CN107782554A - 一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，属机械测量技术领域；本发明包括加载支架、加载机构等部件，试验轴承安装于主轴动力装置的主轴上，轴承内圈跟随主轴旋转，轴承外圈安装固定在测力盘上，测力盘底部和加载机构的加载推块上分别安装有磁铁块，在两块磁铁之间通过磁铁排斥力传递加载力实现无机械接触加载，测力盘侧面与加载支架之间安装有拉力传感器，当主轴驱动试验轴承的内圈旋转时，由于试验轴承存在摩擦力矩，带动试验轴承外圈和测力盘旋转，拉力传感器产生平衡力矩与试验轴承摩擦力矩平衡，通过测量拉力传感器的拉力计算试验轴承摩擦力矩；本发明利用磁铁斥力进行无机械接触加载，具有摩擦力矩测量精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，属机械测量技术领域。
背景技术
滚动轴承是广泛使用的一种旋转支撑机械元件，它将转动轴与轴承座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦达到减少摩擦损失的作用，滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，保持架能使滚动体均匀分布，由于外圈、内圈、保持架、钢球、密封圈之间互相接触，因此存在着摩擦阻力，摩擦阻力以摩擦力矩的方式作用于转动轴上并对传动系统的动态性能有重要影响。滚动轴承的摩擦力矩可以用来评价滚动轴承运转灵活性和分析滚动轴承摩擦与润滑状态的重要指标，摩擦力矩的准确测量有利于正确评价轴承的摩擦性能，为分析轴承摩擦阻力的影响因素、改进轴承结构设计和制造工艺提供依据。
常见的滚动轴承摩擦力矩测量方法是平衡力法，平衡力法是在转动轴上作用与所受的转矩大小相等、方向相反的平衡力矩来测量力矩，对于滚动轴承的摩擦力矩测量，当驱动被测轴承内圈旋转，由于被测轴承摩擦力矩的存在，带动轴承外圈旋转，作用于力臂杆上的平衡力阻碍被测轴承外圈的旋转，使平衡力与被测轴承摩擦力矩保持动态平衡。目前在滚动轴承摩擦力矩测量中常用的加载方法有杠杆砝码加载、弹簧加载、液压加载，存在的最大问题是加载机构与轴承外圈支座有接触，由于滚动轴承摩擦阻力相对于加载载荷来说很小很小，比加载载荷小3个数量级，因此加载机构与轴承外圈支座之间的接触摩擦会对滚动轴承摩擦力矩的测量精度有重大影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，试验轴承安装于主轴动力装置的主轴上，轴承内圈跟随主轴旋转，轴承外圈安装固定在测力盘的内圆面中，测力盘底部的圆弧槽中安装有上磁铁块，加载机构的加载推块顶部圆弧槽中安装有下磁铁块，两个磁铁块之间相互接近的面为同极性的面，构成永磁斥力型磁悬浮力传递面，使得加载机构只向上通过磁斥力对测力盘施加载荷作用力，而加载机构与测力盘没有机械接触，因此它们之间没有摩擦力，测力盘侧面与加载支架之间安装有拉力传感器，用于测量滚动轴承的摩擦力矩。当主轴动力装置的主轴驱动试验轴承的内圈旋转时，由于试验轴承存在摩擦力矩，有带动试验轴承外圈旋转和进一步带动测力盘旋转的趋势，安装在测力盘侧面的拉力传感器受拉力产生平衡拉力阻止测力盘和试验轴承外圈旋转，使得平衡拉力产生的平衡力矩与试验轴承摩擦力矩保持动态平衡，通过动态测量拉力传感器的拉力就能计算出试验轴承摩擦力矩。本发明的特点是利用磁斥力进行加载，实现无机械接触加载，从而提高滚动轴承摩擦力矩的测量精度，本发明结构紧凑、机构简单、容易推广应用。
