CN116839782B - 扭矩测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了扭矩测试装置，涉及扭矩测试设备技术领域，包括U形支撑架和其上设置的扭矩传感器，U形支撑架上设有测试轴承扭矩的测试结构，测试结构包括在U形支撑架中部自由转动的弧形摆座，弧形摆座下方设有自由转动的转动轴，转动轴底部设有固定轴承内圈的内定组件，圆形框内设有夹持轴承外圈的外定组件，外定组件包括以转动轴为中轴线同步相向或相背运动的多组压持板，U形支撑架的顶部设有为轴承提供微量振动的微震组件，本发明通过测试结构模拟了轴承在实际工作中不同的放置朝向，测定轴承不同朝向对其扭矩的影响，同时通过设置微震组件使轴承受到微量振动，从而测量振动对轴承扭矩的影响。

Description

扭矩测试装置

技术领域

本发明涉及扭矩测试设备技术领域，具体为扭矩测试装置。

背景技术

扭矩测试装置是一种用于测量和校准扭矩控制工具的质量控制设备，同时，扭矩测试装置是用于测量轴承在不同工况下的扭矩特性的实验设备，轴承是一种用于支撑和减少旋转或线性运动部件之间摩擦的机械元件，它可以承受径向载荷、轴向载荷或两者的组合，轴承的性能和寿命与其工作条件密切相关，其中一个重要的因素就是扭矩，即作用在轴承上的旋转力矩，扭矩会影响轴承的转速、温升、振动、噪声、润滑和磨损等性能指标。

其中不同角度会导致轴承内部的接触面积、载荷分布和润滑条件发生变化，使得轴承扭矩测试的结果会受到不同角度的影响；

而现有的扭矩测试装置在针对轴承性能进行扭矩测试时，其轴承的摆放位置是固定的，因此难以测定轴承在实际使用时其摆放角度的不同对其扭矩的影响效果，且难以测定振动对轴承扭矩的影响，因此，存在一定的改进空间。

发明内容

本发明的目的在于提供扭矩测试装置，具备能够测试在不同摆放角度及在振动时在轴承扭矩影响的优点，解决了难以测定轴承不同摆动角度或振动对轴承扭矩影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：扭矩测试装置，包括U形支撑架和其上设置的扭矩传感器，所述U形支撑架上设有测试轴承扭矩的测试结构；

所述测试结构包括在U形支撑架中部自由转动的弧形摆座，弧形摆座下方设有由微型电机驱动自由转动的转动轴，转动轴底部设有固定轴承内圈的内定组件，微型电机上设有驱动其自由摆动的定摆组件；

所述微型电机的下方设有圆形框，转动轴通过圆孔贯穿圆形框的上下侧壁，圆形框内设有夹持轴承外圈的外定组件，外定组件包括以转动轴为中轴线同步相向或相背运动的多组压持板，多组压持板之间形成放置轴承的空间；

所述U形支撑架的顶部设有为轴承提供微量振动的微震组件，微震组件包括在垂直方向上往复运动的摆杆，摆杆的一侧设有对其运动轨迹造成阻碍的阻杆。

优选的，所述弧形滑槽滑动连接有弧形滑座，弧形滑座通过连接杆固定连接微型电机，微型电机的下方固定连接有扭矩传感器，扭矩传感器底部固定连接圆形框。

优选的，所述定摆组件包括设在微型电机外周侧的外环架，外环架的两组横向侧壁上分别定轴转动有一组定摆柱，定摆柱固定连接在微型电机上，外环架的两组纵向侧壁上分别固定连接有一组从摆柱，从摆柱定轴转动在U形支撑架的侧壁上。

优选的，所述内定组件包括设置在转动轴底部上的螺纹环，转动轴固定连接在微型电机的输出轴上，转动轴通过其底部开设的外螺纹与螺纹环螺纹配合，螺纹环下方设有等距分布且倾斜设置的弹性片。

