CN117760613A - 一种滚动轴承摩擦力矩测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动轴承摩擦力矩测试装置及方法，驱动系统与测试轴系连接，利用扭矩传感器实时采集测试轴系的摩擦力矩；加载系统通过电动缸加载方式来施加测试载荷，力传感器实时监测并记录测试载荷，同时反馈至系统以实现加载力的闭环控制；测试轴系预留有拆装环槽，方便整个轴系的安装与拆卸，并带动两组试验轴承在设定的转速及载荷下旋转；拆装系统利用高精密直线导轨可将轴系轻稳地运送至测试工位，或测试完成后拉回原位，大大节省测试过程中的人力和物力；最终通过计算机将多次测量结果进行方程联合求解，以获得测试轴承的摩擦力矩值。本发明在测试条件下稳定可靠，满足滚动轴承摩擦力矩测试精度要求，并可有效测试滚动轴承的性能。

Description

一种滚动轴承摩擦力矩测试装置及方法

技术领域

本发明属于滚动轴承检验测试领域，具体涉及一种滚动轴承摩擦力矩测试装置及方法。

背景技术

摩擦力矩是滚动轴承核心性能参数，直接影响着轴承的发热、温升和磨损等，进而影响滚动轴承的性能和寿命。摩擦力矩特性是滚动轴承的一种固有特性，直接反应轴承运行过程中的旋转灵活性，科学精确地测量滚动轴承的摩擦力矩对滚动轴承的设计、制造、应用及评价具有重要意义。

现阶段摩擦力矩测试装置的测试依据主要为传递测量法和平衡测量法：其中传递测量法是将力矩传感器安装在驱动和轴承的中间作为传递体，当驱动轴承内圈(或外圈)旋转时，外圈(或内圈)固定不转，轴承摩擦力矩作为负载力矩传递到力矩传感器上，传感器所测得的力矩即为轴承摩擦力矩；平衡测量法为驱动轴承内圈(或外圈)旋转时，在力矩的作用下，轴承外圈(或内圈)有转动的趋势，外圈(或内圈)连接的力矩传感器或者力传感器作为平衡力矩或者平衡力，阻碍轴承外圈(或内圈)旋转，使两者保持动态平衡，通过力矩传感器或者力传感器测得的平衡力矩或者平衡力即为轴承摩擦力矩。但这两种测试方法在测试过程中一般是针对单套轴承进行测量，悬臂式的测量结构运行过程中非但不稳定，而且可施加的轴向载荷较小、转速较低，通常只能根据国家标准GB/T 32562-2016《滚动轴承摩擦力矩测量方法》中的摩擦力矩的特殊测量条件，载荷为0.75N～200N，转速为0.5r/min～10r/min。当前测试装置及方法已不能满足实际工况下摩擦力矩的测试需求，亟需研发新的滚动轴承摩擦力矩测试装置和探索新的测试方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种滚动轴承摩擦力矩测试装置及方法。可用于测试滚动轴承的摩擦力矩性能，与现有装置不同是单次上机测试两套轴承的总摩擦力矩，且能够满足高速重载的试验工况，通过多次上机测试结果进行方程联立求解，可最终实现单套轴承摩擦力矩的精密测试。当测试轴承尺寸较大时，整个测试轴系的重量可能达到几百公斤，靠人工搬运已不现实，设计有专用的拆装系统方便测试轴系的上机和下机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，包括：驱动系统、加载系统、测试轴系、拆装系统和机械框架；所述驱动系统安装在机械框架内侧；拆装系统安装在机械框架上，用于运送测试轴系；测试轴系通过拆装系统运送至测试位置，或拉回至原位，下端通过扭矩传感器与驱动系统连接，上端连接加载系统；加载系统固定在机械框架上，为测试轴系提供加载力；机械框架用于安装整个测试装置的各个系统或配件，提供一个支撑主体；

所述测试轴系包括通过芯轴连接在一起的两个测试轴承，下端测试轴承通过扭矩传感器连接驱动系统，上端测试轴承连接加载系统；所述

所述拆装系统与机械框架滑动连接，包括和测试轴系的芯轴连接的拆装支架、安装在拆装支架左右两端的拆装电动缸、安装测试轴承的中间面板以及连接的中间面板的上气缸；通过上气缸的收缩或伸长，将中间面板抬起或放下，并通过拆装电动缸驱动拆装支架，测试轴系整体拆卸或安装。