本发明采用的技术方案是：一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，包括加载支架1、加载机构2、压力传感器3、加载推块4、下磁铁块5、上磁铁块6、测力盘端盖7、试验轴承8、测力盘9、轴承压紧螺母10、主轴11、主轴箱12、伺服电机13、拉力传感器14、螺钉15、螺栓16、测量台底板17、螺栓18；
所述加载支架1包括支架底面19、支架凸台20、支架圆孔21、支架螺纹孔33、支架内侧面34、支架竖槽35、支架顶盘36、支架螺纹孔37；所述加载推块4包括推块圆弧槽38、推块凸台39、推块侧面40、推块螺纹孔41、推块底面42；所述下磁铁块5包括下磁铁凹圆弧面43、下磁铁凸圆弧面44，其中：下磁铁凹圆弧面43是N极磁性，下磁铁凸圆弧面44是S极磁性；所述上磁铁块6包括上磁铁凹圆弧面45、上磁铁凸圆弧面46，其中：上磁铁凸圆弧面46是N极磁性，上磁铁凹圆弧面45是S极磁性；所述测力盘端盖7包括端盖螺纹面47、端盖端面48；所述试验轴承8包括轴承外圈圆柱面49、轴承内圈圆柱面50、轴承内圈端面51、轴承外圈端面52；所述测力盘9包括测力盘内圆面53、测力盘内圆端面54、测力盘内螺纹孔55、测力盘圆弧槽56、测力盘螺纹孔57；所述轴承压紧螺母10包括压紧螺母端面58、压紧螺母螺纹孔59；所述测量台底板17包括底板顶面28、底板螺纹孔29、底板圆孔30、底板底面31、底板凹槽32；
由所述主轴11、主轴箱12、伺服电机13组成的主轴动力装置通过主轴箱12的箱体底面23与测量台底板17的底板顶面28贴合，主轴箱12的箱体凸台24与测量台底板17的底板凹槽32间隙配合限定位置与方向，把4颗螺栓16穿过主轴箱12的箱体圆孔22与测量台底板17的底板螺纹孔29螺纹连接固定，把主轴动力装置安装固定在测量台底板17上；把所述加载机构2的底面与加载支架1的支架顶盘36贴合，用4颗螺栓18穿过加载机构2的连接孔与加载支架1的支架螺纹孔37螺纹连接固定，把加载机构2安装固定在加载支架1上；用2颗螺钉15穿过压力传感器3的连接孔与加载推块4的推块螺纹孔41螺纹连接固定，把所述压力传感器3安装固定在加载推块4的推块底面42上；把所述下磁铁块5的下磁铁凸圆弧面44与加载推块4的推块圆弧槽38贴合，通过磁铁的吸力连接固定；把安装有压力传感器3和下磁铁块5的加载推块4通过推块凸台39装入加载支架1的支架竖槽35中，推块凸台39与支架竖槽35间隙配合，加载推块4可在加载支架1的支架竖槽35中滑动，压力传感器3的传感器测力面与加载机构2的顶端接触贴合，加载机构2施加的加载力作用于压力传感器3后再传到加载推块4上，最后通过下磁铁块5的下磁铁凹圆弧面43传递出去；把所述加载支架1的支架底面19与测量台底板17的底板顶面28贴合，加载支架1的支架凸台20与测量台底板17的底板凹槽32间隙配合限定位置与方向，把2颗螺栓16穿过加载支架1的支架圆孔21与测量台底板17的底板螺纹孔29螺纹连接固定，把加载支架1安装固定在测量台底板17上；
