CN117268756A - 一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台，该测量平台通过驱动部分驱动主轴转动；支撑部分用于支承主轴的中部；测试部分的测试轴承座与主轴同轴设置；锥套与主轴通过锥面配合并固定安装于主轴；测试轴承的外圈与测试轴承座的内周面过渡配合，内圈与锥套的外周面过盈配合；测试轴承端盖的内端部与挡环之间夹设有波形弹簧；波形弹簧用于提供轴向载荷；测试轴承座的两侧对称悬挂砝码，用于提供径向载荷；龙门架横跨测试轴承座的顶部，用于安装力传感器。上述测量平台能够对测试轴承便利地进行反复拆装，能够更换测试轴承的种类和尺寸，实现多种类多尺寸轴承摩擦力矩的测量，能够同时实现轴向加载和径向加载。

Description

一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台

技术领域

本发明涉及轴承性能评估技术领域，具体涉及一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台。

背景技术

滚动轴承具有摩擦阻力低、结构紧凑、性能稳定、使用寿命长和维护简单等特点，在机械领域受到广泛应用。滚动轴承运行过程中产生的摩擦力矩会引起轴承振动和噪音并因此影响轴承的使用寿命，是评估轴承性能的重要指标。然而引起滚动轴承摩擦力矩的机理复杂多样，对轴承摩擦力矩的定性研究和定量测量仍然存在许多问题有待探索，对轴承摩擦力矩进行准确的测量有利于研究分析轴承运行工况，确保轴承的运行稳定性以及准备评估轴承使用寿命。

现有的轴承摩擦力矩测量平台主要存在以下问题：在加载方向上缺少变化，目前已有的滚动轴承摩擦力矩测试仪只能实现单一方向的加载，无法同时实现轴向加载和径向加载；在测试类别上存在限制，大部分现有的测试仪只能测量一种或一类轴承的摩擦力矩，无法实现多种轴承的测量；拆装便利性不足，大部分现有的摩擦力矩测量仪在拆装十分不便，无法实现测试轴承的便利性拆装与更换。目前所有的摩擦力矩测量仪无法同时兼顾上述问题。

尽管目前有少量试验台能够同时进行轴向加载和径向加载，但是其控制精度不高，例如申请号为202210304094.6、名称为一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台的中国发明专利，其测试部分通过改变轴承端盖的形变量对轴向加载进行控制，如果想要实现如几十牛的小载荷变化，则需要对轴承端盖进行微米级别的控制，这对加工和安装产生了巨大的挑战。一些能够实现精确控制的装置却无法同时实现径向加载和轴向加载，例如申请号为201811649523.3、名称为一种角接触向心轴承的摩擦力矩测量装置的中国发明专利，该装置使用加载油缸对测试轴承进行轴向加载，其加载力大小精确可控，但是只能实现轴向加载，无法同时实现轴向加载和径向加载。

发明内容

本发明提供了一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台，该测量平台能够对测试轴承便利地进行反复拆装，能够更换测试轴承的种类和尺寸，实现多种类多尺寸轴承摩擦力矩的测量，能够同时实现轴向加载和径向加载。

本发明采用以下具体技术方案：

一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台，该测量平台包括底板、驱动部分、支撑部分、测试部分以及主轴；

所述主轴沿水平方向延伸；

沿所述主轴的轴向，所述驱动部分、所述支撑部分以及所述测试部分依次排列且固定安装于所述底板的顶面；所述驱动部分用于驱动所述主轴绕其沿水平方向延伸的轴心线转动；所述支撑部分用于支承所述主轴的中部；

