CN112798813A - 对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法。对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法包括以下步骤：步骤一，在待测试的从动件上作至少一条线状标记，线状标记在从动件的公转平面内的投影为直线；步骤二，使用摄像机对转动中的对滚摩擦副成像，在从动件公转不满一周的过程中待测试从动件的至少两帧图像；步骤三，按照各帧图像的时间序列选取前后任意两帧图像，获取后帧自转标线相对于前帧自转标线沿从动件自转方向转过的夹角α；步骤四，根据公式ω_自=夹角α在整圆中的比例／ΔT得到从动件的自转转速ω_自，即单位时间内的自转转数，ΔT为两帧图像的成像时间间隔。上述方法能够解决现有技术中滚动摩擦副的公转从动件转速测试困难的问题。

Description

对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法

技术领域

本发明涉及对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法。

背景技术

滚动摩擦广泛存在于轴承、车轮、导电旋转关节等产品的运行中，所对应的对滚摩擦副包括主动件和从动件。在实际产品和工程应用中，从动件的旋转中心往往发生周期性运动（存在公转）。比如，轴承的内圈由旋转主轴驱动，作为主动件，滚动体由内圈驱动，作为从动件，滚动体在自转的同时围绕旋转主轴公转。再如，滚动式导电旋转关节的弹性滚环自转的同时围绕旋转主轴发生公转。滚动体的自转和公转是滚动摩擦中的重要参数，影响摩擦系数、磨损率、磨损机制等滚动摩擦磨损性能。

在实验室滚动摩擦测试中，有几种方法可以获得自转和公转转速：1、对滚摩擦副的主动件和从动件均由外加动力带动主动旋转，旋转中心位置固定不变，摩擦副只有自转而无公转。2、对滚摩擦副的其中一个由外加动力带动主动旋转，转速可控；另一个是从动旋转，转速依赖于摩擦学试验条件，需要额外测试；对于无公转的从动件，可在从动轴上安装转速传感器等方法测定从动转速；而对于发生公转的从动件，其公转和自转的转速测试困难较大。

目前尚无可靠的方法检测此类从动件的公转、自转速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法，解决现有技术中滚动摩擦副的从动件转速测试困难的问题。

本发明中采用如下技术方案：

对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，在待测试的从动件上作至少一条线状标记，所述线状标记在从动件的公转平面内的投影为直线；

步骤二，使用摄像机对转动中的对滚摩擦副成像，在从动件公转不满一周的过程中待测试从动件的至少两帧图像，获得的各帧图像中的线状标记呈直线；

时序靠前的一帧图像中的线状标记所对应的直线为前帧自转标线，时序靠后的一帧图像中的线状标记所对应的直线为后帧自转标线；

步骤三，按照各帧图像的时间序列选取前后任意两帧图像，获取后帧自转标线相对于前帧自转标线沿从动件自转方向转过的夹角α；

根据前后两帧图像的间隔帧数和摄像机的帧率得到两帧图像的成像时间间隔ΔT，所述帧率为单位时间的成像帧数；

步骤四，根据以下公式得到从动件的自转转速ω_自，即单位时间内的自转转数：

ω_自=夹角α在整圆中的比例／ΔT。

有益效果：采用上述技术方案，通过在从动件上作线状标记并利用摄像机成像，可以通过线状标记利用几何关系获得自转的夹角α，同时，根据前后两帧图像的间隔帧数和摄像机的帧率得到两帧图像的成像时间间隔ΔT，即可根据公式计算出从动件的自转速度，无需安装复杂的测试机构，不干扰从动件运动，无需检测另外的主动件的运动状态，简单方便，从而解决现有技术中滚动摩擦副的从动件转速测试困难的问题，有利于推动滚动摩擦学测试技术的发展和基础研究的深入。