优选的，所述圆形框内设有自由转动的调节圆盘，调节圆盘上开设有多组弧形通槽，弧形通槽内滑动连接有滑柱，滑柱的底部固定连接有异形推杆的一端，异形推杆通过槽体滑动贯穿圆形框外壁，异形推杆的另一端固定连接压持板，压持板为弧形结构且为弹性材料，多组压持板的相对面均开设有摩擦纹。

优选的，所述滑柱的顶部固定连接有限位环，限位环的直径尺寸大于弧形通槽的宽度尺寸。

优选的，所述调节圆盘上螺接有螺纹杆，螺纹杆的底部固定连接有主动齿轮，主动齿轮啮合有内齿圈，内齿圈通过固定块固定连接在调节圆盘上，主动齿轮的啮合齿高度大于内齿圈的啮合齿高度。

优选的，所述U形支撑架上固定连接有上立架，上立架上滑动连接有在垂直方向上往复运动的纵滑架，纵滑架通过转动销轴转动连接摆杆，摆杆的一侧设有固定连接在U形支撑架上的阻杆，阻杆处于的水平部处于纵滑架垂直方向行程的中部位置。

优选的，所述上立架上定轴转动有往复丝杆，往复丝杆通过连接柱固定连接弧形摆座，连接柱通过圆孔转动连接在U形支撑架上，往复丝杆通过往复螺纹螺接有往复滑块，往复滑块固定连接在纵滑架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过测试结构使轴承在扭矩测试时能够做陀螺周摆运动，从而改变轴承的摆向，即水平方向夹角，模拟了轴承在实际工作中可能遇到的不同工况，提高了测试的真实性和科学性。

本发明通过设置微震组件使轴承受到微量振动，从而测量振动对轴承扭矩的影响，模拟了轴承在实际工作中可能受到的外界干扰，提高了测试的全面性和准确性。

本发明通过设置内定组件和外定组件实现对不同内径和外径的轴承的固定，保证轴承在扭矩测试过程中的稳定性，提高了测试的适用性和灵活性。

附图说明

图1为本发明整体结构立体示意图；

图2为本发明外环架所在部件示意图；

图3为本发明弧形滑座所在部件示意图；

图4为本发明内齿圈和中心齿轮所在部件示意图；

图5为本发明调节圆盘所在部件示意图；

图6为本发明压持板所在部件示意图；

图7为本发明弹性片所在部件示意图；

图8为本发明往复丝杆所在部件示意图。

图中：1、U形支撑架；2、微型电机；3、弧形滑座；4、弧形摆座；5、扭矩传感器；6、圆形框；7、外环架；8、定摆柱；9、从摆柱；10、螺纹杆；11、主动齿轮；12、内齿圈；13、调节圆盘；14、弧形通槽；15、滑柱；16、异形推杆；17、限位环；18、转动轴；19、压持板；20、螺纹环；21、弹性片；22、往复丝杆；23、上立架；24、纵滑架；25、摆杆；26、阻杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：扭矩测试装置，包括U形支撑架1和其上设置的扭矩传感器5，U形支撑架1上设有测试轴承扭矩的测试结构。

测试结构包括在U形支撑架1中部自由转动的弧形摆座4，弧形摆座4下方设有由微型电机2驱动自由转动的转动轴18，转动轴18底部设有固定轴承内圈的内定组件，微型电机2上设有驱动其自由摆动的定摆组件；

微型电机2的下方设有圆形框6，转动轴18通过圆孔贯穿圆形框6的上下侧壁，圆形框6内设有夹持轴承外圈的外定组件，外定组件包括以转动轴18为中轴线同步相向或相背运动的多组压持板19，多组压持板19之间形成放置轴承的空间；

U形支撑架1的顶部设有为轴承提供微量振动的微震组件，微震组件包括在垂直方向上往复运动的摆杆25，摆杆25的一侧设有对其运动轨迹造成阻碍的阻杆26。

如图1-图3所示，轴承的性能和寿命取决于多种因素，其中之一就是扭矩，扭矩是一种力对物体产生的转动效果，它的大小取决于力的大小和力的作用点到转轴的距离。扭矩也可以理解为轴承的转动阻力，它反映了轴承在运转过程中所受到的摩擦力和密封阻力，扭矩越小，说明轴承的运转越顺畅，摩擦损耗越小，寿命越长，因此，在轴承生产时，需要对轴承的扭矩进行测量，以确保产品符合生产要求。

