CN109781320A - 一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪及测试方法，其特征在于，包括测试头、控制器和显示器；测试头以基座(2)为主体，在其底部安装有3只调整脚(1)可用于基座(2)的水平调节，基座(2)上部放置有水平仪(3)用于确定基座的水平状态；基座(2)内分别固定有外定子铁芯(4)、内定子(5)和光电传感器(13)；基座(2)的中心立柱顶部还安装有测试轴座(11)并通过螺钉固紧，测试轴座(11)上部安装有锥形测试轴(10)；配重(7)和感应转子杯(6)安装在轴承座(8)上构成转子测试头。本发明通过对无内圈满球轴承进行测试，确定一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪可以有效对无内圈灵敏轴承摩擦力矩进行测试并分组，辨别轴承性能，测试重复性优。

Description

一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪及测试方法

技术领域

本发明属于轴承技术领域，涉及一种可用于测量无内圈球轴承摩擦力矩的装置。

背景技术

速率陀螺仪为了实现高精度需要浮子支撑轴承的摩擦力矩够小，需要采用无内圈球轴承，从而减少安装误差、定位误差、配合误差所引起的附加摩擦力矩。无内圈轴承由于缺少内圈，其摩擦力矩无法采用常规有内圈轴承的测试仪进行加载测试。因此，自行研制了无内圈轴承摩擦力矩测试仪，并应用于生产中测量无内圈满球轴承，判断轴承沟道、滚珠表面光洁度和清洁度，以及启动和动态摩擦力矩值。

发明内容

本发明的目的是：提出一种测试无内圈轴承摩擦力矩的测试装置，用于测量无内圈球轴承的启动和动态状态下的摩擦力矩，判断轴承沟道、滚珠表面光洁度和清洁度。有利于对无内圈轴承开展筛选，提高总装产品的质量。

本发明的内容是：

一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪，包括测试头、控制器和显示器；其中测试头包括3个调整脚1、基座2、水平仪3、外定子铁芯4；测试头以基座2为主体，在其底部安装有3只调整脚1可用于基座2的水平调节，基座2上部放置有水平仪3用于确定基座的水平状态；基座2内分别固定有外定子铁芯4、内定子5和光电传感器13，内定子5上的绕组线圈和光电传感器13的引出线通过基座中心立柱内孔引出，并连接控制器和显示器；基座2的中心立柱顶部还安装有测试轴座11并通过螺钉固紧，测试轴座11上部安装有锥形测试轴10；配重7和感应转子杯6安装在轴承座8上构成转子测试头；测试时，轴承9安装在锥形测试轴10上，转子测试头套装在轴承9上旋转。

控制器产生并控制力矩电流给测试头内定子5上的电机绕组，使感应转子杯6产生电磁转矩；利用光电传感器13检测感应转子杯6的转速，当电磁转矩和被测轴承摩擦力矩相平衡时，感应转子杯6稳定在设定转速，此时测定力矩电流确定轴承摩擦力矩的大小。

显示器由电子屏和采用通用数字示波器采集控制器输出的模拟电压两部分构成。

配重7和感应转子杯6安装在轴承座8上构成转子测试头，转子测试头呈桶状，其重心位于旋转中心轴线上，测试头转子的中心和重心均处于轴承9下方，可以保证转子测试头运转平稳。

锥形测试轴10采用高强度不锈钢9Cr18制造，锥度角范围在65°～75°之间，轴承9测试时，轴承9的滚珠与锥形测试轴10的锥度面接触，使轴承9径向分力达到转子测试头加载力的90％至96.6％。

感应转子杯6采用铝棒1035制造，感应转子杯6为空心杯，薄壁1mm，具有重量轻转动惯量小特点，用于电磁感应产生转矩；感应转子杯6下方设计有60个均布的矩形齿，矩形齿之间的开槽角度为1.8°，开槽用于光电传感器13测量感应转子杯6的转速。

一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪的测试方法，采用如权利要求1所述的无内圈轴承摩擦力矩测试仪进行动态摩擦力矩测试，具体过程如下：设定轴承转矩量程和轴承转速后，启动控制器，测试头电磁力矩驱动感应转子杯6转动；光电传感器13测得感应转子杯6转速并与设定转速经转速稳定调节器进行比较后，由稳定力矩输出器输出给信号驱动调制器；信号驱动调制器使两路400Hz电流发生器分别产生相移90°的正弦电流，正弦电流经滤波、功率放大后输出至内定子5上的两相电机绕组，使其产生电磁场驱动感应转子杯6转动；内定子5上的电机绕组输出的电流经力矩采样和力矩运算后，分别以电子屏数显和模拟电压输出两种形式输出力矩结果；光电传感器13对感应转子杯6进行转速取样，然后进行放大整形，再进行F/V变换，得到比较电压，用于与设定转速进行比较构成反馈，当测定转速和设定转速一致时达到稳定状态。

