CN1117978C - 微型轴承摩擦系数测试方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种微型轴承摩擦系数测试方法与装置，采用剖分轴瓦结构的轴承试件，在试件的剖分轴瓦外圈圆周上缠绕加力柔性拉索，利用拉索制动原理，将拉索拉力转换为轴瓦与轴颈之间的径向压力，由轴颈转动后柔索两端拉力的差值反映轴颈与轴瓦间的摩擦力大小，并利用悬臂测试弹簧应变片的电压信号变化，精确测量微型轴承摩擦力。本发明提供了一种简单易行的微型轴承摩擦性能测试的有效手段，也可用于普通滑动轴承摩擦性能的测试。
Description
技术领域：
本发明涉及一种微型轴承摩擦系数测试方法与装置，尤其涉及一种利用柔索制动剖分轴瓦测试微型轴承摩擦系数的方法与装置，属于微机械或摩擦学技术领域。
背景技术：
随着纳米科学和技术的迅速发展，特别是微型机械、微型电机的高速发展，迫切需要解决微型摩擦副、特别是微型转子轴承的摩擦磨损问题，从而使微摩擦学的研究成为科学家关注的热点。
对于微型轴承，不仅回转副的摩擦阻力小，而且转轴直径小。转轴的力臂作用不仅没有放大力矩值，反而缩小了力矩输出，因而使摩擦阻力矩更小，而摩擦阻力矩的测试尤为困难。
与本发明相关的现有技术中，〔苏〕JI.K.沃尔科夫等著《精密仪表轴承》(尹士杰译，国防工业出版社，1987年，P303～305)中介绍的测定仪表轴承摩擦力矩的装置，其轴承径向力采用单向加载的方式，对微型轴承的轴颈产生很大的弯矩作用，不能用于直径过小的轴承测试。此外，由于测试力臂的作用，不能反映较小的摩擦力矩。张有颐编著的《转矩测量技术》(计量出版社，1986年，P204～205)介绍的绳索制动器，提供了一种将绳索拉力转化为径向压力的方法，但是该方法测试的是轴颈与柔索之间的正压力与摩擦力。陈永校、汤宗武编的高等学校教材《小功率电动机》(机械工业出版社，1992年9月，P42)介绍了利用柔索两端拉力差测量柔索与转轴之间摩擦转矩的方法，但不能直接用于轴瓦与轴颈之间的摩擦测试。A.pauschitz A.Vujanic and F.Franek，Tribological investigations onsub-miniature tribosystems，Proceedings of AISATRIB’98(P288～294)通过应变传感器精确测试柔性拉索拉力的变化，精确反映微小转矩，但是也不能直接用来精确测试轴瓦与轴颈之间的摩擦系数。
发明内容：
本发明的目的在于设计一种能够精确测试微型轴承微摩擦系数的装置，提供简单易行的有效测试方法，既可精确测出微小摩擦，又不会对微细轴颈造成较大弯曲影响，以实现微型轴承微摩擦系数的测试。
为实现这样的目的，本发明在设计的微摩擦测试装置中，采用了剖分轴瓦结构的轴承试件，在轴承试件的剖分轴瓦外圈圆周上缠绕一根加力柔性拉索，使上下两个剖分轴瓦抱绕在测试轴颈上，拉索的一端悬挂微砝码，另一端悬挂在贴有应变片的悬臂测试弹簧片的端部。
如此，可利用拉索制动原理，将柔性拉索的拉力通过两个刚性剖分轴瓦转换为轴瓦与轴颈之间的径向压力。当轴颈与轴瓦发生相对转动时，轴颈与轴瓦表面的摩擦力通过两个剖分轴瓦施加于加力拉索，导致拉索两端拉力发生变化，通过测试转动前后拉索力的变化量，可反应摩擦力的大小。将加力拉索一端直接悬挂测试微砝码，另一端悬挂在一个悬臂测试弹簧片的端部。利用贴在弹簧片上的应变片的电压信号变化，可以以高的灵敏度反应出微摩擦力的微小变化。
本发明提供了一种简单易行的测试微型轴承摩擦性能的有效方法，为微型运动副的摩擦学设计提供一种实用的评价手段。
本发明不仅实现了对直径为微米级、载荷在毫牛顿量级的微型轴承微摩擦系数的测试，也可以用于普通滑动轴承摩擦性能的测试。
附图说明及具体实施方式：
图1为本发明微摩擦测试装置的结构示意图。
如图所示，采用剖分轴瓦结构的轴承试件4与夹持轴颈的卡头6、调速电机7同轴相连，在轴承试件4的剖分轴瓦外圈圆周上缠绕一根加力柔性拉索3，柔性拉索3的一端悬挂微砝码5，另一端悬挂在贴有应变片1的悬臂测试弹簧片2的端部。
图2为图1中轴承试件4的B向结构示意图。
图中可见，轴承试件的旋转轴颈10外有上剖分轴瓦8和下剖分轴瓦9，在这对剖分轴瓦的外圈圆周上缠绕一根加力柔性拉索3，使上下两个剖分轴瓦抱绕在旋转轴颈10上。
本发明采用剖分轴瓦结构，利用拉索制动原理，在微型轴承轴瓦与轴颈之间施加径向压力，由于作用在轴颈上的正压力的合力抵消，避免了微小轴颈的弯曲。本发明通过柔索两端拉力的和(上端拉力值F2与下端砝码拉力值F1之和)反映正压力的大小，利用柔索两端拉力的差(上端拉力值F2与下端砝码拉力值F1之差)反映摩擦力的大小，通过测量转动前后柔索拉力的和值与差值，就可以分析计算出微小轴承的滑动摩擦系数。
本发明利用了悬臂测试弹簧应变变化反映柔索微小拉力的变化，使得微小转子轴承摩擦性能得以精确测量，重复测试误差小于百分之五。
Claims (2)
1、一种微型轴承摩擦系数测试方法，其特征在于利用拉索制动原理，将柔性拉索(3)的拉力通过轴承试件(4)的两个刚性剖分轴瓦(8、9)转换为轴瓦与轴颈(10)之间的径向压力，使轴颈(10)与轴瓦发生相对转动并使拉索(3)两端拉力发生变化，柔索两端拉力的和反映正压力的大小，拉力的差反映摩擦力的大小，通过测量转动前后柔索拉力的和值与差值，分析计算出微型轴承的滑动摩擦系数。
2、一种微型轴承摩擦系数测试装置，其特征在于采用剖分轴瓦结构的轴承试件(4)与夹持轴颈的卡头(6)、调速电机(7)同轴相连，在轴承试件(4)的外圈圆周上缠绕加力柔性拉索(3)，使上剖分轴瓦(8)和下剖分轴瓦(9)抱绕在旋转轴颈(10)上，柔性拉索(3)的一端悬挂微砝码(5)，另一端悬挂在贴有应变片(1)的悬臂测试弹簧片(2)的端部。
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