进一步地，所述驱动系统包括：伺服电机、电机板、联轴器、扭矩传感器、齿形离合器、扭矩传感器支撑板、气缸连接座、下气缸和下立柱；所述伺服电机安装在电机板上，通过驱动器来控制伺服电机的转速；所述电机板固定在下气缸上，随下气缸进行上下移动；扭矩传感器一端通过联轴器连接伺服电机，另一端连接齿形离合器；齿形离合器包括下齿与上齿，下齿与扭矩传感器连接，上齿与测试轴系连接，监测测试轴系的摩擦力矩；扭矩传感器支撑板安装在电机板上，用于安装扭矩传感器；气缸连接座上端安装在机械框架上，下端与下气缸一端连接；下气缸另一端连接在电机板上，当测试开始时下气缸收缩，实现齿形离合器下齿与上齿的啮合，当测试结束时下气缸伸长，实现齿形离合器下齿与上齿的分离；四根下立柱上端固定在机械框架上，下端与电机板的四角的个圆孔间隙配合，为电机板上下移动提供导向。

进一步地，所述加载系统包括：加载盖、负荷柱、加载电动缸、加载套和力传感器；所述加载盖安装在测试轴系的上端，用于传递测试载荷；负荷柱安装在加载盖上，根据长短多挡可调，以适应不同长度大小的测试轴系；加载电动缸安装在机械框架上，为测试轴系提供设定的测试载荷；加载套安装在加载电动缸的头部，内置有蝶形弹簧用于缓冲施加的载荷；力传感器安装在加载套上，用于实时监测测试载荷，并与加载电动缸形成载荷的闭环控制。

进一步地，所述测试轴系包括：下轴承座、测试轴承A、测试芯轴、测试轴承B和上轴承座；测试轴承A内圈安装在芯轴的下端，外圈安装在下轴承座座孔内；测试芯轴用于安装测试轴承A和测试轴承B，中间预留有拆装环槽，用于安装拆装支架；测试轴承B内圈安装在芯轴的上端，外圈安装在上轴承座座孔内。

进一步地，所述拆装系统包括：滑板、直线导轨、拆装支架、中间面板、上气缸、拆装电动缸和直线轴承；所述滑板安装在直线导轨上，预留座孔用于安装测试轴系，测试开始前将测试轴系运送至测试工位，测试结束后将测试轴系拉回至原位；直线导轨固定在机械框架上，为滑板提供运动导向；拆装支架两端分别连接左右两个拆装电动缸，中间的环带安装在测试芯轴的拆装环槽内；中间面板与两个对角的上气缸连接，四个角上的孔安装直线轴承；上气缸上端固定在机械框架上，下端与中间面板连接，测试开始前上气缸收缩，将中间面板抬起，待测试轴系安装至机械框架的座孔内后，上气缸伸长将中间面板放下，此时上轴承座便固定在中间面板的座孔内，避免测试过程中测试轴系发生摇摆；拆装电动缸上端固定在机械框架上，当滑板将测试轴系运送至测试工位后，下端与拆装支架进行连接，此时拆装电动缸收缩，将测试轴系整体抬起并抽出滑板，待滑板抽出后，拆装电动缸伸长，再将测试轴系缓慢放至机械框架的座孔内，便完成了测试轴系的安装。

进一步地，所述机械框架包括：机架、台板、上立柱、上法兰座、上面板和下法兰座；所述机架是由多根三角铁组成，将拆装系统支撑起来，内部空间用于安装驱动系统，承受着整机的重量并保证台板的水平放置；台板安装在机架上，两者连接处加有减震垫，以减小试验过程中的整机振动，为测试轴系提供工作台面；上立柱下端安装在下法兰座的座孔内，为上面板提供支撑，并为中间面板的上下移动提供向导；上法兰座固定在上面板的四个角上，内孔用于安装上立柱的上端，并通过上立柱的台阶进行轴向定位；上面板通过法兰座固定在上立柱的上端；下法兰座固定在台板上，内孔用于安装上立柱下端，并通过上立柱的台阶进行轴向定位。

第二方面，本发明还提供了一种滚动轴承摩擦力矩测试方法，当测试轴承公称外径尺寸D<120mm，或加载电动缸需要施加的载荷F远大于测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的总重量G，即因测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的重量造成测试轴承A和测试轴承B两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩细小差异可忽略不计时；需对被测滚动轴承进行三次成对测量，基于测试装置分别测量测试轴承A和测试轴承B、测试轴承C和测试轴承B以及测试轴承C和测试轴承A的总摩擦力矩，根据三次测试结果构建方程组，求解得到每个测试轴承的摩擦力矩。