一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪的测试方法，采用如权利要求1所述的无内圈轴承摩擦力矩测试仪进行启动摩擦力矩测试，具体过程如下：

设定轴承9启动角度，启动控制器，通过启动力矩发生器输出启动转矩信号给信号驱动调制器，使两路400Hz电流发生器分别产生相移90°的正弦电流，正弦电流经滤波、功率放大后，输出至内定子5上的两相电机绕组，电机绕组输出的电流经力矩采样和力矩运算后，分别以电子屏数显和模拟电压输出两种形式输出力矩结果；光电传感器13对感应转子杯6进行转速取样然后进行放大整形，得到感应转子杯6是否启动的脉冲信号，并反馈给启动力矩发生器，并在电子屏显示转动瞬时的力矩值，即启动摩擦力矩；轴承9在启动摩擦力矩在作用下转过设定启动角度后，此时控制器将产生一个制动电磁力矩。

由控制器设定轴承启动角度，启动角度的范围为6°～60°，当感应转子杯6在电磁力矩作用下启动时，光电传感器13将产生一个启动脉冲，使电子屏的力矩显示为定值；轴承9在这个固定力矩在作用下转过启动角度，光电传感器13将再次产生一个读数脉冲，此时控制器将产生一个制动电磁力矩，使转子测试头停止运转。

发明优点是：

本发明通过对无内圈满球轴承进行测试，确定一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪可以有效对无内圈灵敏轴承摩擦力矩进行测试并分组，辨别轴承性能，测试重复性优。

附图说明

图1是本发明测试头结构示意图；

图2是本发明锥形测试轴示意图；

图3是本发明感应转子杯示意图；

图4是锥形测试轴与轴承安装示意图；

图5是性能优良的轴承动态摩擦力矩测试结果展示；

图6是性能较差的轴承动态摩擦力矩测试结果展示图。

具体实施方式

测试时先将无内圈轴承9放置在锥形测试轴8上，然后将转子测试头安装放置在轴承9上，如图4所示。调整3个调整脚1并通过观察水平仪3保证基座水平安放。然后盖上透明外罩12。并将控制器和测试头通过电缆连接，控制控制器开展启动摩擦力矩和动态摩擦力矩测试。

动态摩擦力矩测试：完成安装后，由控制器选择转矩量程，设定轴承转速。对无内圈轴承采取低速连续运转测试方法，由通用数字示波器采集控制器上的模拟电压输出，可根据示波器显示曲线的平稳程度，可以直观判断轴承沟道、滚珠表面光洁度和清洁度，以及动态摩擦力矩值，该方法具有直观、重复性高的特点。一实施实例如下：设定转速10r/min，正、反向测试各120s(轴承运转约20转)，为排除安装误差对前20s采用示波器屏幕自动溢出，记录后100s测试情况，过程中观察并记录示波器上转矩的最大值和RMS值。对不同轴承测试情况如图5和图6所示。

通过对无内圈球轴承进行测试，确定一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪可以有效对无内圈灵敏轴承摩擦力矩进行测试并分组，辨别轴承性能，测试重复性优。测试方法具有较好的工艺性，轴承摩擦力矩性能可以通过摩擦力矩最大值和摩擦力矩RMS均方根值表征。

启动摩擦力矩：完成安装后，由控制器设定轴承启动角度，启动角可以设定为6°～60°之间，当感应转子杯6在电磁力矩作用下启动时，光电传感器13将产生一个启动脉冲，使电子屏的力矩显示为定值；轴承9在这个固定力矩在作用下转过启动角度，光电传感器13将再次产生一个读数脉冲，此时控制器将产生一个和“制动”电磁力矩使转子测试头停止运转。当启动角选择越小这测量更为精细。

Claims (9)