作为一种优选的技术方案：所述摄像机在单位时间的成像帧数为帧率，所述帧率ｆ满足以下公式：

ｆ＞R_主／R_从*ω_主；式中：

R_主为对滚摩擦副中的主动件与从动件的摩擦接触半径；

R_从为对滚摩擦副中的从动件与主动件的摩擦接触半径，R_主与R_从之和等于主动件与从动件的中心距；

ω主为对滚摩擦副中主动件的转速，即单位时间内的自转转数。

有益效果：采用上述技术方案能够更好地保证采样时从动件并未完成公转一周，从而避免转速值出现偏差。

作为一种优选的技术方案：步骤三中，所述夹角α是在靠后的一帧图像与靠前的一帧图像叠加后获得，叠加后两帧图像中的主动件同心。

有益效果：采用上述技术方案便于对夹角α进行测量。

作为一种优选的技术方案：获取所述夹角α时，在前帧自转标线靠近从动件公转方向的一端作辅助直线，所述辅助直线平行于后帧自转标线，所述夹角α由前帧自转标线和辅助直线形成。

有益效果：采用上述技术方案能够更直观地体现从动件的自转角度，测量更加方便，有利于保证检测结果的准确性。

作为一种优选的技术方案：摄像机对所述对滚摩擦副的成像中，所述线状标记在从动件上形成一条弦。

有益效果：采用上述技术方案便于标记，容易实现。

作为一种优选的技术方案：转速测试方法还包括以下步骤：

步骤五、以前帧图像上从动件的圆心与主动件的圆心之间的连线为前帧公转标线，以后帧图像上从动件的圆心与主动件的圆心之间的连线为后帧公转标线，获取后帧公转标线相对于前帧公转标线沿从动件公转方向转过的夹角β；

步骤六、根据以下公式得到从动件的公转转速ω_公，即单位时间内的公转转数：

ω_公=夹角β在整圆中的比例／ΔT。

有益效果：采用上述技术方案能够同时实现从动件公转速度的检测。

作为一种优选的技术方案：摄像机对所述对滚摩擦副的成像中，所述线状标记在从动件上形成一条弦；

步骤五中，作前帧自转标线的中垂线，形成前帧中垂线，以前帧中垂线的中点作为从动件的圆心；作后帧自转标线的中垂线，形成后帧中垂线，以后帧中垂线的中点作为从动件的圆心。

有益效果：采用上述技术方案能够利用线状标记较为容易地获取从动件的圆心，方法简单。

附图说明

图1是本发明对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例1中高速相机的图像示意图；图中（a）是从动体的前序图像示意图；（b）是与前序相片间隔时间为ΔT时的后序图像示意图；（c）是两帧图像叠加后获得的从动体运动轨迹示意图；

图2是从动体的自转速度计算方法示意图；

图3是从动体的公转速度计算方法示意图；

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、主动件；12、从动件；21、前帧自转标线；22、后帧自转标线；23、辅助直线；31、前帧中垂线；32、后帧中垂线；33、前帧公转标线；34、后帧公转标线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例1：

如图1所示，对滚摩擦副由轴承的内圈和滚动体形成，轴承的内圈由旋转主轴驱动，作为主动件11，滚动体的运动由内圈驱动，作为从动件12，滚动体在自转的同时围绕主动件11公转。图中仅示出了一个从动件12，但是，本领域技术人员应当理解，对滚摩擦副的从动件12会设置多个，沿周向排列。

该对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法包括从动件自转速度测试方法，从动件自转速度测试方法如下：

以圆柱滚子轴承为例，在从动件12的滚动体端面上设置一条直实线，形成线状标记，所述线状标记在从动件12的公转平面内的投影为直线，并在从动件12的端面上形成一条弦。

测量从动件12的转速时，使高速相机对准对滚摩擦副；从动件12平稳运行后，使用高速相机对从动件12成像，在从动件12公转不满一周的过程中待测试从动件12的至少两帧图像，获得的各帧图像中的线状标记呈直线。时序靠前的一帧图像中的线状标记所对应的直线为前帧自转标线21，时序靠后的一帧图像中的线状标记所对应的直线为后帧自转标线22。