第三方面，本发明还提供了一种滚动轴承摩擦力矩测试方法，当测试轴承公称外径尺寸D≥120mm，或加载电动缸需要施加的载荷F相比于测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的总重量G，不满足远大于的条件，即因测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的重量造成测试轴承A和测试轴承B两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩差异不可忽略时；基于测试装置测量测试轴承A和测试轴承B的总摩擦力矩；然后将测试轴承A和测试轴承B的位置互换，再次测量二者的总摩擦力矩，然后基于测试轴承A和测试轴承B的摩擦系数、过滚动体中心的虚拟半径、接触角以及在不同位置上的法相载荷，计算两种测量情况下各自的摩擦力矩，构建方程组，求解得到每个测试轴承的摩擦力矩。

本发明的有益效果：本发明可测试滚动轴承的摩擦力矩性能，通过准确模拟轴承试验工况：转速和载荷，对被测轴承进行两次或三次成对测试其总摩擦力矩，将测试结果进行方程联立求解，并最终实现单套轴承摩擦力矩的精密测试；可将测试数据反馈至原材料制作阶段、设计阶段和制造工艺阶段，保证各阶段水平的稳定性及可靠性，从源头真正解决滚动轴承摩擦力矩较大或不稳定问题。此外，当测试轴承尺寸较大时，整个测试轴系的重量可能达到几百公斤，靠人工搬运已不现实，设计有专用的拆装系统方便测试轴系的上机和下机，大大节省测试过程中的人力和物力。

附图说明

图1为本发明提供的一种滚动轴承摩擦力矩测试装置的整体结构图；

图2为本发明驱动系统结构图；

图3为本发明加载系统结构图；

图4为本发明测试轴系结构图；

图5为本发明拆装系统结构图；

图6为本发明机械框架结构图；

图中：驱动系统1、加载系统2、测试轴系3、拆装系统4、机械框架5、伺服电机6、电机板7、联轴器8、扭矩传感器9、齿形离合器10、扭矩传感器支撑板11、气缸连接座12、下气缸13、下立柱14、加载盖15、负荷柱16、加载电动缸17、加载套18、力传感器19、下轴承座20、测试轴承A21、测试芯轴22、测试轴承B 23、上轴承座24、滑板25、直线导轨26、拆装支架27、中间面板28、上气缸29、拆装电动缸30、直线轴承31、机架32、台板33、上立柱34、上法兰座35、上面板36和下法兰座37

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作出更清楚、完善的详细说明，通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，以下实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，如无特别的特定记载，并未将本发明的范围仅限于此。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。

如图1所示，本发明提供了一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，包括：驱动系统1、加载系统2、测试轴系3、拆装系统4和机械框架5；所述驱动系统1安装在机械框架5的台板33上，通过齿形离合器10与测试轴系3连接；加载系统2固定在机械框架5的上面板36上，为测试轴系3提供加载力；测试轴系3通过拆装系统4运送至测试位置，或拉回至原位，测试轴系3下端通过齿形离合器10与驱动系统1连接，测试轴系3上端通过加载盖15传递加载系统2的加载力；拆装系统4安装在机械框架5的台板33上，用于运送测试轴系3；机械框架5用于安装整个测试装置的各个系统或配件，提供一个支撑主体。

如图2所示，所述驱动系统1包括：伺服电机6、电机板7、联轴器8、扭矩传感器9、齿形离合器10、扭矩传感器支撑板11、气缸连接座12、下气缸13和下立柱14；所述伺服电机6安装在电机板7上，通过驱动器来控制伺服电机6的转速；所述电机板7固定在下气缸13上，其四个角上的圆孔与四根下立柱14间隙配合安装，可随下气缸13进行上下移动；联轴器8用于连接伺服电机6和扭矩传感器9；扭矩传感器9一端连接联轴器8，另一端连接齿形离合器10的下齿，测试开始后可实时监测测试轴系3的摩擦力矩；齿形离合器10包括下齿与上齿，下齿与扭矩传感器9连接，上齿与测试轴系3连接，用于驱动系统1和测试轴系3的啮合与分离；扭矩传感器支撑板11安装在电机板7上，扭矩传感器9安装在扭矩传感器支撑板11上；气缸连接座12上端安装在机械框架5的台板33上，下端与下气缸13连接；下气缸13一端固定在气缸连接座12上，另一端连接在电机板7上，当测试开始时下气缸13收缩，实现齿形离合器10下齿与上齿的啮合，当测试结束时下气缸13伸长，实现齿形离合器10下齿与上齿的分离；四根下立柱14上端固定在机械框架5的台板33上，下端与电机板7的4个圆孔间隙配合，为电机板7上下移动提供导向。