所述主轴在与所述测试部分相对应的一端部设置有外锥面和外螺纹；沿从所述驱动部分朝向所述测试部分的方向，所述外锥面的直径逐渐减小；在所述外螺纹上螺纹连接有固定螺母；

所述测试部分包括测试轴承座、龙门架、力传感器、波形弹簧、锥套、螺套、挡环、砝码以及测试轴承端盖；所述测试轴承座与所述主轴同轴设置；所述锥套内设置有相接的锥形孔和通孔，外端部设置有外螺纹；所述锥套通过所述锥形孔形状配合地套设于所述外锥面；所述测试轴承座与所述锥套之间形成用于安装测试轴承的环形空间；测试轴承的外圈与所述测试轴承座的内周面过渡配合，测试轴承的内圈与所述锥套的外周面过盈配合；所述固定螺母用于将所述锥套压紧于所述主轴的外周侧；所述螺套与所述锥套的外螺纹螺纹连接，用于将测试轴承的内圈沿所述主轴的轴向压紧于所述螺套与所述主轴之间；所述测试轴承端盖固定连接于所述测试轴承座的外端部；所述测试轴承的外圈压紧于所述挡环和所述测试轴承座之间；所述测试轴承端盖的内端部伸入所述测试轴承座内，并在所述测试轴承端盖的内端面与所述挡环之间夹设有所述波形弹簧；所述波形弹簧用于向测试轴承提供轴向载荷；所述测试轴承座的两侧对称悬挂所述砝码，用于向测试轴承提供径向载荷；所述龙门架横跨所述测试轴承座的顶部，底端固定连接于所述底板的顶面；所述测试轴承座的顶部固定连接有立板，在所述立板的一侧固定连接有与其平行的中间板，在所述中间板与所述龙门架之间固定连接有所述力传感器。

更进一步地，所述支撑部分包括支撑轴承座、左支撑轴承端盖、锁紧螺母、一对角接触球轴承、衬套、圆柱滚子轴承以及右支撑轴承端盖；

所述支撑轴承座开设有通孔，并与所述主轴同轴设置，底部固定连接于所述底板的顶面；

所述左支撑轴承端盖固定连接于所述支撑轴承座的左端；

所述右支撑轴承端盖固定连接于所述支撑轴承座的右端；

所述主轴依次穿过所述右支撑轴承端盖、所述支撑轴承座以及所述左支撑轴承端盖；

一对所述角接触球轴承和所述圆柱滚子轴承安装于所述支撑轴承座与所述主轴之间；在一对所述角接触球轴承的外圈之间夹设有支撑轴承衬套；

一对所述角接触球轴承的外圈夹紧于所述左支撑轴承端盖的右端面与所述衬套的左端面之间，内圈夹紧于所述主轴与所述锁紧螺母之间；

所述锁紧螺母螺纹连接于所述主轴靠近所述左支撑轴承端盖的一端；

所述圆柱滚子轴承的外圈夹紧于所述衬套的右端面与所述右支撑轴承端盖的左端面之间，所述圆柱滚子轴承的内圈左端面与所述主轴相抵且内圈右端面通过安装于所述主轴的轴挡进行限位。

更进一步地，所述主轴与所述左支撑轴承端盖和所述右支撑轴承端盖之间均设置有密封件。

更进一步地，所述驱动部分包括电机、电机支架以及联轴器；

所述电机通过所述电机支架固定安装于所述底座的顶面；

所述电机的输出轴与所述主轴通过所述联轴器固定连接。

更进一步地，所述轴向载荷通过所述波形弹簧的形变量进行调节。

更进一步地，所述立板与所述测试轴承座为一体结构；

所述中间板设置有朝向所述立板一侧延伸的螺柱；

所述立板在朝向所述中间板的一侧设置有螺纹孔；

所述中间板与所述立板之间通过所述螺柱与所述螺纹孔进行螺纹连接。

更进一步地，在所述龙门架上固定连接有竖直的安装板；

所述力传感器垂直连接于所述安装板与所述中间板之间。

更进一步地，所述力传感器一侧砝码的质量大于另一侧砝码的质量。

更进一步地，还包括紧定螺钉；

所述紧定螺钉与所述螺套螺纹连接且与所述锥套相抵，用于将所述螺套锁定于所述锥套。

更进一步地，所述固定螺母并排设置有两个。

有益效果：

1、本发明的滚动轴承摩擦力矩测量平台采用模块化结构，包括用于驱动主轴转动的驱动部分、用于支承主轴中部的支撑部分以及用于安装测试轴承的测试部分，测试部分通过锥套将测试轴承安装于测试轴承座与主轴之间，锥套通过固定螺母安装于主轴，测试轴承通过螺套和测试轴承端盖安装于锥套和测试轴承座之间，通过更换不同尺寸、形状的锥套可以安装不同种类、尺寸的滚动轴承，实现不同种类、尺寸的滚动轴承的测试，并且测试轴承的拆装简单、方便，采用上述结构的测量平台能够对测试轴承便利地进行反复拆装，且反复拆装不破坏测试轴承和测量平台的结构，能够更换测试轴承的种类和尺寸，实现多种类、多尺寸的滚动轴承摩擦力矩的测量，并且通过波形弹簧的变形量实现轴向加载，通过悬挂于测试轴承座两侧的砝码实现径向加载，能够同时实现轴向加载和径向加载。