为了更好地保证采样时从动件12并未完成公转一周，从而避免转速值出现偏差，所述摄像机在单位时间的成像帧数（即帧率ｆ）满足以下公式：

ｆ＞R_主／R_从*ω_主；式中：

R_主为对滚摩擦副中的主动件11与从动件12的摩擦接触半径；

R_从为对滚摩擦副中的从动件12与主动件11的摩擦接触半径，R_主与R_从之和等于主动件11与从动件12的中心距；

ω_主为对滚摩擦副中主动件11的转速，即单位时间内的自转转数。

按照各帧图像的时间序列选取前后任意两帧图像，分别如图1（a）和如图1（b），靠后的一帧图像与靠前的一帧图像叠加，叠加后两帧图像中的主动件11同心，如图1（c）。在前帧自转标线21靠近从动件12公转方向的一端作辅助直线23，所述辅助直线23平行于后帧自转标线22，前帧自转标线21和辅助直线23形成的夹角α即后帧自转标线22相对于前帧自转标线21沿从动件12自转方向转过的夹角，如图2。同时，根据前后两帧图像的间隔帧数和摄像机的帧率得到两帧图像的成像时间间隔ΔT，例如，前帧图像与后帧图像是相连的两帧图像，即间隔帧数为１，则两帧图像的成像时间间隔ΔT即1／f；若间隔帧数为２，则两帧图像的成像时间间隔ΔT即2／f。

然后，根据以下公式即可得到从动件12的自转转速ω_自，即单位时间内的自转转数：

ω_自=夹角α在整圆中的比例／ΔT

假如夹角α为角度制，则夹角α在整圆中的比例即α／360。

该实施例还包括从动件公转速度测试方法，该从动件公转速度测试方法如下：

如图3，作前帧自转标线21的中垂线，形成前帧中垂线31，以前帧中垂线31的中点作为从动件12的圆心；作后帧自转标线22的中垂线，形成后帧中垂线32，以后帧中垂线32的中点作为从动件12的圆心，以前帧图像上从动件12的圆心与主动件11的圆心之间的连线为前帧公转标线33，以后帧图像上从动件12的圆心与主动件11的圆心之间的连线为后帧公转标线34，获取后帧公转标线34相对于前帧公转标线33沿从动件12公转方向转过的夹角β。然后，根据以下公式得到从动件12的公转转速ω_公，即单位时间内的公转转数：

ω_公=夹角β在整圆中的比例／ΔT。

上述对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法有利于推动滚动摩擦学测试技术的发展和基础研究的深入，同时，该方法只需关注从动件12本身，无需检测另外的主动件11运动状态，简单方便；并且，上述方法只需要在从动件12上作线状标记，无需安装复杂的测试机构，不干扰从动件12运动，测试结果能够如实反馈从动件12的滚动状态，能够适用于实心从动件和环型从动件；另外，测试结果与图像放大比例或颜色无关，能够适用于各种品牌高速相机和各类成像模式；再者，基于公转和自转转速，还可获得对滚摩擦副在滚动接触位置处的滚滑比。

本发明中对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，摄像机的帧率ｆ满足公式ｆ＞R_主／R_从*ω_主；而本实施例中，摄像机的帧率ｆ＜R_主／R_从*ω_主，由于仅需要两帧成像即可满足测速需求，因此，在帧率与从动件12公转速度匹配的情况下，仍能够满足在从动件12公转不满一周的过程中待测试从动件12的至少两帧图像。同样，在其他实施例中，摄像机的帧率也可以ｆ＜R_主／R_从*ω_主。

本发明中对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，仅在一个从动件12上设置线状标记，而本实施例中，同时在两个从动件12上设置了线状标记，能够同时检测两个从动件12的自转速度；为了便于区分，两个从动件12上设置了线状标记具有不同的颜色。当然，在其他实施中，也可以在三个以上从动件12上设置线状标记。另外，也可以在同一从动件12上设置多个线状标记，检测转速时利用其中至少一个进行检测。

