DE1216577B

DE1216577B - Method and device for measuring the frictional torque on roller bearings

Info

Publication number: DE1216577B
Application number: DEK49901A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Korrenn
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1963-06-04
Filing date: 1963-06-04
Publication date: 1966-05-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Reibungsmoments an Wälzlagern Bekanntlich besitzt jedes Lager einen Laufwiderstand, den es der Relativbewegung seiner Teile entgegensetzt. Bei Wälzlagern ist der Laufwiderstand nicht nur auf die Rollreibung zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahnen zurückzuführen, sondern auch auf Gleitreibung, die in den Berührungsflächen einzelner Bauelemente des Lagers auftritt.Method and device for measuring the frictional torque on roller bearings As is well known, each bearing has a running resistance, which it the relative movement opposed to its parts. In the case of roller bearings, the running resistance is not only up attributed the rolling friction between the rolling elements and their raceways, but also to sliding friction in the contact surfaces of individual components of the bearing occurs.

Daher haben Wälzlager verschiedener Bauarten recht unterschiedliche Reibwerte. In der durch die Bauart bedingten Verlustleistung treten weiterhin Widerstände auf, die sich aus der Bewegung und gegebenenfalls Verwirbelung des Schmiermittels und schließlich aus dem Luftwiderstand der umlaufenden Teile des Wälzlagers ergeben. Die Laufeigenschaften eines Wälzlagers werden daher in einem hohen Maße nach der Lagerverlustleistung beurteilt, die das Produkt aus dem Lagerreibungsmoment und der Drehzahl des umlaufenden Lagerrings ist.Therefore, rolling bearings of different types are quite different Coefficient of friction. There are still resistances in the power loss caused by the design resulting from the movement and possibly turbulence of the lubricant and finally from the air resistance of the rotating parts of the rolling bearing. The running properties of a rolling bearing are therefore to a high degree after Bearing power loss assessed, which is the product of the bearing moment of friction and is the speed of the rotating bearing ring.