2、本发明滚动轴承摩擦力矩测量平台的主轴在旋转过程中会产生热膨胀，支撑部分采用一对角接触球轴承和圆柱滚子轴承安装于支撑轴承座与主轴之间，支承主轴的一对角接触球轴承靠近测试部分的一侧，圆柱滚子轴承靠近驱动部分一侧，使得支撑部分整体形成“一端游隙、一端固定”的排布方式，并且游隙端布置在靠近驱动部分一侧，固定端布置在靠近测试部分的一侧，可以给主轴热膨胀留有余量，这样可以减少主轴热膨胀对测试部分的影响，充分利用联轴器的补偿轴向位移的功能。

3、由于整个滚动轴承摩擦力矩测量平台属于精密仪器，测量平台整体的加工精度需要得到保证，首先需要考虑的就是整体的同轴度，为了保证支撑轴承座在加工过程中的同轴度，支撑轴承座选择通孔的方式进行加工，避免了分别加工左、右开孔时造成的径向跳动，保证了支撑轴承座与主轴的同轴度。

4、由于测试部分在测试轴承座顶部的立板一侧固定连接有与其平行的中间板，在中间板与龙门架之间固定连接有力传感器，从而避免了力传感器受到切向载荷，防止测试轴承座产生的切向载荷损坏力传感器，保护了力传感器。

附图说明

图1为本发明滚动轴承摩擦力矩测量平台的整体结构示意图；

图2为图1中滚动轴承摩擦力矩测量平台的侧视图；

图3为图1中滚动轴承摩擦力矩测量平台的测试部分的剖视图；

图4为图1中滚动轴承摩擦力矩测量平台的支撑部分的剖视图。

其中，1-底板，2-驱动部分，3-支撑部分，4-测试部分，5-主轴，6-固定螺母，7-测试轴承，31-支撑轴承座，32-左支撑轴承端盖，33-锁紧螺母，34-角接触球轴承，35-衬套，36-圆柱滚子轴承，37-右支撑轴承端盖，38-支撑轴承衬套，39-轴挡，41-测试轴承座，42-测试轴承端盖，43-锥套，44-螺套，45-波形弹簧，46-龙门架，47-力传感器，48-砝码，49-立板，50-中间板，51-安装板，52-挡环，53-测试轴承衬套

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、完整地描述，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。

平衡法的测量原理为：当驱动轴承的内圈旋转时，轴承的外圈在扭矩的作用下趋于旋转，连接在外圈上的扭矩传感器或力传感器起到平衡扭矩或力的作用，阻碍轴承的外圈转动，使轴承和传感器保持动态平衡，通过扭矩传感器或力传感器测量的平衡扭矩或力就是轴承摩擦扭矩。

如图1和图2结构所示，本实施例提供了一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台，该测量平台包括底板1、驱动部分2、支撑部分3、测试部分4以及主轴5；

主轴5沿水平方向延伸，将驱动部分2、支撑部分3以及测试部分4连接起来；

沿主轴5的轴向，驱动部分2、支撑部分3以及测试部分4依次排列且固定安装于底板1的顶面；

驱动部分2用于驱动主轴5绕其沿水平方向延伸的轴心线转动；驱动部分2包括电机、电机支架以及联轴器；电机通过电机支架固定安装于底座的顶面；电机的输出轴与主轴5通过联轴器固定连接；

支撑部分3用于支承主轴5的中部，保证主轴5轴心线的稳定；

主轴5在与测试部分4相对应的一端部设置有外锥面和外螺纹；沿从驱动部分2朝向测试部分4的方向，外锥面的直径逐渐减小；在外螺纹上螺纹连接有固定螺母6；固定螺母6并排设置有两个，能够提高锥套43安装的可靠性，防止锥套43在转动过程中松动；