如图3所示，所述加载系统2包括：加载盖15、负荷柱16、加载电动缸17、加载套18和力传感器19；所述加载盖15安装在测试轴系3的上端，用于传递测试载荷；负荷柱16安装在加载盖15上，根据长短多挡可调，以适应不同长度大小的测试轴系3；加载电动缸17安装在机械框架5的上面板36上，为测试轴系3提供设定的测试载荷；加载套18安装在加载电动缸17的头部，内置有蝶形弹簧用于缓冲施加的载荷，避免加载电动缸17的头部直接与力传感器19刚性接触；力传感器19安装在加载套18上，用于实时监测测试载荷，并与加载电动缸17实现载荷的闭环控制。

如图4所示，所述测试轴系3包括：下轴承座20、测试轴承A21、测试芯轴22、测试轴承B23和上轴承座24；所述下轴承座20安装在机械框架5的台板33的座孔内，用于安装测试轴承A21的外圈；测试轴承A21内圈安装在芯轴22的下端；测试芯轴22用于安装测试轴承A21和测试轴承B23，中间预留有拆装环槽，用于安装拆装系统4的拆装支架27，以方便整个测试轴系3的拆装或起吊；测试轴承B23内圈安装在芯轴22的上端，外圈安装在上轴承座24座孔内；上轴承座24安装在拆装系统4的中间面板28的座孔内，用于安装测试轴承B23的外圈。

如图5所示，所述拆装系统4包括：滑板25、直线导轨26、拆装支架27、中间面板28、上气缸29、拆装电动缸30和直线轴承31；所述滑板25安装在直线导轨26上，预留座孔用于安装测试轴系3，测试开始前将测试轴系3运送至测试工位，测试结束后将测试轴系3拉回至原位；直线导轨26固定在机械框架5的台板33上，为滑板25提供运动导向；拆装支架27两端分别连接左右两个拆装电动缸30，中间的环带安装在测试芯轴22的拆装环槽内；中间面板28与两个对角的上气缸29连接，四个角上的孔安装直线轴承31；上气缸29上端固定在机械框架5的上面板36上，下端与中间面板28连接，测试开始前上气缸29收缩，将中间面板28抬起，待测试轴系3安装至机械框架5的台板33的座孔内后，上气缸29伸长将中间面板28放下，此时测试轴系3的上轴承座24便安装在中间面板28的座孔内，可避免测试过程中测试轴系3发生摇摆；拆装电动缸30上端固定在机械框架5的上面板36上，当滑板25将测试轴系3运送至测试工位后，下端与拆装支架27进行连接，此时拆装电动缸30收缩，将测试轴系3整体抬起并抽出滑板25，待滑板25抽出后，拆装电动缸30伸长，再将测试轴系3缓慢放至机械框架5的台板33的座孔内，便完成了测试轴系3的安装，测试轴系3的拆出类似上述步骤完成。四个直线轴承31的外圈安装在中间面板28四个角上的圆孔内，内圈安装在四个机械框架5的上立柱34上，使得中间面板28上下移动过程中减少摩擦。

如图6所示，所述机械框架5包括：机架32、台板33、上立柱34、上法兰座35、上面板36和下法兰座37；所述机架32是由多根100*100*10的三角铁组成，将拆装系统4支撑起来，内部空间用于安装驱动系统1，承受着整机的重量并保证台板33的水平放置；台板33安装在机架32上，两者连接处加有减震垫，以减小试验过程中的整机振动，为测试轴系3提供工作台面；上立柱34下端安装在下法兰座37的座孔内，为上面板36提供支撑，并为拆装系统4的中间面板28的上下移动提供向导；上法兰座35通过螺栓固定在上面板36的四个角上，内孔用于安装上立柱34的上端，并通过上立柱34的台阶进行轴向定位，然后再用锁紧螺母锁死固定；上面板36通过法兰座35固定在上立柱34的上端，用于安装和固定加载电动缸17、上气缸29和拆装电动缸30等零部件；下法兰座37通过螺栓固定在台板33上，内孔用于安装上立柱34下端，并通过上立柱34的台阶进行轴向定位，然后再用锁紧螺母锁死固定。