把所述测力盘9的测力盘内圆面53套入试验轴承8的轴承外圈圆柱面49上，测力盘内圆面53与轴承外圈圆柱面49间隙配合，把测力盘9的测力盘内圆端面54与试验轴承8的轴承外圈端面52贴合，测力盘端盖7的端盖螺纹面47与测力盘9的测力盘内螺纹孔55螺纹连接固定，当拧紧测力盘端盖7时测力盘端盖7的端盖端面48与试验轴承8的轴承外圈端面52贴合压紧，进而使另一端的轴承外圈端面52与测力盘9的测力盘内圆端面54贴合压紧固定；把所述试验轴承8的轴承内圈圆柱面50套入主轴11的主轴圆柱面26上，轴承内圈圆柱面50与主轴圆柱面26间隙配合，把试验轴承8的轴承内圈端面51与主轴11的主轴侧端面27贴合，轴承压紧螺母10的压紧螺母螺纹孔59与主轴11的主轴螺纹面25螺纹连接固定，当拧紧轴承压紧螺母10时轴承压紧螺母10的压紧螺母端面58与试验轴承8的轴承内圈端面51贴合压紧，进而使另一端轴承内圈端面51与主轴侧端面27贴合压紧固定；把所述拉力传感器14的一端用1颗螺钉15通过测力盘9的测力盘螺纹孔57螺纹连接固定在测力盘9上，拉力传感器14的另一端用1颗螺钉15通过加载支架1的支架螺纹孔33螺纹连接固定在加载支架1上，当测力盘9有转动时拉力传感器14测量其拉力；把所述上磁铁块6的上磁铁凹圆弧面45与测力盘9的测力盘圆弧槽56贴合，通过磁铁的吸力把上磁铁块6安装固定在测力盘9上。
所述的加载机构2为加载弹簧或加载油缸。
本发明的工作原理是：试验轴承8的内圈安装固定在主轴11上，试验轴承8的外圈安装固定在测力盘9的测力盘内圆面53中，测力盘9底部的测力盘圆弧槽56中安装有上磁铁块6，加载机构的加载推块4的推块圆弧槽38中安装有下磁铁块5，两个磁铁块之间相互接近的面，即上磁铁凸圆弧面46和下磁铁凹圆弧面43同为N极性的面，构成永磁斥力型磁悬浮排斥面，加载机构2施加的加载力作用于压力传感器3后再传到加载推块4上，通过下磁铁块5的下磁铁凹圆弧面43借助于磁铁排斥力传递到上磁铁凸圆弧面46上，之后加载力进一步传到测力盘9上并通过测力盘内圆面53作用到试验轴承8的轴承外圈圆柱面49上，在两块磁铁之间通过磁铁排斥力传递加载力实现无机械接触加载，减小加载机构与试验轴承8机械接触引起的滚动轴承摩擦力矩测量误差。测力盘9与加载支架1之间安装有拉力传感器14，用于测量滚动轴承的摩擦力。当主轴动力装置的主轴11驱动试验轴承8的内圈旋转时，由于试验轴承8存在摩擦力矩，有带动试验轴承外圈旋转和进一步带动测力盘9旋转的趋势，安装在测力盘9侧面的拉力传感器14受拉产生平衡拉力阻止测力盘9和试验轴承8的外圈旋转，使得拉力传感器14受到的拉力产生的平衡力矩与试验轴承8的摩擦力矩保持动态平衡，通过动态测量拉力传感器14的拉力就能计算出试验轴承8的摩擦力矩。
本发明的有益效果是：本发明的特点是利用磁斥力进行加载，实现无机械接触加载，从而提高滚动轴承摩擦力矩的测量精度，本发明结构紧凑、机构简单、容易推广应用。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为图1中I处的放大图；
图3为本发明结构示意图；
图4为本发明外观示意图；
图5为本发明的试验轴承安装示意图；
图6为本发明的加载装置结构示意图；
图7为本发明的主轴动力装置结构示意图；
图8为本发明的测量台底板示意图；
图9为本发明的加载支架示意图；
图10为本发明的加载推块示意图；
图11为本发明的下磁铁块示意图；
图12为本发明的上磁铁块示意图；
图13为本发明的测力盘端盖示意图；
图14为本发明的试验轴承示意图；
图15为本发明的测力盘示意图；
