CN103528741B - 一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法，包括测力系统、预紧力施加装置、时统装置、测速系统、测试平台、数据采集系统及处理装置，测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的转动装置，测速系统和时统装置均位于气浮平台台面上，预紧力施加装置固定在气浮平台台面上，被测轴承安装在预紧力施加装置内，测力系统的测试端作用在预紧力施加装置上，测力系统的测试结果输出端与数据采集系统及处理装置连接。解决了现有的轴承摩擦力矩测试仪器不能充分模拟轴承在实际工况中的摩擦力矩的技术问题，本发明利用气浮平台微摩擦力矩的特性对轴承实际使用工况（不同预紧力）下的摩擦力矩进行测试。

Description

一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种测试轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法。
背景技术
通常轴承的摩擦力矩包括粘性力矩、滞后力矩和变动力矩三项。粘性力矩由材料弹性和润滑剂的粘性引起；滞后力矩由材料弹性滞后引起；变动力矩则受多种因素(如负荷、速度、工艺误差、润滑以及使用条件等)的影响。由于摩擦力矩受多种因素影响，要通过理论推导的方法得到摩擦力矩的计算公式几乎是不可能的，只有通过试验，测量不同条件下的轴承摩擦力矩，建立摩擦力矩的经验公式，为精密跟踪控制提供有效的误差补偿模型，从而提高系统的跟踪特性。
目前，轴承的启动摩擦力矩还无法精确计算。动态摩擦力矩大都沿用Palmgrem的经验公式，它由负荷项和速度项组成，通常用负荷项来评定轴承的低速运转时的摩擦力矩。
80年代起,国内有关科研机构相继研制了测试微型轴承和中小型轴承摩擦力矩的仪器。但是也仅仅局限于单个轴承实体的测试而不能够充分模拟轴承在实际工况中的摩擦力矩。
发明内容
为了解决现有的轴承摩擦力矩测试仪器不能充分模拟轴承在实际工况中的摩擦力矩的技术问题，本发明提供一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法。利用气浮平台微摩擦力矩的特性对轴承实际使用工况(不同预紧力)下的摩擦力矩进行测试。
本发明的技术解决方案：
一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置，包括测力系统、预紧力施加装置、时统装置、测速系统、测试平台、数据采集系统及处理装置，
所述测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的转动装置，所述测速系统和时统装置均位于气浮平台台面上，所述预紧力施加装置固定在气浮平台台面上，被测轴承安装在预紧力施加装置内，
所述测力系统的测试端作用在预紧力施加装置上，所述测力系统的测试结果输出端与数据采集系统及处理装置连接。
上述预紧力施加装置包括定子、转子、负载以及设置在转子上的夹具触头，所述定子固定在气浮平台台面，被测轴承套装在定子上，所述转子套装在被测轴承上，所述负载固定在转子上，
所述测力系统包括立柱、固定在立柱上的压电式传感器，所述压电式传感器的测试端能够与夹具触头接触，所述压电式传感器的信号输出端与数据采集系统及处理装置连接。
上述转动装置包括定滑轮、砝码和拉绳，所述拉绳的一端固定在气浮平台上，所述拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。
上述测角速系统为速率陀螺。
一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】搭建如上所述的测试装置；
2】将被测的轴承安装在预紧力测试装置上；
3】启动转动装置，气浮平台开始转动，定子随气浮平台一起转动，安装在定子上的被测轴承因摩擦力作用带动转子也开始转动；
4】当转子上的夹具触头转动至与测力系统的测试端接触时，受到阻挡而不能转动，此时受到的阻力由测力系统测出并发送给数据采集系统及处理装置连接，即为摩擦力F；
5】测量摩擦力的作用力臂：
用长度测量工具测量测力系统的测试端至气浮平台中心的距离D；
6】将摩擦力的作用力臂输入至数据采集系统及处理装置，由摩擦力矩M＝F·D计算得出摩擦力矩。
通过更换不同标准质量负载9实现不同预紧力条件下的摩擦力矩变化情况测量。
本发明所具有的优点：
1、本发明通过气浮平台和预紧力装置共同模拟轴承的真实使用工况，来测量摩擦力矩。
2、本发明的测试装置能够充分模拟轴承在真实使用工况下的摩擦力矩，具有操作简单，精度高，测试结果真实可靠、自动化程度高、安全可靠等一系列优点。
附图说明
图1为本发明轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置的结构示意图；
图2为本发明轴承摩擦力矩测试原理图；
图3为本发明预紧力施加装置的结构示意图；
其中附图标记为：1-数据采集系统及处理装置，2-压电式传感器，3-速率陀螺，4-气浮平台，5-拉绳，6-砝码，7-定子，8-转子，9-负载，10-夹具触头，11-立柱，12-定滑轮，13-时统装置，14-被测轴承。
具体实施方式
如图1所示，一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置，包括测力系统、预紧力施加装置、时统装置、测速系统、测试平台、数据采集系统及处理装置，
测试平台包括气浮平台4、与气浮平台4固连的转动装置，测速系统和时统装置13均位于气浮平台4台面上，预紧力施加装置固定在气浮平台台面上，被测轴承安装在预紧力施加装置内，测力系统的测试端作用在预紧力施加装置上，测力系统的测试结果输出端与数据采集系统及处理装置连接。
测力系统包括立柱、固定在立柱上的压电式传感器，压电式传感器的测试端能够与夹具触头接触，压电式传感器的信号输出端与数据采集系统及处理装置连接。
测试原理如图2所示。将轴承及预紧力装置放置在如图2所示装置上，在转子8处左右各安装一压电式传感器，并施加一定的预紧力，压电式传感器另一端与立柱固接，转动与气浮平台相固连的定子7，被测轴承套装在定子上，此时被测轴承的摩擦力会带动转子8一起转动，通过测量压电式传感器的测试端能够与夹具触头接触点处压力F变化状况以及接触点至回转中心距离D，另外再通过采集系统采集时间和速度最终可得摩擦力矩(M＝F·D)大小及随时间及转速变化状况。更换负载9所示的标准质量体即可得到不同预紧力条件下的摩擦力矩变化情况。
本发明中的轴承预紧力装置也可以为安装在一个转动设备中的带预紧力的轴承。如图3所示，此时测试摩擦力矩时，气浮平台由转动装置带动其转动，由于设备的定子是与气浮平台固连于一体的因此设备定子将与之一起转动，同时转子受到摩擦力的作用与定子同向旋转。当转子上的夹具触头转到摩擦力矩传感器处时因受到阻挡而不能转动，此时受到的阻力由压电式传感器测出。传感器的受力点至旋转中心的距离是摩擦力的作用力臂，摩擦力与力臂的乘积即为被测轴承的摩擦力矩。摩擦力的数据采集和处理由计算机完成，时统装置13和速率陀螺完成时间和速度的采集，除作用力臂需人工测出并输入数据采集系统及处理装置外，测试的启动力矩、最大力矩及平均力矩均在测试完成后自动显示结果。
本发明采用的转动装置的结构为：
转动装置包括定滑轮、砝码和拉绳，拉绳的一端固定在气浮平台上，拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。
一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试方法，包括以下步骤：
1】搭建测试装置；
2】将被测的轴承安装在预紧力测试装置上；
3】启动转动装置，气浮平台开始转动，定子随气浮平台一起转动，安装在定子上的被测轴承因摩擦力作用带动转子也开始转动；
4】当转子上的夹具触头转动至与测力系统的测试端接触时，受到阻挡而不能转动，此时受到的阻力由测力系统测出并发送给数据采集系统及处理装置连接，即为摩擦力F；
5】测量摩擦力的作用力臂：
用长度测量工具测量测力系统的测试端至气浮平台中心的距离D；长度测量工具一般为游标卡尺。
6】将摩擦力的作用力臂输入至数据采集系统及处理装置，由摩擦力矩M＝F·D计算得出摩擦力矩。
此装置及测试方法有效解决了轴承在实际使用工况中的摩擦力矩的测试，从长远来看此设备将是一种应用前景非常广泛的设备，它具有操作简单，精度高，测试结果真实可靠、自动化程度高、安全可靠等一系列优点。