具体测试过程如下：

1.当测试轴承处于中小型轴承尺寸段范围以下时(公称外径尺寸D<120mm)，或加载电动缸需要施加的载荷F远大于测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的总重量G时，因测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的重量造成测试轴承A和测试轴承B两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩细小差异可忽略不计时(测试轴承A承受的载荷为F+G，测试轴承B承受的载荷为F)；需对被测滚动轴承进行三次成对测量，然后通过建立方程组并联立求解的方式得到被测轴承的摩擦力矩，测试过程如下：

步骤一、测试轴承A21和测试轴承B23的内圈安装至测试芯轴22，再将测试轴承A21和测试轴承B23的外圈分别安装至下轴承座20和上轴承座24，则测试轴系3安装完毕，作为一个整体放置在滑板25的座孔内。

步骤二、上气缸29收缩，将中间面板28抬起；滑板25缓慢推至测试工位，拆装支架27两端分别连接左右两个拆装电动缸30，中间的环带安装在测试芯轴22的拆装环槽内；然后拆装电动缸30开始收缩，将测试轴系3整体缓缓抬起，并抽出滑板25退回至原位。

步骤三、拆装电动缸30开始慢慢伸长，将测试轴系3缓慢放至台板33的座孔内，随后将拆装支架27拆出；上气缸29伸长将中间面板28放下，此时上轴承座24便安装在中间面板28的座孔内，此时便完成了测试轴系3的安装。

步骤四、下气缸13收缩，使得齿形离合器10下齿与上齿啮合，则驱动系统1与测试轴系3连接完成，伺服电机6按照设定的转速n带动测试轴承A21和测试轴承B23旋转；加载电动缸17施加设定的载荷。

步骤五、扭矩传感器9实时监测并记录测试轴承A21和测试轴承B23的总摩擦力矩M₁，其中测试轴承A21的摩擦力矩为M_A，测试轴承B 23的摩擦力矩为M_B，测试时间可设置为3mim、5mim和10min等，此次测试称为第一次测试。

步骤六、待第一次测试完成后，上气缸29收缩，使得中间面板28抬起；安装拆装支架27后，拆装电动缸30收缩，将测试轴系3整体抬起；待滑板25缓慢推至测试工位，拆装电动缸30再伸长将测试轴系3放至滑板25的座孔内，滑板25缓缓退回至原位；上气缸29收缩，将中间面板28降落。

步骤七、测试轴承A21外圈从下轴承座20拆出，测试轴承A21内圈从测试芯轴22拆出；用测试轴承C将测试轴承A21替换下来，即测试轴承C的内圈安装至测试芯轴22，测试轴承C的外圈安装至下轴承座20；此时测试轴系3上的轴承分别是测试轴承B23和测试轴承C；将安装完毕后的测试轴系3作为一个整体放置在滑板25的座孔内。

步骤八、重复上述步骤二、步骤三和步骤四，扭矩传感器9实时监测并记录测试轴承B23和测试轴承C的总摩擦力矩M₂，其中测试轴承B23的摩擦力矩为M_B，测试轴承C的摩擦力矩为M_C，测试时间可设置为3mim、5mim和10min等，此次测试称为第二次测试。

步骤九、测试轴承B23外圈从上轴承座24拆出，测试轴承B23内圈从测试芯轴22拆出；用测试轴承A21将测试轴承B23替换下来，即测试轴承A21的内圈安装至测试芯轴22，测试轴承A21的外圈安装至上轴承座24；此时测试轴系3上的轴承分别是测试轴承A21和测试轴承C；将安装完毕后的测试轴系3作为一个整体放置在滑板25的座孔内。

步骤十、重复上述步骤二、步骤三和步骤四，扭矩传感器9实时监测并记录测试轴承A21和测试轴承C的总摩擦力矩M₃，其中测试轴承A21的摩擦力矩为M_A，测试轴承C的摩擦力矩为M_C，测试时间可设置为3mim、5mim和10min等，此次测试称为第三次测试。

步骤十一、重复步骤六，将测试轴系3从滑板25的座孔内吊出，测试轴承A21、测试芯轴22、测试轴承C、上轴承座24和下轴承座20分别拆卸下来放置在有对应标记信息的置物架上。