Das zwecks Bestimmung der Lagerverlustleistung erforderliche Messen der Drehzahl bereitet keine Schwierigkeiten. Das Lagerreibungsmoment läßt sich rechnerisch ermitteln, wenn die Reibungszahl und die Belastung des Wälzlagers bekannt sind. Die Reibungszahl eines Wälzlagers kann aber nur über die Messung des Lagerreibungsmoments des Lagers im Versuch ermittelt werden. Es sind eine ganze Reihe von Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe das Reibungsmoment eines ganzen Lagers gemessen werden kann. Sie erfüllen ihren Zweck, solange jeder Laufring nur eine einzige Berührungsstelle mit einem der Wälzkörper hat, bzw. solange es nicht erforderlich ist, die Summanden des gesamten Reibungsmomentes einzeln zu ermitteln. Sobald aber ein Wälzlager gegeben ist, bei dem die Wälzkörper auf einer Bahn eines Laufrings rollen und auf einer anderen Bahn desselben Laufrings gleiten, wie dies z. B. bei Kegelrollenlagern der Fall ist, und man den Anteil der Rollreibung sowie den der Gleitreibung an der gesamten Lagerreibung kennenlernen möchte, versagen die bekannten Vorrichtungen und die mit ihnen durchführbaren Meßverfahren. The measurement required to determine the bearing power dissipation the speed does not cause any problems. The bearing friction moment can be calculated determine if the coefficient of friction and the load on the rolling bearing are known. The coefficient of friction of a roller bearing can only be determined by measuring the bearing friction torque of the bearing can be determined in an experiment. There are a number of devices known, with the help of which the frictional torque of an entire bearing can be measured can. They serve their purpose as long as each race has only a single point of contact with one of the rolling elements, or as long as it is not necessary, the summands of the total frictional torque to be determined individually. But as soon as a roller bearing is given is, in which the rolling elements roll on a track of a raceway and on a slide other track of the same race, as z. B. with tapered roller bearings Is the case, and the share of rolling friction and sliding friction in the total Want to get to know bearing friction, the known devices and those with fail measurement methods that can be carried out for them.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren zu entwickeln, bei dessen Durchführung das Reibungsmoment ermittelt werden kann, das beim Lauf eines Wälzlagers zwischen dessen Wälzkörpern und jeder der Roll- bzw. Gleitflächen der Laufringe auftritt. Das Verfahren gemäß der Erfindung erfüllt diese Aufgabe und besteht darin, daß der Laufring mit der größeren Anzahl von Roll- bzw. Gleitflächen in so viele Ringe geteilt wird, daß jeder dieser Ringe nur eine einzige Roll- bzw. Gleitfläche aufweist und daß diese Ringe je in einer um die Lagerachse dreh- bar angeordneten und axial belastbaren Haltevorrichtung zu dieser koaxial befestigt werden, deren sich gegen die Wirkung eines Rückstellmoments einstellender Auslenkwinkel während des mit gleichbleibender Drehzahl erfolgenden Umlaufs des zweiten, ungeteilten Laufrings gemessen wird. It is therefore the object of the invention to develop a measuring method when it is carried out, the frictional torque that occurs during the run can be determined a rolling bearing between its rolling elements and each of the rolling or sliding surfaces the races occurs. The method according to the invention achieves this object and consists in that the race with the larger number of rolling or sliding surfaces divided into so many rings that each of these rings only has a single rolling or rolling ring. Has sliding surface and that these rings are each rotatable around the bearing axis bar arranged and axially loadable holding device attached to this coaxially whose deflection angle counteracts the action of a restoring torque during the rotation of the second, undivided one, which takes place at a constant speed Running ring is measured.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens zu schaffen. It is also an object of the invention to provide a device for implementation of the aforementioned method to create.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Messung des Reibungsmomentes von Kugellagern bekannt, bei denen der Prüfling mit seinem Außenlaufring in einer Trommel gelagert ist, die ihrerseits in bzw. auf einer Hohlwelle und koaxial zu dieser angeordnet und über ein Zahnradgetriebe oder einen Seiltrieb von einem Elektromotor angetrieben ist. Dabei ist der Innenlaufring des Prüflings von Halterungen fest ergriffen, die im Innern der Trommel vorgesehen sind und gegenüber der Hohlwelle verdrehbar sind, wobei allerdings auf mechanischem Wege - Torsionsfeder -oder elektrischem Wege - Verdrehaufnehmer und durch dessen Ausgangssignal ein entsprechendes Gegendrehmoment erzeugender Drehmomentgenerator - die Verdrehbeweglichkeit der Halterung für den Innenring an die Hohlwelle gekoppelt ist. Die Feststellung der Reibungsmomente erfolgt bei diesen Vorrichtungen durch Beobachtung des Ausschlages von Zeigern, die mit dem Innenring des Prüflings verbunden sind, bzw. durch Beobachtung entsprechender Anzeigegeräte beim elektrischen Verfahren. There are already devices for measuring the frictional torque of Known ball bearings in which the test object with its outer race in a drum is mounted, which in turn is arranged in or on a hollow shaft and coaxially to this and driven by an electric motor via a gear drive or a cable drive is. The inner race of the test object is firmly gripped by brackets that are provided inside the drum and can be rotated with respect to the hollow shaft, however mechanically - torsion spring - or electrical way - Rotation transducer and, through its output signal, a corresponding counter torque generating torque generator - the rotational mobility of the bracket for the Inner ring is coupled to the hollow shaft. The frictional torque is determined in these devices by observing the deflection of pointers with are connected to the inner ring of the test object, or by observing corresponding Display devices in the electrical process.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die letztgenannte Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung mit einem auf einer feststehenden Hohlachse drehbar und axial unverschieblich gelagerten, gegebenenfalls als Riemenscheibe ausgebildeten trommelförmigen Gehäuse, von welchem der eine, gleichachsig angeordnete Laufring umfaßt sowie drehfest und axial unverschieblich gehalten ist, und in dessen Innenraum Haltevorrichtungen für den anderen Laufring frei beweglich angeordnet sind, an welchen jeweils ein Organ angreift, das das für die Messung erforderliche Rückstellmoment erzeugt, erfindungsgemäß in dem Gehäuse der ungeteilte Laufring befestigt ist, während die Haltevorrichtungen jeweils einen einzelnen Ring des geteilten Laufrings festhalten, und daß die Stirnflächen dieser Ringe auf einer Druckplatte abgestützt sind, die gegenüber der Hohlachse unverdrehbar von einem in der Hohlachse verschieblichen Druckstück getragen ist. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung weist die Druckplatte in den Berührungsilächen mit den Ringen endende Bohrungen für ein unter Druck stehendes Medium auf, das beim Austreten aus den Bohrungen die Stirnflächen der Ringe von der Druckplatte abhebt. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist gegeben, wenn die Haltevorrichtungen für die Ringe an Torsionsfedern aufgehängt sind, deren anderes Ende an der Druckplatte befestigt ist. The last-mentioned task is based on this prior art the invention achieved that in a device with a fixed on a Hollow axis rotatable and axially immovable, possibly as a belt pulley formed drum-shaped housing, one of which is arranged coaxially The raceway includes and is held non-rotatably and axially immovable, and in its interior holding devices for the other race are arranged freely movable are each attacked by an organ that is required for the measurement Restoring torque generated, according to the invention in the housing of the undivided race is attached, while the holding devices each have a single ring of the split Hold the race ring firmly, and that the faces of these rings on a pressure plate are supported, which are non-rotatable with respect to the hollow axle by one in the hollow axle sliding pressure piece is worn. In a particularly expedient embodiment According to the invention, the pressure plate ends in the contact surfaces with the rings Boreholes for a pressurized medium that emerges from the boreholes the end faces of the rings lifts off the pressure plate. An advantageous embodiment The device is given when the holding devices for the rings on torsion springs are suspended, the other end of which is attached to the pressure plate.