1.一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪，其特征在于，包括测试头、控制器和显示器；其中测试头包括3个调整脚(1)、基座(2)、水平仪(3)、外定子铁芯(4)；测试头以基座(2)为主体，在其底部安装有3只调整脚(1)可用于基座(2)的水平调节，基座(2)上部放置有水平仪(3)用于确定基座的水平状态；基座(2)内分别固定有外定子铁芯(4)、内定子(5)和光电传感器(13)，内定子(5)上的绕组线圈和光电传感器(13)的引出线通过基座中心立柱内孔引出，并连接控制器和显示器；基座(2)的中心立柱顶部还安装有测试轴座(11)并通过螺钉固紧，测试轴座(11)上部安装有锥形测试轴(10)；配重(7)和感应转子杯(6)安装在轴承座(8)上构成转子测试头；测试时，轴承(9)安装在锥形测试轴(10)上，转子测试头套装在轴承(9)上旋转。

2.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，控制器产生并控制力矩电流给测试头内定子(5)上的电机绕组，使感应转子杯(6)产生电磁转矩；利用光电传感器(13)检测感应转子杯(6)的转速，当电磁转矩和被测轴承摩擦力矩相平衡时，感应转子杯(6)稳定在设定转速，此时测定力矩电流确定轴承摩擦力矩的大小。

3.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，显示器由电子屏和采用通用数字示波器采集控制器输出的模拟电压两部分构成。

4.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，配重(7)和感应转子杯(6)安装在轴承座(8)上构成转子测试头，转子测试头呈桶状，其重心位于旋转中心轴线上，测试头转子的中心和重心均处于轴承(9)下方，可以保证转子测试头运转平稳。

5.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，锥形测试轴(10)采用高强度不锈钢9Cr18制造，锥度角范围在65°～75°之间，轴承(9)测试时，轴承(9)的滚珠与锥形测试轴(10)的锥度面接触，使轴承(9)径向分力达到转子测试头加载力的90％至96.6％。

6.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，感应转子杯(6)采用铝棒1035制造，感应转子杯(6)为空心杯，薄壁1mm，具有重量轻转动惯量小特点，用于电磁感应产生转矩；感应转子杯(6)下方设计有60个均布的矩形齿，矩形齿之间的开槽角度为1.8°，开槽用于光电传感器(13)测量感应转子杯(6)的转速。

7.一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的无内圈轴承摩擦力矩测试仪进行动态摩擦力矩测试，具体过程如下：设定轴承转矩量程和轴承转速后，启动控制器，测试头电磁力矩驱动感应转子杯(6)转动；光电传感器(13)测得感应转子杯(6)转速并与设定转速经转速稳定调节器进行比较后，由稳定力矩输出器输出给信号驱动调制器；信号驱动调制器使两路400Hz电流发生器分别产生相移90°的正弦电流，正弦电流经滤波、功率放大后输出至内定子(5)上的两相电机绕组，使其产生电磁场驱动感应转子杯(6)转动；内定子(5)上的电机绕组输出的电流经力矩采样和力矩运算后，分别以电子屏数显和模拟电压输出两种形式输出力矩结果；光电传感器(13)对感应转子杯(6)进行转速取样，然后进行放大整形，再进行F/V变换，得到比较电压，用于与设定转速进行比较构成反馈，当测定转速和设定转速一致时达到稳定状态。

8.一种无内圈轴承摩擦力矩测试仪的测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的无内圈轴承摩擦力矩测试仪进行启动摩擦力矩测试，具体过程如下：设定轴承(9)启动角度，启动控制器，通过启动力矩发生器输出启动转矩信号给信号驱动调制器，使两路400Hz电流发生器分别产生相移90°的正弦电流，正弦电流经滤波、功率放大后，输出至内定子(5)上的两相电机绕组，电机绕组输出的电流经力矩采样和力矩运算后，分别以电子屏数显和模拟电压输出两种形式输出力矩结果；光电传感器(13)对感应转子杯(6)进行转速取样然后进行放大整形，得到感应转子杯(6)是否启动的脉冲信号，并反馈给启动力矩发生器，并在电子屏显示转动瞬时的力矩值，即启动摩擦力矩；轴承(9)在启动摩擦力矩在作用下转过设定启动角度后，此时控制器将产生一个制动电磁力矩。

9.如权利要求8所述的的测试方法，其特征在于，由控制器设定轴承启动角度，启动角度的范围为6°～60°，当感应转子杯(6)在电磁力矩作用下启动时，光电传感器(13)将产生一个启动脉冲，使电子屏的力矩显示为定值；轴承(9)在这个固定力矩在作用下转过启动角度，光电传感器(13)将再次产生一个读数脉冲，此时控制器将产生一个制动电磁力矩，使转子测试头停止运转。