如图3所示，测试部分4包括测试轴承座41、测试轴承端盖42、锥套43、螺套44、波形弹簧45、龙门架46、力传感器47、砝码48以及挡环52；测试轴承座41为套筒状结构，并与主轴5同轴设置；锥套43内设置有相接的锥形孔和通孔，外端部设置有外螺纹；锥套43通过锥形孔形状配合地套设于外锥面；测试轴承座41与锥套43之间形成用于安装测试轴承7的环形空间；测试轴承7的外圈与测试轴承座41的内周面过渡配合，测试轴承7的内圈与锥套43的外周面过盈配合；在图3中以同时安装两个测试轴承7为例进行说明，实际测量过程中也可以仅安装一个测试轴承7，当同时并排安装两个测试轴承7时，在两个测试轴承7的内圈之间安装有一个测试轴承衬套53，通过测试轴承衬套将两个测试轴承7的内圈间隔开；固定螺母6用于将锥套43压紧于主轴5的外周侧；螺套44与锥套43的外螺纹螺纹连接，用于将测试轴承7的内圈沿主轴5的轴向压紧于螺套44与主轴5之间，使测试轴承7的内圈、锥套43与主轴5连为一体同步转动；测试轴承端盖42固定连接于测试轴承座41的外端部；测试轴承7的外圈压紧于挡环52和测试轴承座41之间；测试轴承端盖42的内端部伸入测试轴承座41内，并在测试轴承端盖42的内端面与挡环52之间夹设有波形弹簧45；波形弹簧45用于向测试轴承7提供轴向载荷，轴向载荷通过波形弹簧45的形变量进行调节；调节波形弹簧45的形变量时可以通过在测试轴承端盖42与测试轴承座41之间增减垫圈实现；测试轴承座41的两侧对称悬挂砝码48，用于向测试轴承7提供径向载荷，力传感器47一侧砝码48的质量大于另一侧砝码48的质量；龙门架46横跨测试轴承座41的顶部，底端固定连接于底板1的顶面；测试轴承座41的顶部固定连接有立板49，在立板49的一侧固定连接有与其平行的中间板50，在中间板50与龙门架46之间固定连接有力传感器47；在龙门架46上固定连接有竖直的安装板51，安装板51的安装位置可调以便适应不同的力传感器47，为了方便安装板51的位置调节，在龙门架46上设置有滑槽，通过调节用于固定安装板51的螺钉在滑槽中的位置即可实现安装板51的位置调节；力传感器47垂直连接于安装板51与中间板50之间。

在上述测量平台中，测试部分4的轴向加载由波形弹簧45实现，波形弹簧45具有刚度范围大、缓冲吸振能力较强、单位体积材料变形能大等特点，通常应用于载荷和变形量均不大、要求弹簧刚度较小需施加轴向预压力的场合。通过调整波形弹簧45的形变量即可调整轴承受到的轴向力。对于轴向载荷控制，现有高速轴承摩擦力矩测试仪在施加轴向载荷时，需要对测试轴承7盖做到微米级别的控制，这种控制对于实验人员和加工人员来说都是十分困难的。因此本发明将轴向加载方式进行了改进升级，利用波形弹簧45对轴向载荷进行控制，这种轴向加载方式只需要对波形弹簧45进行毫米级别的形变控制，这会使得轴向载荷施加更准确。

上述测量平台采用模块化结构，包括用于驱动主轴5转动的驱动部分2、用于支承主轴5中部的支撑部分3以及用于安装测试轴承7的测试部分4，测试部分4通过锥套43将测试轴承7安装于测试轴承座41与主轴5之间，锥套43通过固定螺母6安装于主轴5，测试轴承7通过螺套44和测试轴承端盖42安装于锥套43和测试轴承座41之间，通过更换不同尺寸、形状的锥套43可以安装不同种类、尺寸的滚动轴承，实现不同种类、尺寸的滚动轴承的测试，并且测试轴承7的拆装简单、方便，采用上述结构的测量平台能够对测试轴承7便利地进行反复拆装，且反复拆装不破坏测试轴承7和测量平台的结构，能够更换测试轴承7的种类和尺寸，实现多种类、多尺寸的滚动轴承摩擦力矩的测量，并且通过波形弹簧45的变形量实现轴向加载，通过悬挂于测试轴承座41两侧的砝码48实现径向加载，能够同时实现轴向加载和径向加载。