Das durch die Erfindung vermittelte Meßverfahren ist nachstehend im Anschluß an die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des V;erfahrens erläutert, das in der Zeichnung schematisch im Axialschnitt dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel ist in Verbindung mit einem Kegelrollenlager als Prüfling gezeichnet, doch bereitet es keine Schwierigkeiten, es auch an andere Wälzlager-Bauarten anzupassen. The measuring method imparted by the invention is as follows following the description of an embodiment of a device for Implementation of the method explained in the drawing schematically in axial section is shown. The embodiment is in connection with a tapered roller bearing drawn as an examinee, but it does not cause any difficulties, it also to others Adapt rolling bearing types.

In der Zeichnung stellt 1 eine feststehende Hohlachse dar, die eine Axialbohrung 2 besitzt. In dieser Axialbohrung gleitet ein Druckstück 3, auf das eine in Richtung Ides eingezeichneten Pfeils wirkende Last aufgebracht werden kann. Die Belastung des Druckstücks 3 wird von einer Brücke 4 aufgenommen und auf eine Druckplatte 5 übertragen. Die Druckplatte 5 besitzt eine Mittelbohrung 6 und Bohrungen 7, deren Zweck weiter unten erläutert ist. In the drawing, 1 represents a fixed hollow axle, which is a Axial bore 2 has. A pressure piece 3 slides in this axial bore onto which a load acting in the direction of Ides can be applied. The load on the pressure piece 3 is absorbed by a bridge 4 and on a Transfer pressure plate 5. The pressure plate 5 has a central bore 6 and bores 7, the purpose of which is explained below.

Die im folgenden beschriebenen Bauteile sind relativ zur Hohlachse 1 und zu der dieser gegenüber drehfesten Druckplatte 5 drehbar angeordnet. Sie dienen zur Aufnahme der Laufringe eines Kegelrollenlagers, dessen Rollreibungsmoment und dessen Gleitreibungsmoment je für sich ermittelt werden sollen. Das Kegelrollenlager besitzt einen Außenring 8 mit der Rollbahn 9. Der zweite Ring des Lagers ist aufgeteilt in einen Innenring 10, der die Rollbahn 11 besitzt, und einen Bordring 12, der die Gleitbahn 13 aufweist. The components described below are relative to the hollow axle 1 and rotatably arranged with respect to the pressure plate 5, which is fixed against rotation. You serve to accommodate the races of a tapered roller bearing, its rolling friction moment and whose moment of sliding friction should be determined individually. The tapered roller bearing has an outer ring 8 with the raceway 9. The second ring of the bearing is divided in an inner ring 10, which has the runway 11, and a rim 12, which the Has slideway 13.