本发明中对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，线状标记位于从动件12中心的一侧，而本实施例中，线状标记经过从动件12中心，即沿端面直径布置。另外，在其他实施例中，线状标记也可以与从动件12的轮廓不相交或仅一端相交。

本发明中对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，线状标记直接为直线，而本实施例中，线状标记是虚线。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，在在待测试的从动件（12）上作至少一条线状标记，所述线状标记在从动件（12）的公转平面内的投影为直线；

步骤二，使用摄像机对转动中的对滚摩擦副成像，在从动件（12）公转不满一周的过程中待测试从动件（12）的至少两帧图像，获得的各帧图像中的线状标记呈直线；

时序靠前的一帧图像中的线状标记所对应的直线为前帧自转标线（21），时序靠后的一帧图像中的线状标记所对应的直线为后帧自转标线（22）；

步骤三，按照各帧图像的时间序列选取前后任意两帧图像，获取后帧自转标线（22）相对于前帧自转标线（21）沿从动件（12）自转方向转过的夹角α；

根据前后两帧图像的间隔帧数和摄像机的帧率得到两帧图像的成像时间间隔ΔT，所述帧率为单位时间的成像帧数；

步骤四，根据以下公式得到从动件（12）的自转转速ω_自，即单位时间内的自转转数：

ω_自=夹角α在整圆中的比例／ΔT。

2.根据权利要求1所述的转速测试方法，其特征在于，所述摄像机在单位时间的成像帧数为帧率，所述帧率ｆ满足以下公式：

ｆ＞R_主／R_从*ω_主；式中：

R_主为对滚摩擦副中的主动件（11）与从动件（12）的摩擦接触半径；

R_从为对滚摩擦副中的从动件（12）与主动件（11）的摩擦接触半径，R_主与R_从之和等于主动件（11）与从动件（12）的中心距；

ω_主为对滚摩擦副中主动件（11）的转速，即单位时间内的自转转数。

3.根据权利要求1或2所述的转速测试方法，其特征在于，步骤三中，所述夹角α是在靠后的一帧图像与靠前的一帧图像叠加后获得，叠加后两帧图像中的主动件（11）同心。

4.根据权利要求3所述的转速测试方法，其特征在于，获取所述夹角α时，在前帧自转标线（21）靠近从动件（12）公转方向的一端作辅助直线（23），所述辅助直线（23）平行于后帧自转标线（22），所述夹角α由前帧自转标线（21）和辅助直线（23）形成。

5.根据权利要求1或2所述的转速测试方法，其特征在于，摄像机对所述对滚摩擦副的成像中，所述线状标记在从动件（12）上形成一条弦。

6.根据权利要求1或2所述的转速测试方法，其特征在于，转速测试方法还包括以下步骤：

步骤五、以前帧图像上从动件（12）的圆心与主动件（11）的圆心之间的连线为前帧公转标线（33），以后帧图像上从动件（12）的圆心与主动件（11）的圆心之间的连线为后帧公转标线（34），获取后帧公转标线（34）相对于前帧公转标线（33）沿从动件（12）公转方向转过的夹角β；

步骤六、根据以下公式得到从动件（12）的公转转速ω_公，即单位时间内的公转转数：

ω_公=夹角β在整圆中的比例／ΔT。

7.根据权利要求6所述的转速测试方法，其特征在于，摄像机对所述对滚摩擦副的成像中，所述线状标记在从动件（12）上形成一条弦；

步骤五中，作前帧自转标线（21）的中垂线，形成前帧中垂线（31），以前帧中垂线（31）的中点作为从动件（12）的圆心；作后帧自转标线（22）的中垂线，形成后帧中垂线（32），以后帧中垂线（32）的中点作为从动件（12）的圆心。

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