CN112857645B - 一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置 - Google Patents

Abstract

一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，包含底座、摩擦力矩测量模块、径向压力加载模块和驱动模块；摩擦力矩测量模块包含刚性臂、柔性臂、连接块、拉压传感器、连接杆、调平柱、底板、配重块、支撑架和支撑轴；两个支撑轴之间设置有与支撑轴连接的连接块，刚性臂和柔性臂间隔平行设置并与支撑轴垂直，底板可滑动地设置在底座上；径向压力加载模块包含砝码、阻转头和微小型球轴承；砝码固装在阻转头上部，驱动模块包含电机和传动轴，传动轴可转动地设置在安装于底座上的轴承座上，被测的微小型球轴承安装在传动轴的一端，传动轴的另一端与电机的输出端连接。本发明用柔性铰链结构解耦轴承径向压力和横向摩擦力，使测试结果准确可靠。

Description

一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置

技术领域

本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置。

背景技术

轴承的摩擦力矩是轴承运转时，内圈、外圈、保持架和滚动体之间相对运动产生的与转动方向相反的阻碍运动的综合力矩。摩擦力矩是滚动轴承的一项重要的性能指标，直接关系到轴承转动中的能量损耗、温度、噪声、振动的变化等。准确测量轴承尤其是微小型轴承摩擦力矩对于其设计和应用都有非常重要的作用。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种微牵引力测试机构。本发明采用柔性铰链结构解耦轴承径向压力和横向摩擦力，使测试结果准确可靠。

一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，包含底座、摩擦力矩测量模块、径向压力加载模块和驱动模块；

所述摩擦力矩测量模块包含刚性臂、柔性臂、连接块、拉压传感器、连接杆、调平柱、底板、配重块、支撑架和支撑轴；支撑架安装在底板上，支撑架上正对间隔设置有两个支撑轴，两个支撑轴之间设置有与支撑轴连接的连接块，连接块可绕支撑轴转动，连接块的一侧与刚性臂和柔性臂固接，刚性臂和柔性臂间隔平行设置并与支撑轴垂直，刚性臂上设有切向柔性铰链，柔性臂上靠近连接块处设有法向柔性铰链，刚性臂的另一端固定有拉压力传感器，并通过连接杆与柔性臂连接，连接杆水平布置并与柔性臂垂直，所述连接杆上还设有球形铰链，底板可滑动地设置在底座上；

所述径向压力加载模块包含砝码、阻转头和微小型球轴承；阻转头固定在柔性臂的另一端，砝码固装在阻转头上部，阻转头下部设有锥体，锥体的尖部与被测的微小型球轴承接触；连接块的与所述一侧相对的另一侧固定有配重块，位于连接块下方的底板上放置有用于定平衡的调平柱；

所述驱动模块包含电机和传动轴，传动轴可转动地设置在安装于底座上的轴承座上，被测的微小型球轴承安装在传动轴的一端，传动轴的另一端与电机的输出端连接，电机安装在底座上，被测的微小型球轴承的轴向与底板的滑动方向、刚性臂的长度方向平行。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明采用柔性臂测量横向摩擦力矩，采用柔性铰链结构解耦轴承径向压力和横向摩擦力，精密砝码加载法向压力，该装置操作简便，解决了不同压力下微小型球轴承摩擦力矩测试的难题，使测试结果准确可靠，轴承拆装便捷，提高测试效率。在轴承测试领域有重要的应用前景。

本发明测试分辨率0.01N·mm，重复精度高于0.05N·mm，在轴承测试、摩擦学等领域有广泛的应用前景。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为摩擦力矩测量模块与径向压力加载模块连接关系的俯视图；

图4为径向压力加载模块的结构示意图；

图5为柔性臂的俯视图；

图6为刚性臂的主视图；

图7为刚性臂的俯视图；

图8为阻转头的示意图；

图9为连接块、刚性臂和柔性臂制成一体的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为驱动模块的示意图。

具体实施方式

如图1-图2、图4和图11所示，本实施方式的一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，包含底座1、摩擦力矩测量模块、径向压力加载模块和驱动模块；