在将测试轴承7的内圈与锥套43拆卸分离时，可以先固定锥套43，然后拧紧螺套44，这样就能将远离螺套44的轴承向外推挤，再用拉马等工具将内圈拔出。

由于测试部分4在测试轴承座41顶部的立板49一侧固定连接有与其平行的中间板50，在中间板50与龙门架46之间固定连接有力传感器47，从而避免了力传感器47受到切向载荷，防止测试轴承座41产生的切向载荷损坏力传感器47，保护了力传感器47。

如图4所示，支撑部分3包括支撑轴承座31、左支撑轴承端盖32、锁紧螺母33、一对角接触球轴承34、衬套35、圆柱滚子轴承36以及右支撑轴承端盖37；

支撑轴承座31开设有通孔，并与主轴5同轴设置，底部固定连接于底板1的顶面；

左支撑轴承端盖32固定连接于支撑轴承座31的左端；右支撑轴承端盖37固定连接于支撑轴承座31的右端；在主轴5与左支撑轴承端盖32之间设置有密封件；在主轴5与右支撑轴承端盖37之间设置有密封件；

主轴5依次穿过右支撑轴承端盖37、支撑轴承座31以及左支撑轴承端盖32；

一对角接触球轴承34和圆柱滚子轴承36安装于支撑轴承座31与主轴5之间；在一对角接触球轴承34的外圈之间夹设有支撑轴承衬套38；

一对角接触球轴承34的外圈夹紧于左支撑轴承端盖32的右端面与衬套35的左端面之间，内圈夹紧于主轴5与锁紧螺母33之间；

锁紧螺母33螺纹连接于主轴5靠近左支撑轴承端盖32的一端；

圆柱滚子轴承36的外圈夹紧于衬套35的右端面与右支撑轴承端盖37的左端面之间；圆柱滚子轴承36的内圈左端面与主轴5相抵，右端面通过安装于主轴5的轴挡39进行限位；如图4所示，圆柱滚子轴承36的圆柱滚子在轴向上由内圈进行限位，在径向上由外圈和内圈共同限位，使得圆柱滚子能够相对外圈在轴向上发生位移，从而使圆柱滚子轴承36具有轴向游隙。

上述测量平台的主轴5在旋转过程中会产生热膨胀，支撑部分3采用一对角接触球轴承34和圆柱滚子轴承36安装于支撑轴承座31与主轴5之间，支承主轴5的一对角接触球轴承34靠近测试部分4的一侧，圆柱滚子轴承36靠近驱动部分2一侧，使得支撑部分3整体形成“一端游隙、一端固定”的排布方式，并且游隙端布置在靠近驱动部分2一侧，固定端布置在靠近测试部分4的一侧，可以给主轴5热膨胀留有余量，这样可以减少主轴5热膨胀对测试部分4的影响，充分利用联轴器的补偿轴向位移的功能，并具有保护电机的功能。

同时，由于整个滚动轴承摩擦力矩测量平台属于精密仪器，测量平台整体的加工精度需要得到保证，首先需要考虑的就是整体的同轴度，为了保证支撑轴承座31在加工过程中的同轴度，支撑轴承座31选择通孔的方式进行加工，避免了分别加工左、右开孔时造成的径向跳动，保证了支撑轴承座31与主轴5的同轴度。若加工不是通孔而是左右两端分别加工盲孔(即支撑轴承座31和长衬套35作为一个整体，而不是两个零件)，在加工时步骤为先加工一端的盲孔，然后在机床上将轴承座掉头，再加工另一侧的盲孔，这个掉头的操作会极大地影响支撑轴承座31的同轴度。而将支撑轴承座31拆分为通孔结构与长衬套35的组合后，即可避免加工支撑轴承座31时的掉头操作，因此保证了支撑轴承座31的同轴度。

在上述实施例的基础上，立板49与测试轴承座41可以为一体结构，即，立板49与测试轴承座41整体成型；中间板50设置有朝向立板49一侧延伸的螺柱；立板49在朝向中间板50的一侧设置有螺纹孔；中间板50与立板49之间通过螺柱与螺纹孔进行螺纹连接。

上述测量平台还包括紧定螺钉(图中未示出)；紧定螺钉与螺套44螺纹连接且与锥套43相抵，紧定螺钉沿螺套44的径向延伸且贯穿螺套44，用于将螺套44锁定于锥套43。由于螺套44上带有紧定螺钉，通过紧定螺钉能够将螺套44锁定于锥套43，可以在锥套43不加工键槽的情况下实现锁紧功能。