Claims (5)

1.一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置，包括测力系统、预紧力施加装置、时统装置、测速系统、测试平台、数据采集系统及处理装置，
所述测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的转动装置，所述测速系统和时统装置均位于气浮平台台面上，所述预紧力施加装置固定在气浮平台台面上，被测轴承安装在预紧力施加装置内，
所述测力系统的测试端作用在预紧力施加装置上，所述测力系统的测试结果输出端与数据采集系统及处理装置连接；
所述预紧力施加装置包括定子、转子、负载以及设置在转子上的夹具触头，所述定子固定在气浮平台台面，被测轴承套装在定子上，所述转子套装在被测轴承上，所述负载固定在转子上，
所述测力系统包括立柱、固定在立柱上的压电式传感器，所述压电式传感器的测试端能够与夹具触头接触，所述压电式传感器的信号输出端与数据采集系统及处理装置连接。
2.根据权利要求1所述的轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置，其特征在于：所述转动装置包括定滑轮、砝码和拉绳，所述拉绳的一端固定在气浮平台上，所述拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。
3.根据权利要求1-2之任一所述的轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置，其特征在于：所述测速系统为速率陀螺。
4.一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】搭建如权利要求1-3所述的测试装置；
2】将被测的轴承安装在预紧力测试装置上；
3】启动转动装置，气浮平台开始转动，定子随气浮平台一起转动，安装在定子上的被测轴承因摩擦力作用带动转子也开始转动；
4】当转子上的夹具触头转动至与测力系统的测试端接触时，受到阻挡而不能转动，此时受到的阻力由测力系统测出并发送给数据采集系统及处理装置连接，即为摩擦力F；
5】测量摩擦力的作用力臂：
用长度测量工具测量测力系统的测试端至气浮平台中心的距离D；
6】将摩擦力的作用力臂输入至数据采集系统及处理装置，由摩擦力矩M＝F·D计算得出摩擦力矩。
5.根据权利要求4所述的轴承实际工况下摩擦力矩的测试方法，其特征在于，通过更换不同标准质量负载(9)实现不同预紧力条件下的摩擦力矩变化情况测量。
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