CN1321321C - 轴承微载荷摩擦力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轴承微载荷摩擦力测量装置。测量架包括伸出臂，测量盘，加载力螺栓，被测轴承，挡板组成。将被测轴承安放于测量架的测量盘孔内，利用向上的力，从上面对测量架施加载荷，以平衡悬浮于转轴上测量架本身的重力，实现微载荷测量。摩擦力和偏位的拉力平衡后所产生的角度在杠杆作用下放大为伸出臂端部的垂直位移，使用非接触式传感器，实现了对滑动轴承和滚动轴承的摩擦力以及摩擦系数的精确测量。本发明可以测量微小载荷下真实的径向轴承摩擦状态，对研究轴承的启闭特性、真实润滑以及粘滑效应等有明显的优势。对新型轴承和润滑剂的开发或者检测的具有评判价值。

Description

轴承微载荷摩擦力测量装置

技术领域

本发明涉及力矩的测量，具体涉及一种轴承微载荷摩擦力测量装置。

背景技术

摩擦的测量方法有许多种，但无论怎样，都离不开两个参数的测量，即压力和摩擦力。对于径向轴承在微载荷条件下的情况，摩擦力的测量困难在于两点：摩擦力的不稳定性，这种不稳定往往和承载力、转速以及结构有关；微小的摩擦力难于用普通的方法测定。所以要测量径向轴承微载荷下的摩擦力，必须要找到一种摩擦力的精确测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承微载荷摩擦力测量装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

微载荷能够得到保证，即大体上得到径向载荷接近于零的加载，实现微载荷摩擦的条件。对于微载荷条件的实现，具体解决方法如下：从竖直向上的方向上加载，用加载力平衡轴承本身以及测量架的重量，实现微载荷。

一、轴承微载荷摩擦力测量方法：

1)其测量摩擦力的方法为利用杠杆原理，把被测滑动轴承和转轴之间或被测滚动轴承内外圈之间的摩擦力矩通过悬浮于转轴之上的测量架转换为转动角度，用加载力点的拉力平衡以后，其转动角度会保持平衡，并且此转动角度和摩擦力矩在小角度＜5°内保持近似线性关系，使得误差不超过5‰；

2)从上方加载力，加载力线连接于滑轮上，利用其力方向变换性，实现加载；

3)测量摩擦力依靠的是悬浮于转轴上的测量架的摩擦力矩和加载力矩平衡后产生的转动角度；

4)测量架端部伸出两个臂，其中的一个臂安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统，利用PSD位置传感器相对于静止的激光光斑的移动，测量架转动角度的变化依靠悬臂的测量点的竖直位移，其位移数值和悬臂长度，即转轴轴心到传感器的距离，计算出旋转角度，即利用杠杆放大作用所造成的位移。

当转动角度＜5°时，测量公式如下：

$\mathrm{\μ}=\frac{{\mathrm{PRtg}}^{-1}\frac{l}{s}}{\left|(P-G)\right|r}$

式中：μ-摩擦系数；N-转轴对轴承的压力，N＝|P-G|；P-加载力；G-测量架重量；θ-摩擦状态下的转动角度；R-加载力作用点到测量架中心的距离；r-转轴半径；l-测量得到的位移；s-位移传感器到测量架中心的距离。此公式在角度θ＜5°情况下的误差不超过5‰，完全可以满足要求。

二、轴承微载荷摩擦力测量装置，可分为以下两种：

1、径向滑动轴承摩擦力测量装置：测量架包括伸出臂，测量盘，加载力螺栓，被测滑动轴承，挡板。将被测滑动轴承安放于测量架的测量盘孔内，被测滑动轴承与测量盘孔为紧配合，被测滑动轴承与转轴为间隙配合，两个挡板分别压在被测滑动轴承两个端面，测量架悬浮于转轴上，测量盘圆柱面上装有加载力螺栓，加载力螺栓中开有小孔，加载力线的一端穿过加载力螺栓的小孔定位，加载力线的另一端绕过滑轮接载荷砝码，位于加载力线两侧的测量盘圆柱面上分别装有伸出臂，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统。