Die Kegelrollen 14 des Lagers besitzen die Mantelfläche 15, mit der sie auf den Rollbahnen 9 und 11 laufen, und die Stirnflächel6, mit der sie auf der Gleitbahn 13 gleiten. Der Käfig des Kegelrollenlagers ist aus Gründen der Zeichnungsvereinfachung nicht dargestellt. Der Außenring 8 ist in einem trommelförmigen Gehäuse 17 zu diesem koaxial drehfest und axial unverschieblich gehalten. Das Gehäuse 17, dessen Mantelfläche als Riemenscheibe zwecks Antriebs durch einen Motor ausgebildet sein kann, ist mittels Wälzlager 18 und 19 auf der Hohlachse 1 drehbar und axial unverschieblich gelagert. Im Innern des Gehäuses 17 sind Haltevorrichtungen für die Ringe 12 und 10 frei beweglich angeordnet. Eine dieser Haltevorrichtungen ist die Aufnahmetrommel 20, in der der Bordring 12 drehfest und axial unverschieblich gehalten ist. Diese Trommel besitzt an ihrem Boden kreisbogenförmige Schlitze 21, durch die die Brücke 4 hindurchgreift und deren Bogenlänge so groß bemessen ist, daß eine ausreichende Drehung der Trommel 20 relativ zur Druckplatte 5 möglich ist. Im Mittelpunkt der Trommel 20 ist eine Achse 22 angeordnet, die in einem Federteller 23 endet. Eine Torsionsfeder 24 ist mit dem einen Ende am Federteller 23 und mit dem anderen Ende an der Druckplatte 5 befestigt.The tapered rollers 14 of the bearing have the lateral surface 15 with which they run on the runways 9 and 11, and the face 6 with which they run on the Slide 13 slide. The cage of the tapered roller bearing is for the sake of simplicity of the drawing not shown. The outer ring 8 is in a drum-shaped housing 17 to this held coaxially non-rotatably and axially immovable. The housing 17, its lateral surface can be designed as a pulley for the purpose of driving by a motor is means Rolling bearings 18 and 19 rotatably and axially immovably mounted on the hollow axle 1. In the interior of the housing 17, holding devices for the rings 12 and 10 are freely movable arranged. One of these holding devices is the take-up drum 20, in which the Rim ring 12 is held non-rotatably and axially immovable. This drum owns at its bottom arc-shaped slots 21 through which the bridge 4 extends and whose arc length is dimensioned so large that sufficient rotation of the drum 20th relative to the pressure plate 5 is possible. In the center of the drum 20 is an axis 22, which ends in a spring plate 23. A torsion spring 24 is with one end is attached to the spring plate 23 and the other end to the pressure plate 5.

Ihre Kraft erzeugt das für die Messung benötigte Rückstellmoment, das an der Trommel 20 angreift.Their force generates the restoring torque required for the measurement, which engages the drum 20.

Die andere Haltevorrichtung ist ein Aufnahmeteller 25, an dessen Zentrierrand der Ring 10 drehfest und axial unverschieblich gehalten ist. An ihm ist das eine Ende einer Torsionsfeder 26 befestigt, deren anderes Ende wie das der Torsionsfeder 24 an der Druckplatte 5 befestigt ist.The other holding device is a receiving plate 25 on its centering edge the ring 10 is held in a rotationally fixed and axially immovable manner. There is one thing about him End of a torsion spring 26 attached, the other end of which like that of the torsion spring 24 is attached to the pressure plate 5.

Wenn das aus den Teilen 8, 10, 12 und 14 bestehende Kegelrollenlager in die Vorrichtung eingebracht ist, liegen die Stirnflächen der Ringe 10 und 12 auf der Oberfläche der Druckplatte 5. Da sie beim Betrieb der Vorrichtung möglichst reibungslos relativ zur Druckplatte 5 beweglich sein müssen, drückt man durch die bereits erwähnten Bohrungen 7 der Druckplatte 5 Öl oder auch Luft, so daß die Stirnflächen der Ringe 10 und 12 von der Druckplatte 5 abgehoben werden, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. If the tapered roller bearing consisting of parts 8, 10, 12 and 14 is introduced into the device, the end faces of the rings 10 and 12 lie on the surface of the printing plate 5. Since they are possible when operating the device must be smoothly movable relative to the pressure plate 5, one pushes through the already mentioned holes 7 of the pressure plate 5 oil or air, so that the end faces the rings 10 and 12 are lifted from the pressure plate 5, as shown in the drawing is shown.