所述摩擦力矩测量模块包含刚性臂8、柔性臂9、连接块7、拉压传感器15、连接杆16、调平柱6、底板3、配重块4、支撑架5和支撑轴14；支撑架5安装在底板3上，支撑架5上正对间隔设置有两个支撑轴14，两个支撑轴14之间设置有与支撑轴14连接的连接块7，连接块7可绕支撑轴14转动，连接块7的一侧与刚性臂8和柔性臂9固接，刚性臂8和柔性臂9间隔平行设置并与支撑轴14垂直，刚性臂8上设有切向柔性铰链81，柔性臂9上靠近连接块7处设有法向柔性铰链91，刚性臂8的另一端固定有拉压力传感器15，并通过连接杆16与柔性臂9连接，连接杆16水平布置并与柔性臂9垂直，所述连接杆16上还设有球形铰链，底板3可滑动地设置在底座1上；

所述径向压力加载模块包含砝码10、阻转头11和微小型球轴承12；阻转头11固定在柔性臂9的另一端，砝码10固装在阻转头11上部，阻转头11下部设有锥体，锥体的尖部与被测的微小型球轴承12接触；连接块7的与所述一侧相对的另一侧固定有配重块4，位于连接块7下方的底板3上放置有用于定平衡的调平柱6；

所述驱动模块包含电机19和传动轴13，传动轴13可转动地设置在安装于底座1上的轴承座17上，被测的微小型球轴承12安装在传动轴13的一端，传动轴13的另一端与电机16的输出端连接，电机19安装在底座1上，被测的微小型球轴承12的轴向与底板3的滑动方向、刚性臂8的长度方向平行。配重块4通过拐角双头螺柱连接在连接块7上。为方便空间排布，配重块4的数量为镜像设置的2个。

柔性臂9上的柔性铰链可以使阻转头所测得的摩擦力精确传递到拉压力传感器15上，连接杆16上的球形铰链可以使法向压力不影响横向摩擦力的测量，保证测量精度。刚性臂8上的切向柔性铰链81和柔性臂9上的法向柔性铰链91相互配合，可解耦法向压力和切向微牵引力，用于测试时，使测量结果更准确。连接块7通过内部轴承与支撑轴14配合，支撑轴14与支撑板5连接，连接块7可绕支撑轴14转动。拉压力传感器15固定在刚性臂8上，通过连接杆16和螺母连接在柔性臂9上。阻转头11的中部圆柱加工有平面，测试时阻转头11通过手拧螺栓20固定到柔性臂9上。电机19可通过电机架21安装在底座1上。传动轴13的另一端通过联轴器15与电机19的输出端连接，以保障运行的稳定和起到过载保护。

为了保证柔性臂9上的柔性铰链可以使阻转头11所测得的摩擦力精确传递到拉压力传感器15上，法向柔性铰链91与切向柔性铰链81的长度方向垂直。

进一步地，如图1-图3及图5-图7所示，所述法向柔性铰链91和切向柔性铰链81的长度方向垂直布置，法向柔性铰链91的长度方向为竖向，切向柔性铰链81的长度方向为水平方向。

为了保证在测试时的刚度，如图3-图7所示，柔性臂9为矩形板，其厚度h为3mm-10mm，刚性臂8为矩形板，其厚度H为柔性臂9的厚度h的3-6倍。可见，在柔性臂9的厚度方向上切割出法向柔性铰链91，能使得在测试时力的传递到拉压力传感器15上，在刚性臂8的宽度方向切割出切向柔性铰链81，确保刚性臂8和拉压力传感器15受到如图3所示的实心箭头方向作用力时，确保刚性臂8切向刚度。可选地，柔性臂上的法向柔性铰链91的数量为2-6个，连接杆16上的球形铰链的数量为1-3个。

进一步地，如图5-图6所示，所述法向柔性铰链91为直圆形双切口柔性铰链。所述切向柔性铰链81为直圆形双切口柔性铰链。加工制作方便，满足使用需要。

可选地，如图1所示，调平柱6包含柱体61和柱帽62，所述柱体61的顶部具有能被柱帽62盖住的柱头，柱体61底部放置在底板3上，连接块7调平时，柱帽62的上表面与连接块7接触。如此设置，测试前，通过配重块4和砝码10初步调节连接块7、刚性臂8和柔性臂9的平衡，利用调平柱6放置在底板3上，阻碍柔性臂9和刚性臂8向下偏转，调节连接块7初步平衡。