在测试轴承端盖42与测试轴承座41之间、支撑轴承座31与左支撑轴承端盖32之间、以及支撑轴承座31与右支撑轴承端盖37之间均可以通过螺钉、螺栓等可拆卸地紧固件进行固定连接。

采用力平衡法测量轴承动态摩擦力矩时，轴承启动时其摩擦力矩会不断变化，在一开始轴承摩擦力矩会瞬间上升达到峰值，峰值之后再下降直到保持稳定，因此所测的摩擦力矩会经历一个先上升后下降最后趋于平稳的变化过程，因此在测试的轴承动态摩擦力矩时，需要等待轴承运行平缓后再进行读取，这样就能确保所读取的轴承摩擦力矩是稳定运行轴承的动态摩擦力矩。力平衡法测量轴承启动摩擦力矩时，轴承在启动时摩擦力矩会有突变的情况，且轴承的内外圈在不同的相对位置时会有不同的接触特性，导致启动摩擦力矩改变，因此测量轴承的启动摩擦力矩不能以单次实验作为结论，需要多次测量最后取平均值。采用上述测量平台测量轴承动态摩擦力矩的具体测量方法如下：

第一步，将待测轴承安装在测试轴承座41上，调整轴向和径向载荷；通过波形弹簧45提供轴向载荷，载荷的大小由波形弹簧45的形变量控制；测试轴承座41两侧的砝码48提供径向载荷，载荷的大小由砝码48的质量和数量控制；

第二步，将力传感器47安装在龙门架46上；为防止测试轴承座41产生切向载荷损坏力传感器47，力传感器47与测试轴承座41不使用螺纹直接连接，而是在传感器接口处用一个中间板50进行连接，在测试轴承座41接口处用圆柱连接，使圆柱与中间板50相互作用，因此避免了力传感器47受到切向载荷，保护了力传感器47；

第三步启动电机，设定实验转速；待电机平稳运行后，即可读取力传感器47读数；测试轴承7的摩擦扭矩可以根据力传感器47读数来计算；

当轴承内圈随电机而转动时，力传感器47受到轴承外圈的摩擦力矩M，外圈的平衡力矩关系如下：

M＝W₁·L₁-W₂·L₂；

上式中，W₁为测试轴承座41左侧砝码48的重力，L₁为测试轴承座41左侧砝码48到主轴5中心的距离，W₂为测试轴承座41右侧砝码48的重力，L₂为测试轴承座41右侧砝码48到主轴5中心的距离；

由于力传感器47只测量测试轴承座41上沿传感器方向的力F，而所需的摩擦力矩与传感器测试得到的力关系如下：

M＝F·L；

上式中，L为力传感器47到主轴5中心的距离；

力传感器47和砝码48都会对测试轴承座41施加作用力，在安装测试轴承座41两侧的砝码48时，如果两边的砝码48质量相同，可能会出现在一开始力传感器47读取的是拉力，而轴承开始转动后读取的数变成了压力，为了避免传感器出现读数不确定的情况，需要使测试轴承座41左边的砝码48质量大于右边的砝码48，这样力传感器47始终都是读取的压力，再使用正反转的测量方法即可消除力传感器47读取初始力可能产生偏差的影响。记轴承在静止时，力传感器47读取的力为F₀；当电机正转时，力传感器47读取的力为F₁；当电机反转时，力传感器47读取的力为F₂。

当轴承正转时，测得的摩擦力矩M₁为：

M₁＝L·(F₁-F₀)；

当轴承反转时，测得的摩擦力矩M₂为：

M₂＝L·(F₀-F₂)；

对上述公式进行联立求解，消去F₀，得到轴承的摩擦力矩M表示如下：

M＝L·(F₁-F₂)/2。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于平衡法的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，包括底板、驱动部分、支撑部分、测试部分以及主轴；

所述主轴沿水平方向延伸；

沿所述主轴的轴向，所述驱动部分、所述支撑部分以及所述测试部分依次排列且固定安装于所述底板的顶面；所述驱动部分用于驱动所述主轴绕其沿水平方向延伸的轴心线转动；所述支撑部分用于支承所述主轴的中部；