2、径向滚动轴承摩擦力测量装置：测量架包括伸出臂，测量盘，加载力螺栓，被测滚动轴承，挡板。将被测滚动轴承安放于测量架的测量盘孔内，被测滚动轴承外圈与测量盘孔为紧配合，被测滚动轴承内圈与转轴为紧配合，两个挡板分别压入被测滚动轴承两个端面，挡板内径大于内圈最大直径，测量架悬浮于转轴上，测量盘圆柱面上装有加载力螺栓，加载力螺栓中开有小孔，加载力线的一端穿过加载力螺栓的小孔定位，加载力线的另一端绕过滑轮接载荷砝码，位于加载力线两侧的测量盘圆柱面上分别装有伸出臂，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统。

本发明具有的有益的效果是：

通过测量放大长度的臂上某一点的位移，使得小摩擦角度也可以得到准确的测量；平衡消去了轴承本身和测量架的重量影响，能够实现微载荷情况下的测量；使用非接触式传感器，实现了对滑动轴承和滚动轴承的摩擦力以及摩擦系数的精确测量。这种方法可以测量微小载荷下真实的径向轴承摩擦状态，对研究轴承的启闭特性、真实润滑以及粘滑效应等有明显的优势。对新型轴承和润滑剂的开发或者检测的具有评判价值。

附图说明

图1是本发明的摩擦力测量示意图；

图2是本发明的测量的力平衡示意图；

图3是本发明的结构原理示意图；

图4是本发明的测量架轴测剖视图；

图5是本发明的加载力螺栓轴测剖视图。

图中：1、伸出臂，2、测量架，3、转轴，4、位置传感系统(包括PSD位置传感器和激光器)，5、载荷砝码，6、加载力线，7、滑轮，8、测量盘，9、加载力螺栓，10、被测滑动轴承，11、挡板，12、小孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示为摩擦力测量示意图，其测量步骤如下：

1)其测量摩擦力的方法为利用杠杆原理，把被测滑动轴承和转轴之间或被测滚动轴承内外圈之间的摩擦力矩通过悬浮于转轴之上的测量架转换为转动角度，用加载力点的拉力平衡以后，其转动角度会保持平衡，并且此转动角度和摩擦力矩在小角度＜5°内保持近似线性关系，使得误差不超过5‰；

2)从上方加载力，加载力线连接于滑轮上，利用其力方向变换性，实现加载；

3)测量摩擦力依靠的是悬浮于转轴上的测量架的摩擦力矩和加载力矩平衡后产生的转动角度；

4)测量架端部伸出两个臂，其中的一个臂安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统，利用PSD位置传感器相对于静止的激光光斑的移动，测量架转动角度的变化依靠悬臂的测量点的竖直位移，其位移数值和悬臂长度，即转轴轴心到传感器的距离，计算出旋转角度，即利用杠杆放大作用所造成的位移。

当转动角度＜5°时，测量公式如下：

$\mathrm{\μ}=\frac{{\mathrm{PRtg}}^{-1}\frac{l}{s}}{\left|(P-G)\right|r}$

式中：μ-摩擦系数；N-转轴对轴承的压力，N＝|P-G|；P-加载力；G-测量架重量；θ-摩擦状态下的转动角度；R-加载力作用点到测量架中心的距离；r-转轴半径；l-测量得到的位移；s-位移传感器到测量架中心的距离。此公式在角度θ＜5°情况下的误差不超过5‰，完全可以满足要求。

如图3、图4、图5所示，为径向滑动轴承摩擦力测量装置，其中：

测量架2包括伸出臂1，测量盘8，加载力螺栓9，被测滑动轴承10，挡板11；将被测滑动轴承10安放于测量架2的测量盘8孔内，被测滑动轴承10与测量盘8孔为紧配合，被测滑动轴承10与转轴3为间隙配合，两个挡板11分别压在被测滑动轴承10两个端面，测量架2悬浮于转轴3上，测量盘8圆柱面上装有加载力螺栓9，加载力螺栓9中开有小孔12，加载力线6的一端穿过加载力螺栓9的小孔12定位，加载力线6的另一端绕过滑轮7接载荷砝码5，位于加载力线6两侧的测量盘8圆柱面上分别装有伸出臂1，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统4。