进一步地，如图9-图10所示，连接块7、刚性臂8和柔性臂9一体制成。如此设置，进一步提高测试稳定性。为了确保阻转头11适应不同位置下微小型轴承的摩擦力测试，底板3设置为可滑动方式，具体采用一维位移平台，如图1所示，千分尺直驱平移台2，所述千分尺直驱平移台2的固定座安装在底座1上，所述底板3安装在千分尺直驱平移台2的可移动座上。如此设置，通过旋拧千分尺旋钮，实现可移动座的直线移动，进而带动底板3的移动，使得阻转头11接近或离开被测的微小型球轴承12的外侧面。

测试步骤如下：

(1)、将测试微小型球轴承12安装固定在传动轴13上，放下柔性臂9，柔性臂9在调平柱6的支撑下位于水平状态；

(2)、调节阻转头11，使之刚好与被测的微小型球轴承12的外圈的外周面接触，拧紧手拧螺栓20；

(3)、拿掉调平柱6的柱帽62，旋转配重块4，使阻转头11与微小型球轴承12的外圈的外周面处于接触临界状态；

(4)、将砝码10拧紧在阻转头11上部；

(5)、电机19通电，开始测试。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (7)

1.一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：包含底座（1）、摩擦力矩测量模块、径向压力加载模块和驱动模块；

所述摩擦力矩测量模块包含刚性臂（8）、柔性臂（9）、连接块（7）、拉压力传感器（15）、连接杆（16）、调平柱（6）、底板（3）、配重块（4）、支撑架（5）和支撑轴（14）；支撑架（5）安装在底板（3）上，支撑架（5）上正对间隔设置有两个支撑轴（14），两个支撑轴（14）之间设置有与支撑轴（14）连接的连接块（7），连接块（7）可绕支撑轴（14）转动，连接块（7）的一侧与刚性臂（8）和柔性臂（9）固接，刚性臂（8）和柔性臂（9）间隔平行设置并与支撑轴（14）垂直，刚性臂（8）上设有切向柔性铰链（81），柔性臂（9）上靠近连接块（7）处设有法向柔性铰链（91），法向柔性铰链（91）的长度方向为竖向，切向柔性铰链（81）的长度方向为水平方向，刚性臂（8）的另一端固定有拉压力传感器（15），并通过连接杆（16）与柔性臂（9）连接，连接杆（16）水平布置并与柔性臂（9）垂直，所述连接杆（16）上还设有球形铰链，底板（3）可滑动地设置在底座（1）上；所述径向压力加载模块包含砝码（10）、阻转头（11）和微小型球轴承（12）；阻转头（11）固定在柔性臂（9）的另一端，砝码（10）固装在阻转头（11）上部，阻转头（11）下部设有锥体，锥体的尖部与被测的微小型球轴承（12）接触；连接块（7）的与所述一侧相对的另一侧固定有配重块（4），位于连接块（7）下方的底板（3）上放置有用于定平衡的调平柱（6）；所述驱动模块包含电机（19）和传动轴（13），传动轴（13）可转动地设置在安装于底座（1）上的轴承座（17）上，被测的微小型球轴承（12）安装在传动轴（13）的一端，传动轴（13）的另一端与电机（19）的输出端连接，电机（19）安装在底座（1）上，被测的微小型球轴承（12）的轴向与底板（3）的滑动方向、刚性臂（8）的长度方向平行。

2.根据权利要求1所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：所述法向柔性铰链（91）为直圆形双切口柔性铰链。

3.根据权利要求2所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：所述切向柔性铰链（81）为直圆形双切口柔性铰链。

4.根据权利要求1-3任一项所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：所述连接块（7）、刚性臂（8）和柔性臂（9）一体制成。

5.根据权利要求4所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：柔性臂（9）为矩形板，其厚度（h）为3mm-10mm，刚性臂（8）为矩形板，其厚度（H）为柔性臂（9）的厚度（h）的3-6倍。

6.根据权利要求5所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：所述调平柱（6）包含柱体（61）和柱帽（62），所述柱体（61）的顶部具有能被柱帽（62）盖住的柱头，柱体（61）底部放置在底板（3）上，连接块（7）调平时，柱帽（62）的上表面与连接块（7）接触。

7.根据权利要求6所述一种微小型球轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于：还包含千分尺直驱平移台（2），所述千分尺直驱平移台（2）的固定座安装在底座（1）上，所述底板（3）安装在千分尺直驱平移台（2）的可移动座上。

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