步骤十二、通过计算机将三次测试结果建立三元一次方程组并进行联合求解：

式中，M_A为测试轴承A21的摩擦力矩，M_B为测试轴承B23的摩擦力矩，M_C为测试轴承C的摩擦力矩，M₁为第一次测试扭矩传感器9实时监测并记录的结果，M₂为第二次测试扭矩传感器9实时监测并记录的结果，M₃为第三次测试扭矩传感器9实时监测并记录的结果。

求解上述三元一次方程组即可分别得到测试条件为转速n、载荷F的条件下测试轴承A21、测试轴承B23和测试轴承C的摩擦力矩M_A、M_B和M_C，测试完毕。

2.当测试轴承处于中小型轴承尺寸段范围以上时公称外径尺寸(D≥120mm)，或加载电动缸需要施加的载荷F相比于测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的总重量G，不满足远大于的条件，即因测试芯轴、测试轴承B和上轴承座的重量造成测试轴承A和测试轴承B两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩差异不可忽略时(测试轴承A承受的载荷为F+G，测试轴承B承受的载荷为F)；需对被测滚动轴承进行两次成对测量，然后通过建立方程组并联立求解的方式得到被测轴承的摩擦力矩，测试过程如下：

测试过程的步骤一、步骤二、步骤三、步骤四、步骤五和步骤六与上述所述的步骤一、步骤二、步骤三、步骤四、步骤五和步骤六相同；

当被测轴承的型号确定后，可获得接触角α和过滚动体中心的虚拟半径R，则测试轴承A21的法相载荷为(F+G)/sinα，测试轴承B23的法相载荷为F/sinα；设测试轴承A21的摩擦系数为f_A，测试轴承B23的摩擦系数为f_B，则测试轴承A21的摩擦力矩M_A＝f_A(F+G)R/sinα，测试轴承B23的摩擦力矩M_B＝f_BFR/sinα；公式具体如下：

M_A+M_B＝M₁即

步骤七、测试轴承A21的外圈从下轴承座20拆出，测试轴承B23的外圈从上轴承座24拆出；将测试芯轴22旋转180°，即测试轴承A21和测试轴承B23与原来的安装位置互换；再将齿形离合器10的上齿从测试芯轴22一端拆下，安装至测试芯轴22的另一端；测试轴承A21的外圈安装至上轴承座24，测试轴承B23的外圈安装至下轴承座20；将安装完毕后的测试轴系3作为一个整体放置在滑板25的座孔内。

步骤八、重复上述所述的步骤二、步骤三、步骤四和步骤五进行第二次测试，则互换位置后的测试轴承A21的法相载荷为F/sinα，测试轴承B23的法相载荷为(F+G)/sinα，则测试轴承A21的摩擦力矩M_A＝f_AFR/sinα，测试轴承B23的摩擦力矩M_B＝f_B(F+G)R/sinα；公式具体如下：

M_A+M_B＝M₂即

步骤九、待第二次测试完成后，上述所述的步骤十一，测试轴承A 21、测试芯轴22、测试轴承B23、上轴承座24和下轴承座20分别拆卸下来放置在有对应标记信息的置物架上。

步骤十、通过计算机将两次测试结果建立二元一次方程组并进行联合求解在测试过程中，测试轴承A21与测试轴承B23两者型号相同，则这两者的重量相同，对应的下轴承座20和上轴承座24重量相同，且过滚动体中心的虚拟半径R也相同：

式中，f_A为测试轴承A21的摩擦系数，f_B为测试轴承B23的摩擦系数，F为加载电动缸17施加的载荷，G为测试芯轴22、测试轴承B23和上轴承座24的总重量，R为测试轴承过滚动体中心的虚拟半径，α为测试轴承的接触角，M₁为第一次测试扭矩传感器9实时监测并记录的结果，M₂为第二次测试扭矩传感器9实时监测并记录的结果。

求解上述二元一次方程组即可分别得到测试轴承A21的摩擦系数f_A，测试轴承B23的摩擦系数f_B；将两个求解结果分别带入f_AFR/sinα和f_BFR/sinα，便可分别获得在测试条件为转速n、载荷F的条件下测试轴承A21摩擦力矩M_A和测试轴承B23摩擦力矩M_B，测试完毕。