在需要对轴承进行扭矩测试时，手持轴承，使轴承处于圆形框6的下方，通过内定组件使转动轴18和轴承的内圈相对固定，同时，驱使多组压持板19抵持轴承的外圈，通过外定组件中的多组压持板19对轴承的外圈进行固定，在进行扭矩测试时，外定组件不发生自由转动，通过转动轴18的自由转动带动内定组件和轴承内圈自由转动，进而得到扭矩传感器5测得的扭矩值T1,在通过微型电机2驱动转动轴18自由转动时，通过微型电机2的型号、转速、电压等数值得知微型电机2的扭矩值T2，通过T1减去T2计算得知轴承的扭矩数值T0。

与此同时，在转动轴18带动轴承内圈自由转动时，其微型电机2、扭矩传感器5、内定组件和外定组件等部件随着轴承内圈的转动，在定摆组件带动下进行陀螺周摆运动，进而在测量轴承扭矩的过程中时刻改变轴承的朝向，且随着转动轴18及轴承内圈的转速的改变，其在陀螺周摆运动的摆动作用力越大，因此微型电机2、扭矩传感器5、内定组件和外定组件等部件摆动幅度随着转速的提高而增加，进而达到对不同摆向轴承的扭矩测量过程。

同时，扭矩传感器5电性连接三显仪表，其中三显仪表可以接收扭矩传感器5的输出信号，并将其转换为数字或模拟显示，是一种用于显示扭矩、转速和功率的仪表，在轴承的摆向及摆动幅度发生变化时，测试人员通过三显表上显示的数据得知轴承扭矩的变化趋势及变化幅度。

在微型电机2、扭矩传感器5、内定组件和外定组件等部件做陀螺周摆运动时，带动其上的微震组件运动，微震组件中的摆杆25反复与阻杆26接触碰撞，进而将碰撞时产生的振动传递给下方的轴承，在微型电机2驱动转动轴18自由转动且转速不变时，其轴承的摆动幅度不变，通过观察三显表上扭矩数值的变化，可得知在轴承发生振动下其扭矩是否会受到影响。

其中，扭矩传感器是5一种用于测量旋转部件的扭矩或扭力的仪器，它可以输出不同的信号，如电压、电流、频率、脉冲等，以反映扭矩的大小和方向，扭矩传感器5具体包括以下几个部件，作用分别是：

弹性元件：这是扭矩传感器5的核心部件，它是一个能够在受到扭矩时产生微小形变或位移的金属或非金属材料，如轴、法兰、环、盘等，弹性元件的形变或位移与扭矩成正比，因此可以用来测量扭矩的大小。

传感器：这是扭矩传感器5的检测部件，它是一个能够将弹性元件的形变或位移转换为电信号的装置，如应变计、光电编码器、霍尔元件等，传感器的输出信号与扭矩成正比，因此可以用来测量扭矩的方向和变化。

信号处理器：这是扭矩传感器5的处理部件，它是一个能够对传感器的输出信号进行放大、滤波、调制、解调、数字化等操作的电路或芯片，如仪器放大器、模数转换器、无线发射器等，信号处理器的作用是提高信号的质量和稳定性，以及实现信号的无线传输和数字输出。

其中一个较为优选的实施例，弧形摆座4通过弧形滑槽滑动连接有弧形滑座3，弧形滑座3通过连接杆固定连接微型电机2，微型电机2的下方固定连接有扭矩传感器5，扭矩传感器5底部固定连接圆形框6。

如图2和图3所示，在微型电机2通过驱动转动轴18带动轴承内圈自由转动时，在定摆组件带动下轴承进行陀螺周摆运动，随着微型电机2输出轴的转速增加，其轴承内圈的转速同步增加，轴承在做陀螺周摆运动时的摆动作用力逐步增加，通过摆动作用力带动弧形滑座3在弧形摆座4上滑动，进而改变微型电机2、扭矩传感器5和轴承等部件的摆动幅度，进而在测试轴承扭矩时通过观察三显表中扭矩数值的变化而得知轴承摆放方向对其扭矩的影响。