图16为本发明的轴承压紧螺母示意图。
图中各标号为：1-加载支架，2-加载机构，3-压力传感器，4-加载推块，5-下磁铁块，6-上磁铁块，7-测力盘端盖，8-试验轴承，9-测力盘，10-轴承压紧螺母，11-主轴，12-主轴箱，13-伺服电机，14-拉力传感器，15-螺钉，16-螺栓，17-测量台底板，18-螺栓，19-支架底面，20-支架凸台，21-支架圆孔，22-箱体圆孔，23-箱体底面，24-箱体凸台，25-主轴螺纹面，26-主轴圆柱面，27-主轴侧端面，28-底板顶面，29-底板螺纹孔，30-底板圆孔，31-底板底面，32-底板凹槽，33-支架螺纹孔，34-支架内侧面，35-支架竖槽，36-支架顶盘，37-支架螺纹孔，38-推块圆弧槽，39-推块凸台，40-推块侧面，41-推块螺纹孔，42-推块底面，43-下磁铁凹圆弧面，44-下磁铁凸圆弧面，45-上磁铁凹圆弧面，46-上磁铁凸圆弧面，47-端盖螺纹面，48-端盖端面，49-轴承外圈圆柱面，50-轴承内圈圆柱面，51-轴承内圈端面，52-轴承外圈端面，53-测力盘内圆面，54-测力盘内圆端面，55-测力盘内螺纹孔，56-测力盘圆弧槽，57-测力盘螺纹孔，58-压紧螺母端面，59-压紧螺母螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-16所示，一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，包括加载支架1、加载机构2、压力传感器3、加载推块4、下磁铁块5、上磁铁块6、测力盘端盖7、试验轴承8、测力盘9、轴承压紧螺母10、主轴11、主轴箱12、伺服电机13、拉力传感器14、螺钉15、螺栓16、测量台底板17、螺栓18；
所述加载支架1包括支架底面19、支架凸台20、支架圆孔21、支架螺纹孔33、支架内侧面34、支架竖槽35、支架顶盘36、支架螺纹孔37；所述加载推块4包括推块圆弧槽38、推块凸台39、推块侧面40、推块螺纹孔41、推块底面42；所述下磁铁块5包括下磁铁凹圆弧面43、下磁铁凸圆弧面44，其中：下磁铁凹圆弧面43是N极磁性，下磁铁凸圆弧面44是S极磁性；所述上磁铁块6包括上磁铁凹圆弧面45、上磁铁凸圆弧面46，其中：上磁铁凸圆弧面46是N极磁性，上磁铁凹圆弧面45是S极磁性；所述测力盘端盖7包括端盖螺纹面47、端盖端面48；所述试验轴承8包括轴承外圈圆柱面49、轴承内圈圆柱面50、轴承内圈端面51、轴承外圈端面52；所述测力盘9包括测力盘内圆面53、测力盘内圆端面54、测力盘内螺纹孔55、测力盘圆弧槽56、测力盘螺纹孔57；所述轴承压紧螺母10包括压紧螺母端面58、压紧螺母螺纹孔59；所述测量台底板17包括底板顶面28、底板螺纹孔29、底板圆孔30、底板底面31、底板凹槽32；
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把所述测力盘9的测力盘内圆面53套入试验轴承8的轴承外圈圆柱面49上，测力盘内圆面53与轴承外圈圆柱面49间隙配合，把测力盘9的测力盘内圆端面54与试验轴承8的轴承外圈端面52贴合，测力盘端盖7的端盖螺纹面47与测力盘9的测力盘内螺纹孔55螺纹连接固定，当拧紧测力盘端盖7时测力盘端盖7的端盖端面48与试验轴承8的轴承外圈端面52贴合压紧，进而使另一端的轴承外圈端面52与测力盘9的