所述主轴在与所述测试部分相对应的一端部设置有外锥面和外螺纹；沿从所述驱动部分朝向所述测试部分的方向，所述外锥面的直径逐渐减小；在所述外螺纹上螺纹连接有固定螺母；

所述测试部分包括测试轴承座、龙门架、力传感器、波形弹簧、锥套、螺套、挡环、砝码以及测试轴承端盖；所述测试轴承座与所述主轴同轴设置；所述锥套内设置有相接的锥形孔和通孔，外端部设置有外螺纹；所述锥套通过所述锥形孔形状配合地套设于所述外锥面；所述测试轴承座与所述锥套之间形成用于安装测试轴承的环形空间；测试轴承的外圈与所述测试轴承座的内周面过渡配合，测试轴承的内圈与所述锥套的外周面过盈配合；所述固定螺母用于将所述锥套压紧于所述主轴的外周侧；所述螺套与所述锥套的外螺纹螺纹连接，用于将测试轴承的内圈沿所述主轴的轴向压紧于所述螺套与所述主轴之间；所述测试轴承端盖固定连接于所述测试轴承座的外端部；所述测试轴承的外圈压紧于所述挡环和所述测试轴承座之间；所述测试轴承端盖的内端部伸入所述测试轴承座内，并在所述测试轴承端盖的内端面与所述挡环之间夹设有所述波形弹簧；所述波形弹簧用于向测试轴承提供轴向载荷；所述测试轴承座的两侧对称悬挂所述砝码，用于向测试轴承提供径向载荷；所述龙门架横跨所述测试轴承座的顶部，底端固定连接于所述底板的顶面；所述测试轴承座的顶部固定连接有立板，在所述立板的一侧固定连接有与其平行的中间板，在所述中间板与所述龙门架之间固定连接有所述力传感器。

2.如权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述支撑部分包括支撑轴承座、左支撑轴承端盖、锁紧螺母、一对角接触球轴承、衬套、圆柱滚子轴承以及右支撑轴承端盖；

所述支撑轴承座开设有通孔，并与所述主轴同轴设置，底部固定连接于所述底板的顶面；

所述左支撑轴承端盖固定连接于所述支撑轴承座的左端；

所述右支撑轴承端盖固定连接于所述支撑轴承座的右端；

所述主轴依次穿过所述右支撑轴承端盖、所述支撑轴承座以及所述左支撑轴承端盖；

一对所述角接触球轴承和所述圆柱滚子轴承安装于所述支撑轴承座与所述主轴之间；在一对所述角接触球轴承的外圈之间夹设有支撑轴承衬套；

一对所述角接触球轴承的外圈夹紧于所述左支撑轴承端盖的右端面与所述衬套的左端面之间，内圈夹紧于所述主轴与所述锁紧螺母之间；

所述锁紧螺母螺纹连接于所述主轴靠近所述左支撑轴承端盖的一端；

所述圆柱滚子轴承的外圈夹紧于所述衬套的右端面与所述右支撑轴承端盖的左端面之间，所述圆柱滚子轴承的内圈左端面与所述主轴相抵且内圈右端面通过安装于所述主轴的轴挡进行限位。

3.如权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述主轴与所述左支撑轴承端盖和所述右支撑轴承端盖之间均设置有密封件。

4.如权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述驱动部分包括电机、电机支架以及联轴器；

所述电机通过所述电机支架固定安装于所述底座的顶面；

所述电机的输出轴与所述主轴通过所述联轴器固定连接。

5.如权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述轴向载荷通过所述波形弹簧的形变量进行调节。

6.如权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述立板与所述测试轴承座为一体结构；

所述中间板设置有朝向所述立板一侧延伸的螺柱；

所述立板在朝向所述中间板的一侧设置有螺纹孔；

所述中间板与所述立板之间通过所述螺柱与所述螺纹孔进行螺纹连接。

7.如权利要求6所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，在所述龙门架上固定连接有竖直的安装板；

所述力传感器垂直连接于所述安装板与所述中间板之间。

8.如权利要求1-7任一项所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述力传感器一侧砝码的质量大于另一侧砝码的质量。

9.如权利要求1-7任一项所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，还包括紧定螺钉；

所述紧定螺钉与所述螺套螺纹连接且与所述锥套相抵，用于将所述螺套锁定于所述锥套。

10.如权利要求1-7任一项所述的滚动轴承摩擦力矩测量平台，其特征在于，所述固定螺母并排设置有两个。