进一步的，定摆组件包括设在微型电机2外周侧的外环架7，外环架7的两组横向侧壁上分别定轴转动有一组定摆柱8，定摆柱8固定连接在微型电机2上，外环架7的两组纵向侧壁上分别固定连接有一组从摆柱9，从摆柱9定轴转动在U形支撑架1的侧壁上。

如图1-图3所示，在微型电机2通过驱动转动轴18带动轴承内圈自由转动时，微型电机2在轴承的摆动作用力下在外环架7上相对转动，并使外环架7在U形支撑架1上相对转动，从而在摆动作用下使微型电机2和轴承等部件做陀螺周摆运动，从而调节轴承的朝向，即改变轴承在测试过程中摆放角度，并测定同一轴承在不同水平方向夹角时的扭矩力值。

在定摆组件实施例的基础上，内定组件包括设置在转动轴18底部上的螺纹环20，转动轴18固定连接在微型电机2的输出轴上，转动轴18通过其底部开设的外螺纹与螺纹环20螺纹配合，螺纹环20下方设有等距分布且倾斜设置的弹性片21。

如图2、图3、图6和图7所示，在对轴承进行扭矩测试时，需要将轴承的内圈固定在转动轴18上，在固定轴承内圈时，将轴承的内圈套设在多组弹性片21外周面上，轴承在与弹性片21挤压时造成弹性片21形变，弹性片21产生抵抗形变的反作用力，通过弹性片21抵抗形变产生的反作用力对轴承内圈进行固定。

与此同时，在对不同内径内圈的轴承进行扭矩测试时，螺纹环20和转动轴18通过螺纹配合，可手动或借助工具将螺纹环20取下，通过更换与轴承内圈适应的弹性片21和螺纹环20，使轴承内圈套设在弹性片21上时能够使弹性片21发生形变，从而对不同直径内圈的轴承进行固定。

在内定组件实施例的基础上，圆形框6内设有自由转动的调节圆盘13，调节圆盘13上开设有多组弧形通槽14，弧形通槽14内滑动连接有滑柱15，滑柱15的底部固定连接有异形推杆16的一端，异形推杆16通过槽体滑动贯穿圆形框6外壁，异形推杆16的另一端固定连接压持板19，压持板19为弧形结构且为弹性材料，多组压持板19的相对面均开设有摩擦纹。

滑柱15的顶部固定连接有限位环17，限位环17的直径尺寸大于弧形通槽14的宽度尺寸。

调节圆盘13上螺接有螺纹杆10，螺纹杆10的底部固定连接有主动齿轮11，主动齿轮11啮合有内齿圈12，内齿圈12通过固定块固定连接在调节圆盘13上，主动齿轮11的啮合齿高度大于内齿圈12的啮合齿高度。

如图1、图4和图5所示，该扭矩测试装置在对轴承测试时，需要对轴承的外圈进行固定，因此，在固定轴承外圈时，通过调节圆盘13的转动改变其上多组弧形通槽14的位置，进而改变弧形通槽14内滑动连接的滑柱15的位置，滑柱15与异形推杆16固定连接，进而驱使多组异形推杆16和下方设置的压持板19同步相向或相背运动，通过压持板19与轴承外圈相抵持，利用压持板19与轴承外圈之间的摩擦力对轴承外圈进行固定，且压持板19具有一定的形变量，因此能够对不同直径外圈的轴承进行固定。

与此同时，通过手动或借助六角扳手等工具转动螺纹杆10，螺纹杆10在转动时带动其下方设置的主动齿轮11同步转动，并同时改变主动齿轮11与其啮合的内齿圈12的相对位置，主动齿轮11在转动过程中带动内齿圈12转动，从而带动内齿圈12下方的调节圆盘13转动。

