精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置製造方法

2023-05-01 10:06:46

精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置。它包括氣浮直線導軌支承的加載機構和氣浮軸承支承的扭矩測量機構，加載機構是鋼球與電機軸剛性連接，電機固定在氣浮直線導軌的一端，另一端安裝力傳感器，固定在支架上的微分頭通過螺旋傳動頂壓力傳感器，壓力經氣浮直線導軌傳遞到電機軸上進而傳遞到鋼球與保持架球兜的接觸面上，所述加載機構固定在三維移動平臺上；扭矩測量機構是氣浮軸承轉軸的一端與保持架的半個球兜連接，另一端與扭矩傳感器連接。本發明能準確、有效地測試精密軸承球與保持架兜孔不同接觸部位，不同潤滑狀態，不同材料配副和不同工況條件下的微小摩擦係數。
【專利說明】精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及精密滾動軸承摩擦領域，具體為一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置。

【背景技術】
[0002]滾動軸承是一種支承旋轉軸的組件，廣泛應用在機械行業的各個領域。滾動軸承具有低摩擦的特點，但其內部仍存在著複雜的摩擦現象，其中鋼球與滾道接觸的滑動摩擦以及鋼球與保持架之間的滑動摩擦不僅損耗能量，更重要的是產生大的磨損使軸承喪失精度。
[0003]載人飛船、衛星、飛機、飛彈及航海艦船的慣性儀表都使用陀螺儀來檢測飛行姿態、船隻方位和角速度，在這些運載體的慣性導航系統中，陀螺儀是極其重要的敏感器。陀螺儀中的關鍵部件是支承陀螺電動機轉子的陀螺轉子軸承和支承陀螺框架的陀螺框架軸承，高靈敏、低摩擦力矩的陀螺框架軸承和高精度、長壽命陀螺轉子軸承是影響上述運載體及武器裝備定向及定位系統的重要因素，軸承零件間的滑動摩擦是導致上述精密儀表軸承精度失效的根本原因。因此，滑動摩擦係數是軸承理論分析和試驗研究的重要參數。目前，模擬軸承球與滾道之間點接觸的滑動摩擦已有大量試驗研究，如典型的球-盤試驗機。但對精密儀表軸承球與保持架之間滑動摩擦的試驗研究還未見報導，主要原因是球與保持架的滑動摩擦較小不容易測量，在非精密軸承中通常被忽略，而在靈敏球軸承中，球與保持架的滑動摩擦對軸承總摩擦力矩的影響不容忽視。對此提出一種測試精密軸承球與保持架兜孔摩擦係數的裝置，實現軸承球與保持架兜孔在不同接觸部位，不同潤滑狀態，不同材料配副和不同工況條件下的摩擦係數測試。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了克服精密軸承球與保持架摩擦係數小，不易測量的技術缺陷，提出一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，實現在不同工況條件下軸承球與球兜摩擦係數方便、準確地測試。
[0005]為達到上述目的，本發明的構思是:軸承球與保持架球兜的滑動摩擦，根據所加的力、接觸處的偏心距和測得扭矩便可計算接觸面的摩擦係數。為了使加載和扭矩的測量更加準確，採用可認為零摩擦的氣浮直線導軌和氣浮軸承作為支撐系統。軸承球與電機連接，電機直接固定在氣浮直線導軌的導杆上，方便加載，而且採用微分頭螺旋傳動頂壓力傳感器，可實現定值加載。氣浮直線導軌固定在三維移動平臺上，可實現加載系統三個方向上的移動，從而可使軸承球與保持架球兜在不同部位(球兜內部或邊緣)接觸。扭矩傳感器與氣浮軸承定子固定在同軸心線的座孔支座中。氣浮軸承承受球與保持架接觸產生的徑向力，而扭矩傳感器只承受扭矩，可避免扭矩傳感器承受額外載荷而損壞。球和保持架球兜分別與連接軸粘結，更換上述軸承零件的材料並與新的連接軸粘結，可測試不同材料配副之間的摩擦係數。
[0006]根據上述發明構思，通過如下技術方案達到發明目的:
