CN101907540A - 陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术领域，涉及一种用于测量陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法。其测试方法是，首先将被测电机固定在基座上，再将加载装置连接在被测电机的转子上；通过测量轴承在实际载荷下的变形与加载装置施加的标准载荷下的变形之差，测试电机的轴承轴向预紧力；通过加载装置分别向轴系施加3倍予载的拉力或压力，解除一端轴承的予紧，测量承受负荷的轴承的变形，比较两轴承单独承载下的变形，测量电机轴承的不等刚度。本发明采用测量电机轴系两端的刚度，确定电机轴系的不等刚度，通过对电机轴承的调整，保证了轴系两端的等刚度，并保证了轴系的稳定性，提高了陀螺的精度和可靠性。

Description

陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种用于测量陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法。

背景技术

陀螺电机轴承预载的准确度对陀螺精度、可靠性和寿命影响很大，测量预载就是要控制预载在合适的范围内。陀螺转子旋转轴线的稳定性对支承系统有等刚度的要求，所以在结构设计和轴承配对时都按等刚度要求进行，测量的目的就是要确保实际装配后轴系两端等刚度。

常用的予载测试方法就是摩擦力矩法和惯性时间法，前者是通过测轴承的摩擦力矩来估算予载的大小，后者则是通过测量电机的停转时的惯性运行时间根据经验判断予载是否合适。这两种方法都无法准确测量轴承的实际予载且不能测试轴系两端的不等刚度，因此对高精度陀螺不适用。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够准确测量轴承的实际予载并且能测试轴系两端的不等刚度，适用于高精度陀螺的陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法。本发明的技术解决方案是，

(一)将被测电机固定在基座上，再将加载装置连接在被测电机的转子上；

(二)转动电机轴上的缩紧螺母，解除轴承的预紧力；

(三)预紧力的测量，通过加载装置给电机轴系施加拉力，轴承II受力，轴承I不受力；给轴承加最小轴向预载P_min，然后将测微仪调零；加最大轴向负载P_max，记录测微仪读数ΔK；测微仪调零，加负载为3P_max，记录测微仪读数K₁；卸去外加负荷，拧紧轴上的螺母；将光学测微仪调零，给轴承支承系统施加3P_max的外加载荷，记录测微仪的读数K₂；则轴承的两变形量之差为：

δ＝K₂-K₁

则实际预载

$P=P_{\max }-\mathrm{\δ\κ}$

$=P_{\max }-(K_2-K_1)\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}};$

(四)不等刚度的测量

锁紧电机轴上的螺母，通过加载装置给电机轴系施加3P_max压力，轴承II卸载，外负载3P_max全部加在轴承I上，记录测微仪的读数K₃，则轴承支承系统的不等刚度为λ

λ＝K₃-K₂。

所述陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法的加载装置包括加载支架和杠杆和法码盘，杠杆和法码盘连为一体，加载支架的底座用螺钉固定在电机转子上，加载支架的上端的中心位置设有加载点，杠杆的顶端压或拉加载支架给电机轴系施加压力或拉力。

本发明具有的优点和有益效果，

本发明提高了陀螺电机的装配效率和成活率，摩擦力矩法和惯性时间法都需在电机跑合后才能测试，而本发明在电机装配完成后就可准确测试，因此，可以及时调整，提高电机装配精度和成活率，节约了大量的时间和人力物力。本发明采用测量电机轴系两端的刚度，确定电机轴系的不等刚度，通过对电机轴承的调整，保证了轴系两端的等刚度，并保证了轴系的稳定性，提高了陀螺的精度和可靠性。

附图说明

图1是本发明测试原理示意图；

图2是本发明加载装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法的加载装置包括加载支架14、杠杆15、左砝码盘16和右砝码盘13，杠杆15与左砝码盘16和右砝码盘13连为一体，加载支架14的底座用螺钉固定在电机转子9上，加载支架14的上端的中心位置设有加载点。杠杆15端部的小球的顶端压或拉加载支架14给电机轴系施加压力或拉力。施加压力时，转动右调整螺母13使右砝码盘通过杠杆右端的小球压在加载支架14的加载点上，压力就施加在轴系上；施加拉力时，杠杆15伸到加载支架的下方，右端的小球顶在的加载点的下方，转动左调整螺母17使左砝码盘压杠杆左端，杠杆右端就产生拉力拉加载支架，使轴系受拉。

本发明的测试原理见图1，如图1所示，予载荷及不等刚度测试仪主要由三部分组成：加载装置1、光学测微仪8和测试基座6。加载装置1连接在被测电机的转子9上，可以加拉力或压力，加载装置中有对准机构来保证所加载荷与轴承支承系统中的电机轴同轴；测试时电机壳体5固定在基座6上。

加载装置1通过转子9把载荷传给轴系，光学测微仪8通过测试支承在轴端的小球7的位移即可得到所加负载下轴承的变形量。在确定给轴承加载的重力时，必需加进加载时本身重量也作用于测微仪测量杆的所有零件，并考虑测微仪测量力。

预载的测量

测量时，首先，预紧力的测量，转动电机轴上的缩紧螺母2，解除预紧力。当施加拉力时，轴承II4受力，轴承I3不受力。给轴承加最小轴向预载P_min，然后将测微仪8调零；加最大轴向负载P_max，记录测微仪读数ΔK。测微仪8调零，加负载为3P_max，记录测微仪8读数K₁。卸去外加负荷，拧紧轴上的螺母2；将光学测微仪8调零，给轴承支承系统施加3P_max的外加载荷，记录测微仪8的读数K₂。则轴承II4的两变形量之差为：