由于螺纹杆10在转动过程中会改变主动齿轮11和内齿圈12的相对位置，因此，主动齿轮11的啮合齿高度大于内齿圈12的啮合齿高度，即主动齿轮11的位置发生变化时其上的啮合齿仍旧与内齿圈12上的啮合齿相互啮合，从而，在通过螺纹杆10转动带动主动齿轮11同步转动时，始终能够带动内齿圈12转动。

值得说明的是，内齿圈12与调节圆盘13通过固定块固定连接，固定块具有一定的高度，因此，调节圆盘13与内齿圈12之间存在一定的间隙，进而在主动齿轮11位置发生变化时提供运动空间，避免调节圆盘13的存在对主动齿轮11造成运动干涉，同时，在滑柱15的顶部设置了限位环17，通过限位环17防止滑柱15脱离弧形通槽14，从而确保滑柱15的运动稳定性。

进一步的，U形支撑架1上固定连接有上立架23，上立架23上滑动连接有在垂直方向上往复运动的纵滑架24，纵滑架24通过转动销轴转动连接摆杆25，摆杆25的一侧设有固定连接在U形支撑架1上的阻杆26，阻杆26处于的水平部处于纵滑架24垂直方向行程的中部位置。

上立架23上定轴转动有往复丝杆22，往复丝杆22通过连接柱固定连接弧形摆座4，连接柱通过圆孔转动连接在U形支撑架1上，往复丝杆22通过往复螺纹螺接有往复滑块，往复滑块固定连接在纵滑架24上。

如图1和图8所示，在微型电机2、扭矩传感器5、内定组件和外定组件等部件做陀螺周摆运动时，带动弧形摆座4和往复丝杆22在水平方向上转动，往复丝杆22在转动过程中通过往复螺纹时刻改变往复滑块的高度，从而带动与往复滑块固定连接的纵滑架24在垂直方向上往复运动，同时，纵滑架24上转动连接有摆杆25，摆杆25与纵滑架24在垂直方向上同步运动，摆杆25在垂直方向往复运动的过程中会反复与阻杆26接触，两者之间碰撞产生的振动传递给U形支撑架1下方的轴承，进而在测试振动对轴承的扭矩数值是否会造成影响。

摆杆25和纵滑架24之间设有使摆杆25恢复至初始位置的扭簧，该扭簧为现有装置，为本领域技术人员所熟知的技术手段，故未加以图示，在摆杆25初始状态下为水平状态，摆杆25的垂直方向运动时与阻杆26接触，由于阻杆26的位置是不变的，因此，在两者接触上，摆杆25逐步发生偏转，直至两者分离，在两者分离后，摆杆25在扭簧的作用下恢复至初始状态，通过摆杆25和阻杆26的反复接触，进而将反复接触产生的振动传递给下方的轴承。

值得说明的是，在纵滑架24的一侧设置上立架23，且纵滑架24与上立架23通过滑槽滑动连接，通过上立架23限制纵滑架24的运动方向，避免纵滑架24和往复滑块与往复丝杆22发生同步转动的现象。

工作原理：该扭矩测试装置是一种用于测量轴承在不同摆向和在振动下扭矩的仪器，它主要由U形支撑架1、微型电机2、转动轴18、内定组件、外定组件、扭矩传感器5、定摆组件和微震组件等部件组成。

在测试轴承的扭矩时，首先将轴承的内圈固定在转动轴18上，然后将轴承的外圈夹持在多组压持板19上，通过内定组件和外定组件实现对轴承的固定。

然后，通过微型电机2驱动转动轴18带动轴承内圈自由转动，同时通过扭矩传感器5测量转动轴18所受到的扭矩，并通过三显仪表显示出来，同时，通过定摆组件使微型电机2和轴承等部件做陀螺周摆运动，从而改变轴承的摆向，即水平方向夹角，从而测量不同摆向下的轴承扭矩，同时，通过微震组件使轴承受到微量振动，从而测量振动对轴承扭矩的影响。

通过以上步骤，可以得到轴承在不同摆向和振动下的扭矩数据，从而评估轴承的性能和寿命。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.扭矩测试装置，其特征在于：包括U形支撑架(1)和其上设置的扭矩传感器(5)，所述U形支撑架(1)上设有测试轴承扭矩的测试结构；