Zur Durchführung des Meßverfahrens werden die Ringe 8, 10 und 12 im Gehäuse 17 bzw. in den Haltevorrichtungen 20 und 25 befestigt. Nachdem ihre Roll- bzw. Gleitbahnen mit einem dünnen Schmiermittelfilm überzogen sind, wird der Käfig mit den Rollen 14 eingelegt und das Druckstück mit der erforderlichen Kraft belastet. Daraufhin wird die nicht dargestellte Druckpumpe in Bewegung gesetzt, die Drucköl durch die Bohrungen 7 treibt, so daß die Ringe 10 und 12 von der Druckplatte 5 abgehoben werden und zwischen diesen Teilen praktisch keine Reibung mehr besteht. Treibt man nun das Gehäuse 17, beispielsweise mittels eines Flachriemens, durch einen Elektromotor an und sorgt für die Einhaltung der gewünschten Drehzahl, die gemessen wird, so tritt zwischen den Manteiflächen 15 der Rollenl4 und der Rollbahn 11 des Ringes 10 ein durch Rollreibung erzeugtes Drehmoment auf, das den Ring 10 und somit den Teller 25 in der Drehrichtung des Gehäuses 17 gegen das Rückstellmoment der Torsionsfeder 26 mitzunehmen sucht. Der sich beim Gleichgewicht zwischen Rollreibungsmoment und Rückstellmoment einstellende Auslenkwinkel des Tellers25 ist dann ein Maß für das Rollreibungsmoment, da die Kennlinie der Torsionsfeder 26 bekannt ist. In gleicher Weise ist das Gleitreibungsmoment zwischen den Stirnflächen 16 der Rollen 14 und der Gleitbahn 13 des Bordringes 12 meßbar. Das Rückstellmoment, das im Ausführungsbeispiel durch die Torsionsfeder 24 und 26 erzeugt wird, läßt sich auch auf andere Weise aufbringen, z. B. mittels Gewichten oder mittels Kraftmeßdosen. To carry out the measuring process, the rings 8, 10 and 12 fastened in the housing 17 or in the holding devices 20 and 25. After their roll or slideways are coated with a thin film of lubricant, the cage becomes inserted with the rollers 14 and loaded the pressure piece with the required force. The pressure pump, not shown, is then set in motion, the pressure oil drives through the bores 7 so that the rings 10 and 12 are lifted off the pressure plate 5 and there is practically no friction between these parts. One drifts now the housing 17, for example by means of a flat belt, by an electric motor and ensures compliance with the desired speed, which is measured so occurs between the outer surfaces 15 of the rollers 14 and the runway 11 of the ring 10 a torque generated by rolling friction, which the ring 10 and thus the Plate 25 in the direction of rotation of the housing 17 against the restoring torque of the torsion spring 26 is looking to take with you. The equilibrium between rolling friction moment and The deflection angle of the plate25, which adjusts the restoring torque, is then a measure of that Rolling friction torque, since the characteristic curve of the torsion spring 26 is known. In the same Way is the sliding friction moment between the end faces 16 of the rollers 14 and the slideway 13 of the rim ring 12 can be measured. The restoring torque in the exemplary embodiment is generated by the torsion spring 24 and 26, can also be done in other ways apply, e.g. B. by means of weights or load cells.

Claims

Claims: 1. Method for measuring the frictional torque, the when running a rolling bearing between its rolling elements and each of the rolling or. Sliding surfaces of the races occurs, d a -characterized in that the race with the larger Number of rolling or sliding surfaces is divided into so many rings that each of these Rings has only a single rolling or sliding surface and that these rings are ever in one rotatably arranged about the bearing axis and axially loadable Holding device to be attached to this coaxially, which counteracts the effect of a restoring torque adjusting deflection angle during the with constant Speed of rotation of the second, undivided raceway is measured.

2. Device for carrying out the measuring method according to claim 1, in the case of the one optionally designed as a belt pulley on a stationary hollow axle drum-shaped housing is rotatably and axially immovable, of which the one, coaxially arranged race comprises and rotatably and axially immovable is held, and in this interior holding devices for the other race are arranged freely movable, each of which is attacked by an organ that is responsible for the measurement generates the required restoring torque, characterized in that in the housing (17) of the undivided race (8) is attached, while the holding devices (20; 25) respectively hold a single ring (12 or 10) of the split race, and that the end faces of these rings (12 or 10) are supported on a pressure plate (5) are, which relative to the hollow axle (1) cannot be rotated by a displaceable in the hollow axle Pressure piece (3) is worn.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pressure plate (5) in the contact surfaces with the rings (10, 12) ending holes (7) for a has pressurized medium which, when exiting the bores, the The end faces of the rings lifts off the pressure plate.

4. Device according to one of claims 2 and 3, characterized in that that the holding devices (20, 25) for the rings (12 or 10) on torsion springs (24, 26) are suspended, the other end of which is attached to the pressure plate (5).

References considered: U.S. Patents No. 2,887 875, 3 027749.