CN201141787Y

CN201141787Y - 旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪

Info

Publication number: CN201141787Y
Application number: CNU2007200403065U
Authority: CN
Inventors: 杨汉塘
Original assignee: Nanjing Water Conservancy and Hydrology Automatization Institute Ministry of Water Resources
Current assignee: Nanjing Water Conservancy and Hydrology Automatization Institute Ministry of Water Resources
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2017-07-20

Abstract

旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪，设有水平底座和显示屏，显示屏上设有指针和刻度板，其特征在于，在底座上垂直地设有支承轴，该支承轴由电机带动旋转，该支承轴上端与被测球轴承的内圈配合并设有定位台阶；在被测球轴承同一水平面上设有测试台，该测试台下部设有槽孔，供以容纳支承轴上端及被测球轴承；该测试台槽孔的内圈与被测球轴承球轴承的外圈配合，同时该测试台外圆侧面通过传动杆与显示机构的指针联接，指针上设有配重砝码。本实用新型可简捷、可靠、较准确地检测球轴承摩擦力矩，满足工程实用精度要求，价格低廉，操作简便，从而确保仪器工作性能，即我国江河水文测验精度。

Description

旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量设备，具体涉及一种江河水文测验领域中旋桨流速仪用的球轴承摩擦力矩测量仪。

背景技术

水文测验领域中，旋桨流速仪旋转支承系统中精密仪表微型球轴承，其性能具有低而稳定的摩擦力矩，使仪器具有良好的低速性能；负载能力强，极限转速高，稳定性好，使仪器具有很高的测速上限。流速仪测流工作是在江河水流中进行的。使用环境差：工作水深大，压力大；流速高，旋桨转速快，受水流冲击力大；水体中悬移质含沙量、污物、杂质多。在工作过程中，河水很容易从旋转缝隙部分进入仪器轴承油室，导致球轴承被污染，轻者摩擦力矩增大，仪器灵敏度差；重者旋转部分被卡阻，仪器无法工作。特别是在汛期，时有发生。为此，每次测流完毕，球轴承都必需清洗，用经验方法检查球轴承灵敏度，可靠性差，在一定程度上影响仪器低速测量精度。

目前清洗、检测球轴承设备、方法十分简陋。在一盛汽车燃料油容器中，左手食、姆指捏住球轴承内圈；右手食指急速拨转外圈，使其快速旋转。清洗后，将球轴承置平，右手食指快速弹转轴承外圈，观察其旋转速度和停止状态，凭个人经验判断力矩值。此法在很大程度上带有主观色彩，准确性差，特别是无经验的新手，无所适从。在一定程度上影响仪器正常工作。也即水文测验精度。

随着精密仪表微型球轴承在航天航空等尖端科学领域的应用，测量球轴承力矩仪器发展很快，种类繁多，都是往高精度方向发展，如测量力矩示度值从0.02gcm，发展到0.005gcm。价格昂贵。所有的精密仪表球轴承在生产、使用中的清洗、检测条件都极其苛刻，如净化工作室等；而其检验规程十分严格。所有这些对于在野外恶劣环境中使用的仪器以及工作条件极差的水文测站，根本无法使用。本实用新型正是针对水文测站实际情况研制的。

在国外，一般水流条件都比较好，测流次数也少。球轴承清洗及其清洗后力矩测定问题不突出。如怀疑球轴承力矩有问题，则换用新的。存在问题

1.旋桨流速仪在江河中恶劣条件下工作，轴承油室很难避免被污水入侵，球轴承被污染。球轴承未能发挥其应有性能。

2.球轴承清洗设备、工艺都很不规范，检测球轴承力矩都凭个人经验，不科学，在一定程度上影响仪器正常工作，使水文测验精度遭受难以估量的影响。

3.目前市上的各种轴承力矩仪精度高，价格昂贵，使用条件苛刻，操作复杂，而水文测站工作环境很差。从流速仪测量实用精度来看，也没有必要配置这样高级测试设备。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪，该测量仪能够简捷、可靠、较准确地检测球轴承摩擦力矩，满足工程实用精度要求，价格低廉，操作简便，从而确保仪器工作性能。

完成上述发明任务的方案是：旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪，设有水平底座和显示屏，显示屏上设有指针和刻度板，其特征在于，在底座上垂直地设有支承轴，该支承轴由电机带动旋转，该支承轴上端与被测球轴承的内圈配合并设有定位台阶；在被测球轴承同一水平面上设有测试台，该测试台下部设有槽孔，供以容纳支承轴上端及被测球轴承；该测试台槽孔的内圈与被测球轴承球轴承的外圈配合，同时该测试台外圆侧面通过传动杆与显示机构的指针联接，指针上设有配重砝码。