δ＝K₂-K₁                            (1)

松开锁紧螺母2即不加预紧力时，轴承II4先在轴向负载P_max下的变形为δ₀，又施加3P_max轴向负载，这时下轴承II4增加的变形量为K₁；锁紧螺母2时，轴承II4处于预紧状态，其上加有预载力P(P_min≤P≤P_max)，产生的变形为δ₀′；当给轴承支承系统施加3P_max拉力(大于卸载负荷的外加载荷2.85P)，所以轴承I3卸载，外负载3P_max全部加在轴承II4上，使轴承增加的变形量为K₂。

δ＝δ₀-δ₀′＝K₂-K₁                  (2)

δ即为轴承II4在P_max下和实际预载P之差的变形量。

角接触轴承的变形与负载的关系不是线性的，但当负载的变化比较小时，可近似为线性关系，则此段直线的斜率κ为

$k=\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}}---\left(3\right)$

则实际预载

$P=P_{\max }-\mathrm{\δ\κ}$

$=P_{\max }-(K_2-K_1)\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}}---\left(4\right)$

再进行不等刚度的测量

锁紧轴上的螺母2，轴承支承系统施加3P_max压力，则轴承II4卸载，外负载3P_max全部加在轴承I3上，记录测微仪8的读数K₃，则轴承支承系统的不等刚度为λ

λ＝K₃-K₂                          (5)

加载装置的结构见图2，主要由加载支架14、杠杆15、左法码盘16和右法码盘13组成。杠杆15与左法码盘16和右法码盘13连为一体，加载支架14的底座用螺钉固定在电机转子9上，加载支架14的上端的中心位置设有加载点，杠杆15的顶端压或拉加载支架14给电机轴系施加压力或拉力。

实施例

仪架的测量范围和误差由光学测微仪确定。本仪架的测量范围：±0.012mm；刻度值：0.01μm。

(三)将被测电机固定在基座6上，再将加载支架14用螺钉固定在被测电机的转子9上；

(四)转动电机轴上的缩紧螺母2，解除轴承I3和轴承II4的预紧力；

(三)预紧力的测量，通过加载装置1给电机轴系施加拉力，轴承II4受力，轴承I3不受力；给轴承II4加最小轴向预载0.5kg，然后将测微仪调零8；加最大轴向负载1.0kg，记录测微仪8读数1.3μm(ΔK)；测微仪8调零，加负载为3.0kg，记录测微仪8读数3.9μm(K₁)；卸去外加负荷，拧紧轴上的螺母；将光学测微仪8调零，给轴承支承系统施加3.0kg的外加载荷，记录测微仪8的读数4.1μm(K₂)；则轴承II4的两变形量之差为：

δ＝K₂-K₁＝4.1-3.9＝0.2μm

$k=\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}}$

则实际予载

$P=P_{\max }-\mathrm{\δ\κ}$

$=P_{\max }-(K_2-K_1)\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}}$

$=1.0-(4.1-3.9)\frac{1.0-0.5}{1.3}$

$=0.92\mathrm{kg}$

(四)不等刚度的测量

锁紧电机轴上的螺母2，通过加载装置1给电机轴系施加3.0k压力，轴承II4卸载，外负载3.0k全部加在轴承I3上，记录测微仪的读数4.2μm(K₃)，则轴承支承系统的不等刚度为λ

λ＝K₃-K₂＝4.2-4.1＝0.1μm

Claims (2)

1.陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法，其测试方法是，

(一)将被测电机固定在基座(6)上，再将加载装置(1)连接在被测电机的转子(9)上；

(二)转动电机轴上的缩紧螺母(2)，解除轴承的预紧力；

(三)预紧力的测量，通过加载装置(1)给电机轴系施加拉力，轴承II(4)受力，轴承I(3)不受力；给轴承II(4)加最小轴向预载P_min，然后将测微仪调零；加最大轴向负载P_max，记录测微仪读数ΔK；测微仪(8)调零，加负载为3P_max，记录测微仪(8)读数K₁；卸去外加负荷，拧紧轴上的螺母(2)；将光学测微仪(8)调零，给轴承支承系统施加3P_max的外加载荷，记录测微仪(8)的读数K₂；则轴承的两变形量之差为：

δ＝K₂-K₁

则实际预载

$P=P_{\max }-\mathrm{\δ\κ}$

$=P_{\max }-(K_2-K_1)\frac{P_{\max }-P_{\min }}{\mathrm{\Δk}};$

(四)不等刚度的测量

锁紧电机轴上的螺母2，通过加载装置1给电机轴系施加3P_max压力，轴承II(4)卸载，外负载3P_max全部加在轴承I(3)上，记录测微仪的读数K₃，则轴承支承系统的不等刚度为λ

λ＝K₃-K₂。

2.一种用于权利要求1所述陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法的加载装置，其特征是，加载装置(1)包括加载支架(14)、杠杆(15)和法码盘(13和16)，杠杆(15)和法码盘(13和16)连为一体，加载支架(14)的底座用螺钉固定在电机转子上，加载支架的上端的中心位置设有加载点，杠杆(15)的顶端压或拉加载支架(14)给电机轴系施加压力或拉力。

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