综上所述，本发明可测试滚动轴承的摩擦力矩性能，通过准确模拟轴承试验工况：转速和载荷，对被测轴承进行两次或三次成对测试其总摩擦力矩，将测试结果进行方程联立求解，并最终实现单套轴承摩擦力矩的精密测试；可将测试数据反馈至原材料制作阶段、设计阶段和制造工艺阶段，保证各阶段水平的稳定性及可靠性，从源头真正解决滚动轴承摩擦力矩较大或不稳定问题。此外，当测试轴承尺寸较大时，整个测试轴系的重量可能达到几百公斤，靠人工搬运已不现实，设计有专用的拆装系统方便测试轴系的上机和下机，大大节省测试过程中的人力和物力。

最后应说明的是：凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，包括：驱动系统(1)、加载系统(2)、测试轴系(3)、拆装系统(4)和机械框架(5)；所述驱动系统(1)安装在机械框架(5)内侧；拆装系统(4)安装在机械框架(5)上，用于运送测试轴系(3)；测试轴系(3)通过拆装系统(4)运送至测试位置，或拉回至原位，下端通过扭矩传感器(9)与驱动系统(1)连接，上端连接加载系统(2)；加载系统(2)固定在机械框架(5)上，为测试轴系(3)提供加载力；机械框架(5)用于安装整个测试装置的各个系统或配件，提供一个支撑主体；

所述测试轴系(3)包括通过芯轴连接在一起的两个测试轴承，下端测试轴承通过扭矩传感器(9)连接驱动系统(1)，上端测试轴承连接加载系统(2)；所述

所述拆装系统(4)与机械框架(5)滑动连接，包括和测试轴系(3)的芯轴连接的拆装支架(27)、安装在拆装支架(27)左右两端的拆装电动缸(30)、安装测试轴承的中间面板(28)以及连接的中间面板(28)的上气缸(29)；通过上气缸(29)的收缩或伸长，将中间面板(28)抬起或放下，并通过拆装电动缸(30)驱动拆装支架(27)，测试轴系(3)整体拆卸或安装。

2.根据权利要求1所述一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述驱动系统(1)包括：伺服电机(6)、电机板(7)、联轴器(8)、扭矩传感器(9)、齿形离合器(10)、扭矩传感器支撑板(11)、气缸连接座(12)、下气缸(13)和下立柱(14)；所述伺服电机(6)安装在电机板(7)上，通过驱动器来控制伺服电机(6)的转速；所述电机板(7)固定在下气缸(13)上，随下气缸(13)进行上下移动；扭矩传感器(9)一端通过联轴器(8)连接伺服电机(6)，另一端连接齿形离合器(10)；齿形离合器(10)包括下齿与上齿，下齿与扭矩传感器(9)连接，上齿与测试轴系(3)连接，监测测试轴系(3)的摩擦力矩；扭矩传感器支撑板(11)安装在电机板(7)上，用于安装扭矩传感器(9)；气缸连接座(12)上端安装在机械框架(5)上，下端与下气缸(13)一端连接；下气缸(13)另一端连接在电机板(7)上，当测试开始时下气缸(13)收缩，实现齿形离合器(10)下齿与上齿的啮合，当测试结束时下气缸(13)伸长，实现齿形离合器(10)下齿与上齿的分离；四根下立柱(14)上端固定在机械框架(5)上，下端与电机板(7)的四角的4个圆孔间隙配合，为电机板(7)上下移动提供导向。

3.根据权利要求1所述一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述加载系统(2)包括：加载盖(15)、负荷柱(16)、加载电动缸(17)、加载套(18)和力传感器(19)；所述加载盖(15)安装在测试轴系(3)的上端，用于传递测试载荷；负荷柱(16)安装在加载盖(15)上，根据长短多挡可调，以适应不同长度大小的测试轴系(3)；加载电动缸(17)安装在机械框架(5)上，为测试轴系(3)提供设定的测试载荷；加载套(18)安装在加载电动缸(17)的头部，内置有蝶形弹簧用于缓冲施加的载荷；力传感器(19)安装在加载套(18)上，用于实时监测测试载荷，并与加载电动缸(17)形成载荷的闭环控制。

4.根据权利要求1所述一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述测试轴系(3)包括：下轴承座(20)、测试轴承A(21)、测试芯轴(22)、测试轴承B(23)和上轴承座(24)；测试轴承A(21)内圈安装在芯轴(22)的下端，外圈安装在下轴承座(20)座孔内；测试芯轴(22)用于安装测试轴承A(21)和测试轴承B(23)，中间预留有拆装环槽，用于安装拆装支架(27)；测试轴承B(23)内圈安装在芯轴(22)的上端，外圈安装在上轴承座(24)座孔内。