所述测试结构包括在U形支撑架(1)中部自由转动的弧形摆座(4)，弧形摆座(4)下方设有由微型电机(2)驱动自由转动的转动轴(18)，转动轴(18)底部设有固定轴承内圈的内定组件，微型电机(2)上设有驱动其自由摆动的定摆组件；

所述微型电机(2)的下方设有圆形框(6)，转动轴(18)通过圆孔贯穿圆形框(6)的上下侧壁，圆形框(6)内设有夹持轴承外圈的外定组件，外定组件包括以转动轴(18)为中轴线同步相向或相背运动的多组压持板(19)，多组压持板(19)之间形成放置轴承的空间；

所述U形支撑架(1)的顶部设有为轴承提供微量振动的微震组件，微震组件包括在垂直方向上往复运动的摆杆(25)，摆杆(25)的一侧设有对其运动轨迹造成阻碍的阻杆(26)；

所述弧形摆座(4)通过弧形滑槽滑动连接有弧形滑座(3)，弧形滑座(3)通过连接杆固定连接微型电机(2)，微型电机(2)的下方固定连接有扭矩传感器(5)，扭矩传感器(5)底部固定连接圆形框(6)；

所述定摆组件包括设在微型电机(2)外周侧的外环架(7)，外环架(7)的两组横向侧壁上分别定轴转动有一组定摆柱(8)，定摆柱(8)固定连接在微型电机(2)上，外环架(7)的两组纵向侧壁上分别固定连接有一组从摆柱(9)，从摆柱(9)定轴转动在U形支撑架(1)的侧壁上；

所述内定组件包括设置在转动轴(18)底部上的螺纹环(20)，转动轴(18)固定连接在微型电机(2)的输出轴上，转动轴(18)通过其底部开设的外螺纹与螺纹环(20)螺纹配合，螺纹环(20)下方设有等距分布且倾斜设置的弹性片(21)。

2.根据权利要求1所述的扭矩测试装置，其特征在于：所述圆形框(6)内设有自由转动的调节圆盘(13)，调节圆盘(13)上开设有多组弧形通槽(14)，弧形通槽(14)内滑动连接有滑柱(15)，滑柱(15)的底部固定连接有异形推杆(16)的一端，异形推杆(16)通过槽体滑动贯穿圆形框(6)外壁，异形推杆(16)的另一端固定连接压持板(19)，压持板(19)为弧形结构且为弹性材料，多组压持板(19)的相对面均开设有摩擦纹。

3.根据权利要求2所述的扭矩测试装置，其特征在于：所述滑柱(15)的顶部固定连接有限位环(17)，限位环(17)的直径尺寸大于弧形通槽(14)的宽度尺寸。

4.根据权利要求3所述的扭矩测试装置，其特征在于：所述调节圆盘(13)上螺接有螺纹杆(10)，螺纹杆(10)的底部固定连接有主动齿轮(11)，主动齿轮(11)啮合有内齿圈(12)，内齿圈(12)通过固定块固定连接在调节圆盘(13)上，主动齿轮(11)的啮合齿高度大于内齿圈(12)的啮合齿高度。

5.根据权利要求1所述的扭矩测试装置，其特征在于：所述U形支撑架(1)上固定连接有上立架(23)，上立架(23)上滑动连接有在垂直方向上往复运动的纵滑架(24)，纵滑架(24)通过转动销轴转动连接摆杆(25)，摆杆(25)的一侧设有固定连接在U形支撑架(1)上的阻杆(26)，阻杆(26)处于的水平部处于纵滑架(24)垂直方向行程的中部位置。

6.根据权利要求5所述的扭矩测试装置，其特征在于：所述上立架(23)上定轴转动有往复丝杆(22)，往复丝杆(22)通过连接柱固定连接弧形摆座(4)，连接柱通过圆孔转动连接在U形支撑架(1)上，往复丝杆(22)通过往复螺纹螺接有往复滑块，往复滑块固定连接在纵滑架(24)上。