使用时将被测球轴承装进测试台下部槽孔中，并安装在支承轴上部轴头和定位台阶上；

于被测球轴钢球上注进1滴仪表油；

打开电源开关，电机带动支承轴旋转，同时，被测球轴承内圈也跟着旋转，它通过其中的钢球以摩擦力的形式带动球轴承外圈旋转，同时安装在被测球轴承外圈上的测试台也跟着转动，其外圆侧面的传动杆即推动指针转动，但指针被其上的砝码产生的力矩平衡，此力矩就等于被测球轴承摩擦力矩值。观读显示屏示值，如不大于1.0g·cm，则表明该被测球轴承清洗洁净度符合技术要求。如被测球轴承力矩值超标，应重新清洗，重复上述步骤。如再次被检测球轴承力矩仍超标，则说明其中零件受污染、生锈、损伤，需要更新。

通过上述测试就可确保球轴承应有的摩擦力矩值，即仪器低速工作性能，保证水文测验精度。

本实用新型提供的球轴承摩擦力矩仪可简捷、可靠、较准确地检测球轴承摩擦力矩，满足工程实用精度要求，价格低廉，操作简便，从而确保仪器工作性能，即我国江河水文测验精度。

附图说明

图1是旋桨流速仪用球轴承力矩仪总装；

图2是旋桨流速仪用球轴承力矩仪结构图；

图3是图2的A视放大图M2:1；

图4、图5分别是图2的B视放大图M4:1和M2:1；

图6是旋桨流速仪用球轴承力矩仪作用力分析图。

具体实施方式

实施例1，

图1所示为旋桨流速仪用球轴承力矩仪总装，包括：支承部件31、力矩显示部件32、底座33和动力部件34。

图2是旋桨流速仪用球轴承力矩仪结构图，包括：底座1、轴承座2、支承轴3、隔套4、球轴承5、胶带圈6、皮带轮7、螺钉8、调平螺杆9、电机10、被测球轴承11、测试台12、显示屏13、指针14、砝码15、圆水泡16、开关17、支杆18、传动杆19、双头轴尖20、锥孔宝石轴承21、六角螺母22、宝石座23、宝石座后板24、宝厂座前板25、透明面板26。图3是图2的A视放大图M2:1；图4、图5分别是图2的B视放大图M4:1和M2:1。

1.支承部件：由轴承座2、支承轴3和一对单列向心球轴承5及其安装时定位隔套4和测试台12等组成。支承轴3是旋转中枢，借一对单列向心球轴承5和定位隔套4安装在轴承座2孔中，一起固定在底座1上。支承轴3上部轴头有一供测试安装被测球轴承11的外圆和定位台肩，外圆配合间隙量为0.01mm，定位台肩垂直度为0.005mm，被测球轴承安装在支承柱3上部轴头外圆和定位台阶上；下部轴头装皮带轮7，通过胶带圈6与电机皮带轮7相联。被测球轴承11上安装一标准负荷95±0.1g重量的测试台12。测试台12外圆装有传动杆19，它将球轴承摩擦力矩值以一定的比例量值施加在指针14上；其下部有一与被测球轴承外圈成一级滑配合精度的槽孔。

2.力矩显示部件：包括显示屏13、指针14、锥孔宝石轴承21和支杆27等。

①显示屏：力矩刻度值为0～±2gcm，最小刻度为0.1gcm。显示屏安装于透明塑料面板中。显示屏力矩刻度值按与被测球轴承摩擦力矩值相应的指针偏角分度。

②指针：由黑色有机玻璃制成的指针，其侧面中间装有一根Φ1×10mm双头轴尖，两轴尖端部均为一半径R0.05mm，光洁度12级的球体。两轴尖端部球体支承在具有14级光洁度的宝石轴承21窝底上。能十分灵敏地转动，指针在传动杆作用力下产生一偏角。

③锥孔宝石轴承：锥孔宝石轴承21嵌在宝石座23孔中，两宝石座23分别固定在宝石座前、后板25、24上，待调整好双头轴尖轴向工作游隙后，用六角螺母22并紧。所说的轴尖轴向工作游隙为0.03～0.05mm。

④支杆：支撑显示屏，支杆18上有一定位孔，供安装显示屏定位之用，下部安装在底座1上，用螺母并紧。支杆位置正好处于图中间，图中未能表示。

3.底座部件：为本仪器支座，在底座上除安装调平螺杆9，圆水泡10和开关、电源插座、指示灯外，还安装上述各另、部件。工作时，通过对调平螺杆9调整，可使圆水泡10中水泡居中，达到测试台12水平的目的。

4.动力部件：包括低速电机10、皮带轮7、胶带圈6等。低速电机功率为3W，转速30转/分，其轴头装有皮带轮7，通过胶带图6和安装在支承轴3上皮带轮7相联，从而驱动支承轴3旋转。