一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，包括加載機構和扭矩測量機構，其特徵是:所述加載機構和扭矩測量機構分別由氣浮直線導軌和氣浮軸承支承；加載機構是被測鋼球與一個連接軸粘結，該連接軸與一個電機的轉軸連接，該電機固定在氣浮直線導軌的一端，而氣浮直線導軌的另一端安裝一個力傳感器，固定在一個支架上的一個微分頭通過螺旋傳動頂壓力傳感器；微分頭經壓力傳感器的壓力經氣浮直線導軌傳到電機的轉軸上，進而傳遞到鋼球與保持架球3?的接觸面上；所述扭矩測量機構是一個保持架球3?與另一根連接軸粘結，然後與氣浮軸承的轉軸一端連接，該轉軸另一端通過一個聯軸器與一個扭矩傳感器連接，該扭矩傳感器與氣浮軸承的定子固定在一個同軸心線座孔的支座中；所述氣浮直線導軌的移動方向垂直於電機軸線；電機驅動鋼球轉動，鋼球與保持架球兜滑動摩擦產生的扭矩通過氣浮軸承傳遞給扭矩傳感器，根據所加的壓力、接觸處的偏心距和測得扭矩便可計算接觸面的摩擦係數。
[0007]所述支架與氣浮直線導軌一起固定在一個三維移動平臺上，通過三個方向微調可實現鋼球與保持架球兜不同部位的接觸。
[0008]所述鋼球與連接軸粘結，該連接軸端面加工呈錐形孔，以保證球心與軸心線對中，並從錐形孔的一端鑽直孔至軸的另一端，該孔與電機軸配合，軸和孔的加工在一次裝夾下完成。
[0009]所述連接軸與電機轉軸配合的孔周向均勻布置三個緊定螺釘，以調節連接軸與電機轉軸的對中。
[0010]所述球兜與連接軸粘結，連接軸的端面同樣加工錐形孔以保證保持架球兜中心與連接軸軸心線對中，所述連接軸的另一端與氣浮軸承的轉軸緊配合連接以傳遞扭矩。
[0011]所述扭矩傳感器與氣浮軸承固定在同軸心線座孔的支座中，這樣氣浮軸承承受作用在保持架球兜上的徑向力並傳遞扭矩，扭矩傳感器只承受扭矩。由於氣浮支承，扭矩在傳遞過程中的摩擦可忽略不計。
[0012]所述三維移動平臺和支座安裝在基座上面；裝配時，以基座的上表面和長邊為基準，保證所述支座中座孔的軸線與基準邊平行，保證所述氣浮直線導軌與基準邊垂直並與基準面平行，從而保證電機軸與氣浮軸承轉軸平行。
[0013]本發明與現有技術比較，具有如下突出實質性特點和顯著的優點:
本發明由於採用了氣浮直線導軌和氣浮軸承支承，力和扭矩傳遞過程中的摩擦可忽略不計。能準確、有效地測試精密軸承球與保持架兜孔不同接觸部位，不同潤滑狀態，不同材料配副和不同工況條件下的微小摩擦係數。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明中球與連接軸的結構示意圖；
圖3是本發明中保持架球兜與連接軸的結構示意圖；
圖4是本發明中微分頭支架的結構示意圖；
圖5是本發明中扭矩傳感器與氣浮軸承轉軸聯軸器的結構示意圖。
[0015]圖6是本發明中氣浮軸承與扭矩傳感器支座的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0016]本發明的優選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖1，一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，包括加載機構(I )和扭矩測量機構(II )，其特徵是:所述加載機構(I )和扭矩測量機構(II )分別由氣浮直線導軌(12)和氣浮軸承(5)支承；加載機構(I )是被測鋼球(8)與一個連接軸(9)粘結，該連接軸(9)與一個電機(10)的轉軸連接，該電機(10)固定在氣浮直線導軌(12)的一端，而氣浮直線導軌(12)的另一端安裝一個力傳感器(14)，固定在一個支架(15)上的一個微分頭(16)通過螺旋傳動頂壓力傳感器(14);微分頭(16)經壓力傳感器(14)的壓力經氣浮直線導軌(12)傳到電機(10)的轉軸上，進而傳遞到鋼球(8)與保持架球兜(7)的接觸面上；所述扭矩測量機構(II )是一個保持架球兜(7)與另一根連接軸(6)粘結，然後與氣浮軸承(5)的轉軸一端連接，該轉軸另一端通過一個聯軸器(4)與一個扭矩傳感器(3)連接，該扭矩傳感器(3)與氣浮軸承(5)的定子固定在一個同軸心線座孔的支座(2)中；所述氣浮直線導軌(12)的移動方向垂直於電機(10)軸線；電機(10)驅動鋼球⑶轉動,鋼球(8)與保持架球兜(7)滑動摩擦產生的扭矩通過氣浮軸承(5)傳遞給扭矩傳感器(3)，根據所加的壓力、接觸處的偏心距和測得扭矩便可計算接觸面的摩擦係數。