测力盘内圆端面54贴合压紧固定；把所述试验轴承8的轴承内圈圆柱面50套入主轴11的主轴圆柱面26上，轴承内圈圆柱面50与主轴圆柱面26间隙配合，把试验轴承8的轴承内圈端面51与主轴11的主轴侧端面27贴合，轴承压紧螺母10的压紧螺母螺纹孔59与主轴11的主轴螺纹面25螺纹连接固定，当拧紧轴承压紧螺母10时轴承压紧螺母10的压紧螺母端面58与试验轴承8的轴承内圈端面51贴合压紧，进而使另一端轴承内圈端面51与主轴侧端面27贴合压紧固定；把所述拉力传感器14的一端用1颗螺钉15通过测力盘9的测力盘螺纹孔57螺纹连接固定在测力盘9上，拉力传感器14的另一端用1颗螺钉15通过加载支架1的支架螺纹孔33螺纹连接固定在加载支架1上，当测力盘9有转动时拉力传感器14测量其拉力；把所述上磁铁块6的上磁铁凹圆弧面45与测力盘9的测力盘圆弧槽56贴合，通过磁铁的吸力把上磁铁块6安装固定在测力盘9上。
进一步地，所述的加载机构2为加载弹簧或加载油缸。当用加载油缸时，压力传感器3的传感器测力面与加载油缸的活塞顶端接触贴合；当用加载弹簧时，压力传感器3的传感器测力面直接与弹簧的顶端接触贴合，弹簧加载机构尺寸大小可根据实际要求确定。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，其特征在于：包括加载支架（1）、加载机构（2）、压力传感器（3）、加载推块（4）、下磁铁块（5）、上磁铁块（6）、测力盘端盖（7）、试验轴承（8）、测力盘（9）、轴承压紧螺母（10）、主轴（11）、主轴箱（12）、伺服电机（13）、拉力传感器（14）、螺钉（15）、螺栓（16）、测量台底板（17）、螺栓（18）；
所述加载支架（1）包括支架底面（19）、支架凸台（20）、支架圆孔（21）、支架螺纹孔（33）、支架内侧面（34）、支架竖槽（35）、支架顶盘（36）、支架螺纹孔（37）；所述加载推块（4）包括推块圆弧槽（38）、推块凸台（39）、推块侧面（40）、推块螺纹孔（41）、推块底面（42）；所述下磁铁块（5）包括下磁铁凹圆弧面（43）、下磁铁凸圆弧面（44），其中：下磁铁凹圆弧面（43）是N极磁性，下磁铁凸圆弧面（44）是S极磁性；所述上磁铁块（6）包括上磁铁凹圆弧面（45）、上磁铁凸圆弧面（46），其中：上磁铁凸圆弧面（46）是N极磁性，上磁铁凹圆弧面（45）是S极磁性；所述测力盘端盖（7）包括端盖螺纹面（47）、端盖端面（48）；所述试验轴承（8）包括轴承外圈圆柱面（49）、轴承内圈圆柱面（50）、轴承内圈端面（51）、轴承外圈端面（52）；所述测力盘（9）包括测力盘内圆面（53）、测力盘内圆端面（54）、测力盘内螺纹孔（55）、测力盘圆弧槽（56）、测力盘螺纹孔（57）；所述轴承压紧螺母（10）包括压紧螺母端面（58）、压紧螺母螺纹孔（59）；所述测量台底板（17）包括底板顶面（28）、底板螺纹孔（29）、底板圆孔（30）、底板底面（31）、底板凹槽（32）；