使用步骤

①将仪器调整水平，为此，转动调平螺杆9，使圆水泡10中水泡居中，即把测试台12安平；

②将被测球轴承11装进测试台12下部槽孔中，并安装在支承轴3上部轴头和定位台阶上；

③于被测球轴11钢球上用注射器注进1滴8号仪表油；

④接插电源：市电～220V；

⑤打开电源开关，电机10带动支承轴3旋转，同时，被测球轴承11内圈也跟着旋转，它通过其中的钢球以摩擦力的形式带动球轴承外圈旋转同时安装在被测球轴承11上的测试台12也跟着转动，其外圆侧面的传动杆19即推动指针14转动，但被其上的砝码产生的力矩平衡，此力矩就是被测球轴承摩擦力矩值。

⑥观读显示屏13示值，如不大于1.0g·cm，则表明该被测球轴承11清洗洁净度符合技术要求。

⑦如被测球轴承11力矩值超标，应重新清洗，重复上述步骤。

⑧如再次被检测球轴承11力矩仍超标，则说明其中零件受污染、生锈、损伤，需要更新。

图3所示是球轴承摩擦力矩仪测试原理计算图。指针在力矩M₁作用下产生一偏角Φ，在指针下方距离为L处有一砝码，重量W，它产生一回转力矩M₂，按图三角关系可求得：

M₂＝WLSinΦ (1)

被测球轴承摩擦力矩M通过测试台外圆侧面的传动杆推动指针，其作用力为Q，作用点距离指针中心距离为L₁，其力矩为：

M₁＝QL₁cosΦ (2)

根据作用力平衡原理，M₁＝M₂，被测球轴承摩擦力矩M：

M＝QR (3)

把式(1)、(2)代入上式，则摩擦力矩：

M＝(L/L₁)RWtgΦ (4)

令 μ＝(L/L₁)RW

则 M＝μtgΦ (5)

根据设计的系数μ值，即可计算出被测球轴承力矩M与偏角Φ的关系，并进行刻度。

实用说明

1.本实用新型样机8台，其中1台曾经机械电子工业部洛阳轴承研究所军品开发部检测，测试结果如下：

测试结果表单位：gcm

№	本实用新型正转/反转	标准力矩仪正转/反转
№	本实用新型正转/反转	标准力矩仪正转/反转	1	0.01/0.10	0.11/0.11

2	0.02/0.20	0.20/0.18
2	0.02/0.20	0.20/0.18	3	0.05/0.05	0.09/0.08
4	0.10/0.10	0.13/0.12	3	0.05/0.05	0.09/0.08
4	0.10/0.10	0.13/0.12	平均	0.1125/0.1125	0.1325/0.1475

测试条件：

(1)轴向负荷：本实用新型为95g；

标准力矩为115.5g

(2)工作转速：本实用新型为4r/min；

标准力矩为4r/min；

比测结果：本实用新型测量力矩值平均偏小0.0275gcm。

结论：经对比测试结果分析，本实用新型摩擦力矩仪与标准摩擦力矩仪所测量的参数值具有可比性，可反映轴承的摩擦力矩特性。

2.本实用新型样机8台，经全国3省2自治区流速仪检修站和专业测试中心、研究所和实验工厂试用，效果良好。

Claims

1.一种旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩测量仪，设有水平底座和显示屏，显示屏上设有指针和刻度板，其特征在于，在底座上垂直地设有支承轴，该支承轴由电机带动旋转，该支承轴上端与被测球轴承的内圈配合并设有定位台阶；在被测球轴承同一水平面上设有测试台，该测试台下部设有槽孔，供以容纳支承轴上端及被测球轴承；该测试台槽孔的内圈与被测球轴承球轴承的外圈配合，同时该测试台外圆侧面通过传动杆与显示机构的指针联接，指针上设有配重砝码。

2.按照权利要求1所述的旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩仪，其特征在于，所述的支承轴上端的外圆与被测球轴承球轴承内圈的配合间隙量为0.01mm，定位台肩垂直度为0.005mm。

3.按照权利要求1、2所述的旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩仪，其特征在于，所述的测试台的标准负荷为95±0.1克重。

4.按照权利要求3所述的旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩仪，其特征在于，显示屏力矩刻度值是按与被测球轴承摩擦力矩值相应的指针偏角分度。

5.按照权利要求4所述的旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩仪，其特征在于，所述的指针的侧面中间装有一根Φ1×10mm双头轴尖；两轴尖端部均为一半径R0.05mm，光洁度12级的球体；两轴尖端部球体支承在具有14级光洁度的宝石轴承窝底上。

6.按照权利要求5所述的旋桨流速仪用球轴承摩擦力矩仪，其特征在于，所述的宝石轴承嵌在宝石座孔中，两宝石分别固定在宝石座前、后板上，待调整好双头轴尖轴向间隙后，用六角螺母并紧；所说的轴尖轴向工作游隙为0.03～0.05mm。