[0017]實施例二:
參見圖1?圖6,本實施例與實施例一基本相同,特別之處如下:
所述支架(15)與氣浮直線導軌(12) —起固定在一個三維移動平臺(17)上；通過三維移動平臺(17)的三個方向微調可實現鋼球(8)與保持架球兜(7)不同部位的接觸。所述鋼球(8)與連接軸(9)粘結，該連接軸(9)端面加工呈錐形孔，以保證球心與軸心線對中，並從錐形孔的一端鑽直孔至軸的另一端，該孔與電機軸配合，軸和孔的加工在一次裝夾下完成。所述連接軸(9)與電機(10)轉軸配合的孔周向均勻布置三個緊定螺釘，以調節連接軸(9)與電機(10)轉軸的對中。所述保持架球兜(7)與連接軸(6)粘結，該連接軸(6)的端面同樣加工呈錐形孔，以保證保持架球兜(7)中心與連接軸(6)軸心線對中，所述連接軸
(6)的另一端與氣浮軸承(5)的轉軸緊配合連接以傳遞扭矩。所述扭矩傳感器(3)與氣浮軸承(5)固定在同軸心線座孔的支座(2)中，這樣氣浮軸承(5)承受作用在保持架球兜(7)上的徑向力並傳遞扭矩，扭矩傳感器(3)只承受扭矩；由於氣浮支承，扭矩在傳遞過程中的摩擦可忽略不計。所述三維移動平臺(17)和支座(2)安裝在一臺基座(I)上面；裝配時，以基座(I)的上表面和長邊為基準，保證所述支座(2)中座孔的軸線與基準邊平行，保證所述氣浮直線導軌(12)與基準邊垂直並與基準面平行，從而保證電機(10)轉軸與氣浮軸承
(5)轉軸平行。
[0018]實施例三:
本實施例是:參見圖1，一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，包括加載和扭矩測量機構。所述加載機構的特徵是:鋼球(8)與連接軸(9)用粘結劑粘結，參見圖2，連接軸端面加工錐形孔以保證球心與軸心線對中，並從錐形孔的一端鑽直孔至軸的另一端，該孔與電機軸配合，軸和孔的加工在一次裝夾下完成，並在工具機上與球粘結。連接軸(9)與步進電機(10)軸配合的孔周向均勻布置三個緊定螺釘，以便調節連接軸與電機軸的對中，電機轉動時鋼球的徑向跳動控制在30μπι以內。電機(10)通過直角板(11)與氣浮直線導軌(12)的一端連接，氣浮直線導軌的另一端安裝壓力傳感器(14)，固定在支架(15)上的微分頭(16)通過螺旋傳動頂壓力傳感器，壓力經氣浮直線導軌傳到電機軸上進而傳遞到鋼球與保持架球兜(7)的接觸面上。所述支架(15)，參見圖4，與氣浮直線導軌(12) —起固定在三維移動平
臺(17)上。調節三維移動平臺可實現鋼球與保持架兜孔不同部位的接觸。
[0019]所述扭矩測量機構的特徵是:球兜(7)與連接軸(6)粘結，參見圖3，連接軸的端面同樣加工錐形孔以保證保持架球兜中心與軸心線對中，所述連接軸￠)與氣浮軸承(5)的轉軸連接，用緊定螺釘頂緊以傳遞扭矩，氣浮軸承轉軸的另一端通過聯軸器(4)與扭矩傳感器連接，所述聯軸器參見圖5。扭矩傳感器與氣浮軸承定子固定在同軸的座孔支座(2)中，所述支座參見圖6，支座上的兩個孔同軸並在水平方向上開有2?3mm的縫隙，便於安裝和固定零件。
[0020]裝配時，以基座(I)的上表面和長邊為基準，保證所述支座(2)中座孔的軸線與基準邊平行，保證所述氣浮直線導軌(12)與基準邊垂直並與基準面平行，從而保證電機(10)軸與氣浮軸承(5)轉軸平行。
[0021]鋼球(8)與球兜(7)接觸產生徑向力並由於滑動摩擦產生扭矩，氣浮軸承承受作用在球兜上的徑向力並將扭矩傳遞給扭矩傳感器。根據壓力傳感器和扭矩傳感器的讀數以及接觸處的偏心距(球兜內表面半徑)，便可計算接觸面的摩擦係數。