径向滚动轴承摩擦力测量装置，结构与径向滑动轴承摩擦力测量装置基本一样，只是对轴承的装夹上有区别，没有另外用图表示，其中：

测量架2包括伸出臂1，测量盘8，加载力螺栓9，被测滚动轴承，挡板11；将被测滚动轴承安放于测量架2的测量盘8孔内，被测滚动轴承外圈与测量盘8孔为紧配合，被测滚动轴承内圈与转轴3为紧配合，两个挡板11分别压入被测滚动轴承两个端面，挡板11内径大于内圈最大直径，测量架2悬浮于转轴3上，测量盘8圆柱面上装有加载力螺栓9，加载力螺栓9中开有小孔12，加载力线6的一端穿过加载力螺栓9的小孔12定位，加载力线6的另一端绕过滑轮7接载荷砝码5，位于加载力线6两侧的测量盘8圆柱面上分别装有伸出臂1，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统4。

对于滑动轴承10和滚动轴承外圈可采用紧配合，以保证测量架2的刚性，在测量架2的伸出臂1其中一端安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统4，以测量摩擦引起的旋转角度后在其端部点的垂直位移l。由l值和其他的参数(测量架重量G，加载力点到轴心的距离R，位移传感器到轴心的距离s等)可以确定摩擦系数的大小。测量架内部如图4所示，为了方便调节测量范围，在加载力螺栓9的安放处设计了螺纹结构，使得R能够得到调节，从而使得对较大的摩擦也可以进行测量，可以适当的扩大测量范围，如在高速和粘度较大的润滑剂情况下。加载力点如图5所示，在加载力螺栓9的轴线上设计一个小孔12，其直径不超过0.05mm，这样的设计可以保证加载力点的稳定性。

这种方法适用于径向轴承或者具有旋转运动在微载荷或者小载荷情况下的摩擦测量。它用平衡方法消去了轴承本身和测量架的重量影响，能够实现微载荷情况下的测量，使用非接触式传感器，实现了摩擦力以及摩擦系数的精确测量。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、一种轴承微载荷摩擦力测量装置，其特征在于：测量架(2)包括伸出臂(1)，测量盘(8)，加载力螺栓(9)，被测滑动轴承(10)，挡板(11)；将被测滑动轴承(10)安放于测量架(2)的测量盘(8)孔内，被测滑动轴承(10)与测量盘(8)孔为紧配合，被测滑动轴承(10)与转轴(3)为间隙配合，两个挡板(11)分别压在被测滑动轴承(10)两个端面，测量架(2)悬浮于转轴(3)上，测量盘(8)圆柱面上装有加载力螺栓(9)，加载力螺栓(9)中开有小孔(12)，加载力线(6)的一端穿过加载力螺栓(9)的小孔(12)定位，加载力线(6)的另一端绕过滑轮(7)接载荷砝码(5)，位于加载力线(6)两侧的测量盘(8)圆柱面上分别装有伸出臂(1)，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统(4)。

2、一种轴承微载荷摩擦力测量装置，其特征在于：测量架(2)包括伸出臂(1)，测量盘(8)，加载力螺栓(9)，被测滚动轴承，挡板(11)；将被测滚动轴承安放于测量架(2)的测量盘(8)孔内，被测滚动轴承外圈与测量盘(8)孔为紧配合，被测滚动轴承内圈与转轴(3)为紧配合，两个挡板(11)分别压入被测滚动轴承两个端面，挡板(11)内径大于内圈最大直径，测量架(2)悬浮于转轴(3)上，测量盘(8)圆柱面上装有加载力螺栓(9)，加载力螺栓(9)中开有小孔(12)，加载力线(6)的一端穿过加载力螺栓(9)的小孔(12)定位，加载力线(6)的另一端绕过滑轮(7)接载荷砝码(5)，位于加载力线(6)两侧的测量盘(8)圆柱面上分别装有伸出臂(1)，一个伸出臂上安放包括PSD位置传感器和激光器的位置传感系统(4)。