5.根据权利要求1所述一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述拆装系统(4)包括：滑板(25)、直线导轨(26)、拆装支架(27)、中间面板(28)、上气缸(29)、拆装电动缸(30)和直线轴承(31)；所述滑板(25)安装在直线导轨(26)上，预留座孔用于安装测试轴系(3)，测试开始前将测试轴系(3)运送至测试工位，测试结束后将测试轴系(3)拉回至原位；直线导轨(26)固定在机械框架(5)上，为滑板(25)提供运动导向；拆装支架(27)两端分别连接左右两个拆装电动缸(30)，中间的环带安装在测试芯轴(22)的拆装环槽内；中间面板(28)与两个对角的上气缸(29)连接，四个角上的孔安装直线轴承(31)；上气缸(29)上端固定在机械框架(5)上，下端与中间面板(28)连接，测试开始前上气缸(29)收缩，将中间面板(28)抬起，待测试轴系(3)安装至机械框架(5)的座孔内后，上气缸(29)伸长将中间面板(28)放下，此时上轴承座(24)便固定在中间面板(28)的座孔内，避免测试过程中测试轴系(3)发生摇摆；拆装电动缸(30)上端固定在机械框架(5)上，当滑板(25)将测试轴系(3)运送至测试工位后，下端与拆装支架(27)进行连接，此时拆装电动缸(30)收缩，将测试轴系(3)整体抬起并抽出滑板(25)，待滑板(25)抽出后，拆装电动缸(30)伸长，再将测试轴系(3)缓慢放至机械框架(5)的座孔内，便完成了测试轴系(3)的安装。

6.根据权利要求1所述一种滚动轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述机械框架(5)包括：机架(32)、台板(33)、上立柱(34)、上法兰座(35)、上面板(36)和下法兰座(37)；所述机架(32)是由多根三角铁组成，将拆装系统(4)支撑起来，内部空间用于安装驱动系统(1)，承受着整机的重量并保证台板(33)的水平放置；台板(33)安装在机架(32)上，两者连接处加有减震垫，以减小试验过程中的整机振动，为测试轴系(3)提供工作台面；上立柱(34)下端安装在下法兰座(37)的座孔内，为上面板(36)提供支撑，并为中间面板(28)的上下移动提供向导；上法兰座(35)固定在上面板(36)的四个角上，内孔用于安装上立柱(34)的上端，并通过上立柱(34)的台阶进行轴向定位；上面板(36)通过法兰座(35)固定在上立柱(34)的上端；下法兰座(37)固定在台板(33)上，内孔用于安装上立柱(34)下端，并通过上立柱(34)的台阶进行轴向定位。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述测试装置的滚动轴承摩擦力矩测试方法，其特征在于，当测试轴承公称外径尺寸D<120mm，或加载电动缸(17)需要施加的载荷F远大于测试芯轴(22)、测试轴承B(23)和上轴承座(24)的总重量G，即因测试芯轴(22)、测试轴承B(23)和上轴承座(24)的重量造成测试轴承A(21)和测试轴承B(23)两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩细小差异可忽略不计时；需对被测滚动轴承进行三次成对测量，基于测试装置分别测量测试轴承A和测试轴承B、测试轴承C和测试轴承B以及测试轴承C和测试轴承A的总摩擦力矩，根据三次测试结果构建方程组，求解得到每个测试轴承的摩擦力矩。

8.一种基于权利要求1-6任一项所述测试装置的滚动轴承摩擦力矩测试方法，其特征在于，当测试轴承公称外径尺寸D≥120mm，或加载电动缸(17)需要施加的载荷F相比于测试芯轴(22)、测试轴承B(23)和上轴承座(24)的总重量G，不满足远大于的条件，即因测试芯轴(22)、测试轴承B(23)和上轴承座(24)的重量造成测试轴承A(21)和测试轴承B(23)两者的承受载荷不同而引起的摩擦力矩差异不可忽略时；基于测试装置测量测试轴承A(21)和测试轴承B(23)的总摩擦力矩；然后将测试轴承A(21)和测试轴承B(23)的位置互换，再次测量二者的总摩擦力矩，然后基于测试轴承A(21)和测试轴承B(23)的摩擦系数、过滚动体中心的虚拟半径、接触角以及在不同位置上的法相载荷，计算两种测量情况下各自的摩擦力矩，构建方程组，求解得到每个测试轴承的摩擦力矩。