【權利要求】
1.一種精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，包括加載機構(I )和扭矩測量機構(II )，其特徵是:所述加載機構(I )和扭矩測量機構(II )分別由氣浮直線導軌(12)和氣浮軸承(5)支承；加載機構(I )是被測鋼球⑶與一個連接軸(9)粘結，該連接軸(9)與一個電機(10)的轉軸連接,該電機(10)固定在氣浮直線導軌(12)的一端,而氣浮直線導軌(12)的另一端安裝一個力傳感器(14)，固定在一個支架(15)上的一個微分頭(16)通過螺旋傳動頂壓力傳感器(14);微分頭(16)經壓力傳感器(14)的壓力經氣浮直線導軌(12)傳到電機(10)的轉軸上，進而傳遞到鋼球(8)與保持架球兜(7)的接觸面上；所述扭矩測量機構(II )是一個保持架球兜(7)與另一根連接軸(6)粘結，然後與氣浮軸承(5)的轉軸一端連接，該轉軸另一端通過一個聯軸器(4)與一個扭矩傳感器(3)連接，該扭矩傳感器(3)與氣浮軸承(5)的定子固定在一個同軸心線座孔的支座(2)中；所述氣浮直線導軌(12)的移動方向垂直於電機(10)軸線；電機(10)驅動鋼球⑶轉動,鋼球⑶與保持架球兜(7)滑動摩擦產生的扭矩通過氣浮軸承(5)傳遞給扭矩傳感器(3)，根據所加的壓力、接觸處的偏心距和測得扭矩便可計算接觸面的摩擦係數。
2.如權利要求1所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述支架(15)與氣浮直線導軌(12) —起固定在一個三維移動平臺(17)上；通過三維移動平臺(17)的三個方向微調可實現鋼球(8)與保持架球兜(7)不同部位的接觸。
3.如權利要求1所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述鋼球(8)與連接軸(9)粘結，該連接軸(9)端面加工呈錐形孔，以保證球心與軸心線對中，並從錐形孔的一端鑽直孔至軸的另一端，該孔與電機軸配合，軸和孔的加工在一次裝夾下完成。
4.如權利要求3所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述連接軸(9)與電機(10)轉軸配合的孔周向均勻布置三個緊定螺釘，以調節連接軸(9)與電機(10)轉軸的對中。
5.如權利要求1所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述保持架球兜(7)與連接軸(6)粘結，該連接軸￠)的端面同樣加工呈錐形孔，以保證保持架球兜(7)中心與連接軸(6)軸心線對中，所述連接軸￠)的另一端與氣浮軸承(5)的轉軸緊配合連接以傳遞扭矩。
6.如權利要求1所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述扭矩傳感器(3)與氣浮軸承(5)固定在同軸心線座孔的支座(2)中，這樣氣浮軸承(5)承受作用在保持架球兜(7)上的徑向力並傳遞扭矩，扭矩傳感器(3)只承受扭矩；由於氣浮支承，扭矩在傳遞過程中的摩擦可忽略不計。
7.如權利要求1?6所述精密軸承球與保持架兜孔的摩擦係數測試裝置，其特徵是:所述三維移動平臺(17)和支座⑵安裝在一臺基座(I)上面；裝配時，以基座(I)的上表面和長邊為基準，保證所述支座(2)中座孔的軸線與基準邊平行，保證所述氣浮直線導軌(12)與基準邊垂直並與基準面平行，從而保證電機(10)轉軸與氣浮軸承(5)轉軸平行。
【文檔編號】G01N19/02GK104132886SQ201410197816
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】張濤, 陳曉陽, 姜紹娜, 顧家銘 申請人:上海大學, 上海天安軸承有限公司