3-速率陀螺，4-氣浮平臺，5-拉繩，6-砝碼，7-定子，8-轉子，9-負載，10-夾具觸頭，11-立柱，12-定滑輪，13-時統裝置，14-被測軸承。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統、預緊力施加裝置、時統裝置、測速系統、測試平臺、數據採集系統及處理裝置，
[0031]測試平臺包括氣浮平臺4、與氣浮平臺4固連的轉動裝置，測速系統和時統裝置13均位於氣浮平臺4檯面上，預緊力施加裝置固定在氣浮平臺檯面上，被測軸承安裝在預緊力施加裝置內，測力系統的測試端作用在預緊力施加裝置上，測力系統的測試結果輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
[0032]測力系統包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，壓電式傳感器的信號輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
[0033]測試原理如圖2所示。將軸承及預緊力裝置放置在如圖2所示裝置上，在轉子8處左右各安裝一壓電式傳感器，並施加一定的預緊力，壓電式傳感器另一端與立柱固接，轉動與氣浮平臺相固連的定子7，被測軸承套裝在定子上，此時被測軸承的摩擦力會帶動轉子8—起轉動，通過測量壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸點處壓力F變化狀況以及接觸點至迴轉中心距離D，另外再通過採集系統採集時間和速度最終可得摩擦力矩(M=F *D)大小及隨時間及轉速變化狀況。更換負載9所示的標準質量體即可得到不同預緊力條件下的摩擦力矩變化情況。
[0034]本發明中的軸承預緊力裝置也可以為安裝在一個轉動設備中的帶預緊力的軸承。如圖3所示，此時測試摩擦力矩時，氣浮平臺由轉動裝置帶動其轉動，由於設備的定子是與氣浮平臺固連於一體的因此設備定子將與之一起轉動，同時轉子受到摩擦力的作用與定子同向旋轉。當轉子上的夾具觸頭轉到摩擦力矩傳感器處時因受到阻擋而不能轉動，此時受到的阻力由壓電式傳感器測出。傳感器的受力點至旋轉中心的距離是摩擦力的作用力臂，摩擦力與力臂的乘積即為被測軸承的摩擦力矩。摩擦力的數據採集和處理由計算機完成，時統裝置13和速率陀螺完成時間和速度的採集，除作用力臂需人工測出並輸入數據採集系統及處理裝置外，測試的啟動力矩、最大力矩及平均力矩均在測試完成後自動顯示結果。
[0035]本發明採用的轉動裝置的結構為:
[0036]轉動裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，拉繩的一端固定在氣浮平臺上，拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。
[0037]—種軸承實際工況下摩擦力矩的測試方法，包括以下步驟:
[0038]1】搭建測試裝置；
[0039]2】將被測的軸承安裝在預緊力測試裝置上；
[0040]3】啟動轉動裝置，氣浮平臺開始轉動，定子隨氣浮平臺一起轉動，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動轉子也開始轉動；
[0041]4】當轉子上的夾具觸頭轉動至與測力系統的測試端接觸時，受到阻擋而不能轉動，此時受到的阻力由測力系統測出並發送給數據採集系統及處理裝置連接，即為摩擦力F；
[0042]5】測量摩擦力的作用力臂:
[0043]用長度測量工具測量測力系統的測試端至氣浮平臺中心的距離D ;長度測量工具一般為遊標卡尺。
[0044]6】將摩擦力的作用力臂輸入至數據採集系統及處理裝置，由摩擦力矩M=F -D計算得出摩擦力矩。
[0045]此裝置及測試方法有效解決了軸承在實際使用工況中的摩擦力矩的測試，從長遠來看此設備將是一種應用前景非常廣泛的設備，它具有操作簡單，精度高，測試結果真實可靠、自動化程度高、安全可靠等一系列優點。
【權利要求】
1.一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統、預緊力施加裝置、時統裝置、測速系統、測試平臺、數據採集系統及處理裝置， 所述測試平臺包括氣浮平臺、與氣浮平臺固連的轉動裝置，所述測速系統和時統裝置均位於氣浮平臺檯面上，所述預緊力施加裝置固定在氣浮平臺檯面上，被測軸承安裝在預緊力施加裝置內， 所述測力系統的測試端作用在預緊力施加裝置上，所述測力系統的測試結果輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
2.根據權利要求1所述的軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特徵在於:所述預緊力施加裝置包括定子、轉子、負載以及設置在轉子上的夾具觸頭，所述定子固定在氣浮平臺臺面，被測軸承套裝在定子上，所述轉子套裝在被測軸承上，所述負載固定在轉子上， 所述測力系統包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，所述壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，所述壓電式傳感器的信號輸出端與數據採集系統及處理裝置連接。
3.根據權利要求2所述的軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特徵在於:所述轉動裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，所述拉繩的一端固定在氣浮平臺上，所述拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。
4.根據權利要求1-3之任一所述的軸承實際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特徵在於:所述測角速系統為速率陀螺。
5.一種軸承實際工況下摩擦力矩的測試方法，其特徵在於，包括以下步驟: I】搭建如權利要求1 -4所述的測試裝置； 2】將被測的軸承安裝在預緊力測試裝置上； 3】啟動轉動裝置，氣浮平臺開始轉動，定子隨氣浮平臺一起轉動，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動轉子也開始轉動； 4】當轉子上的夾具觸頭轉動至與測力系統的測試端接觸時，受到阻擋而不能轉動，此時受到的阻力由測力系統測出並發送給數據採集系統及處理裝置連接，即為摩擦力F ； 5】測量摩擦力的作用力臂: 用長度測量工具測量測力系統的測試端至氣浮平臺中心的距離D ； 6】將摩擦力的作用力臂輸入至數據採集系統及處理裝置，由摩擦力矩M=F *D計算得出摩擦力矩。
6.根據權利要求5所述的軸承實際工況下摩擦力矩的測試方法，其特徵在於，通過更換不同標準質量負載(9)實現不同預緊力條件下的摩擦力矩變化情況測量。
【文檔編號】G01L5/00GK103528741SQ201310517828
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】黃靜, 劉朝暉, 謝友金, 李治國, 王振宇 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所