所述由主轴（11）、主轴箱（12）、伺服电机（13）组成的主轴动力装置通过主轴箱（12）的箱体底面（23）与测量台底板（17）的底板顶面（28）贴合，主轴箱（12）的箱体凸台（24）与测量台底板（17）的底板凹槽（32）间隙配合限定位置与方向，把4颗螺栓（16）穿过主轴箱（12）的箱体圆孔（22）与测量台底板（17）的底板螺纹孔（29）螺纹连接固定，把主轴动力装置安装固定在测量台底板（17）上；把所述加载机构（2）的底面与加载支架（1）的支架顶盘（36）贴合，用4颗螺栓（18）穿过加载机构（2）的连接孔与加载支架（1）的支架螺纹孔（37）螺纹连接固定，把加载机构（2）安装固定在加载支架（1）上；用2颗螺钉（15）穿过压力传感器（3）的连接孔与加载推块（4）的推块螺纹孔（41）螺纹连接固定，把所述压力传感器（3）安装固定在加载推块（4）的推块底面（42）上；把所述下磁铁块（5）的下磁铁凸圆弧面（44）与加载推块（4）的推块圆弧槽（38）贴合，通过磁铁的吸力连接固定；把安装有压力传感器（3）和下磁铁块（5）的加载推块（4）通过推块凸台（39）装入加载支架（1）的支架竖槽（35）中，推块凸台（39）与支架竖槽（35）间隙配合，加载推块（4）可在加载支架（1）的支架竖槽（35）中滑动，压力传感器（3）的传感器测力面与加载机构（2）的顶端接触贴合，加载机构（2）施加的加载力作用于压力传感器（3）后再传到加载推块（4）上，最后通过下磁铁块（5）的下磁铁凹圆弧面（43）传递出去；把所述加载支架（1）的支架底面（19）与测量台底板（17）的底板顶面（28）贴合，加载支架（1）的支架凸台（20）与测量台底板（17）的底板凹槽（32）间隙配合限定位置与方向，把2颗螺栓（16）穿过加载支架（1）的支架圆孔（21）与测量台底板（17）的底板螺纹孔（29）螺纹连接固定，把加载支架（1）安装固定在测量台底板（17）上；
所述测力盘（9）的测力盘内圆面（53）套入试验轴承（8）的轴承外圈圆柱面（49）上，测力盘内圆面（53）与轴承外圈圆柱面（49）间隙配合，把测力盘（9）的测力盘内圆端面（54）与试验轴承（8）的轴承外圈端面（52）贴合，测力盘端盖（7）的端盖螺纹面（47）与测力盘（9）的测力盘内螺纹孔（55）螺纹连接固定，当拧紧测力盘端盖（7）时测力盘端盖（7）的端盖端面（48）与试验轴承（8）的轴承外圈端面（52）贴合压紧，进而使另一端的轴承外圈端面（52）与测力盘（9）的测力盘内圆端面（54）贴合压紧固定；把所述试验轴承（8）的轴承内圈圆柱面（50）套入主轴（11）的主轴圆柱面（26）上，轴承内圈圆柱面（50）与主轴圆柱面（26）间隙配合，把试验轴承（8）的轴承内圈端面（51）与主轴（11）的主轴侧端面（27）贴合，轴承压紧螺母（10）的压紧螺母螺纹孔（59）与主轴（11）的主轴螺纹面（25）螺纹连接固定，当拧紧轴承压紧螺母（10）时轴承压紧螺母（10）的压紧螺母端面（58）与试验轴承（8）的轴承内圈端面（51）贴合压紧，进而使另一端轴承内圈端面（51）与主轴侧端面（27）贴合压紧固定；把所述拉力传感器（14）的一端用1颗螺钉（15）通过测力盘（9）的测力盘螺纹孔（57）螺纹连接固定在测力盘（9）上，拉力传感器（14）的另一端用1颗螺钉（15）通过加载支架（1）的支架螺纹孔（33）螺纹连接固定在加载支架（1）上，当测力盘（9）有转动时拉力传感器（14）测量其拉力；把所述上磁铁块（6）的上磁铁凹圆弧面（45）与测力盘（9）的测力盘圆弧槽（56）贴合，通过磁铁的吸力把上磁铁块（6）安装固定在测力盘（9）上。
2.根据权利要求1所述的一种无机械接触加载的滚动轴承摩擦力矩测量台，其特征在于：所述的加载机构（2）为加载弹簧或加载油缸。
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