一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法，包括測力系統(tǒng)、預(yù)緊力施加裝置、時(shí)統(tǒng)裝置、測速系統(tǒng)、測試平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，測試平臺(tái)包括氣浮平臺(tái)、與氣浮平臺(tái)固連的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，測速系統(tǒng)和時(shí)統(tǒng)裝置均位于氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，預(yù)緊力施加裝置固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，被測軸承安裝在預(yù)緊力施加裝置內(nèi)，測力系統(tǒng)的測試端作用在預(yù)緊力施加裝置上，測力系統(tǒng)的測試結(jié)果輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。解決了現(xiàn)有的軸承摩擦力矩測試儀器不能充分模擬軸承在實(shí)際工況中的摩擦力矩的技術(shù)問題，本發(fā)明利用氣浮平臺(tái)微摩擦力矩的特性對(duì)軸承實(shí)際使用工況（不同預(yù)緊力）下的摩擦力矩進(jìn)行測試。
【專利說明】一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常軸承的摩擦力矩包括粘性力矩、滯后力矩和變動(dòng)力矩三項(xiàng)。粘性力矩由材料彈性和潤滑劑的粘性引起；滯后力矩由材料彈性滯后引起；變動(dòng)力矩則受多種因素(如負(fù)荷、速度、工藝誤差、潤滑以及使用條件等)的影響。由于摩擦力矩受多種因素影響，要通過理論推導(dǎo)的方法得到摩擦力矩的計(jì)算公式幾乎是不可能的，只有通過試驗(yàn)，測量不同條件下的軸承摩擦力矩，建立摩擦力矩的經(jīng)驗(yàn)公式，為精密跟蹤控制提供有效的誤差補(bǔ)償模型，從而提聞系統(tǒng)的跟蹤特性。
[0003]目前,軸承的啟動(dòng)摩擦力矩還無法精確計(jì)算。動(dòng)態(tài)摩擦力矩大都沿用Palmgrem的經(jīng)驗(yàn)公式，它由負(fù)荷項(xiàng)和速度項(xiàng)組成，通常用負(fù)荷項(xiàng)來評(píng)定軸承的低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩。
[0004]80年代起，國內(nèi)有關(guān)科研機(jī)構(gòu)相繼研制了測試微型軸承和中小型軸承摩擦力矩的儀器。但是也僅僅局限于單個(gè)軸承實(shí)體的測試而不能夠充分模擬軸承在實(shí)際工況中的摩擦力矩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有的軸承摩擦力矩測試儀器不能充分模擬軸承在實(shí)際工況中的摩擦力矩的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置及方法。利用氣浮平臺(tái)微摩擦力矩的特性對(duì)軸承實(shí)際使用工況(不同預(yù)緊力)下的摩擦力矩進(jìn)行測試。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0007]—種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統(tǒng)、預(yù)緊力施加裝置、時(shí)統(tǒng)裝置、測速系統(tǒng)、測試平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，
[0008]所述測試平臺(tái)包括氣浮平臺(tái)、與氣浮平臺(tái)固連的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述測速系統(tǒng)和時(shí)統(tǒng)裝置均位于氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，所述預(yù)緊力施加裝置固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，被測軸承安裝在預(yù)緊力施加裝置內(nèi)，
[0009]所述測力系統(tǒng)的測試端作用在預(yù)緊力施加裝置上，所述測力系統(tǒng)的測試結(jié)果輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
[0010]上述預(yù)緊力施加裝置包括定子、轉(zhuǎn)子、負(fù)載以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭，所述定子固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面，被測軸承套裝在定子上，所述轉(zhuǎn)子套裝在被測軸承上，所述負(fù)載固定在轉(zhuǎn)子上，
[0011]所述測力系統(tǒng)包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，所述壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，所述壓電式傳感器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
[0012]上述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，所述拉繩的一端固定在氣浮平臺(tái)上，所述拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。[0013]上述測角速系統(tǒng)為速率陀螺。
[0014]一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試方法，其特殊之處在于，包括以下步驟:
[0015]I】搭建如上所述的測試裝置；
[0016]2】將被測的軸承安裝在預(yù)緊力測試裝置上；
[0017]3】啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，氣浮平臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，定子隨氣浮平臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子也開始轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0018]4】當(dāng)轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)至與測力系統(tǒng)的測試端接觸時(shí)，受到阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)受到的阻力由測力系統(tǒng)測出并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接，即為摩擦力F；
[0019]5】測量摩擦力的作用力臂:
[0020]用長度測量工具測量測力系統(tǒng)的測試端至氣浮平臺(tái)中心的距離D ；
[0021]6】將摩擦力的作用力臂輸入至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，由摩擦力矩M=F *D計(jì)算得出摩擦力矩。
[0022]通過更換不同標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量負(fù)載9實(shí)現(xiàn)不同預(yù)緊力條件下的摩擦力矩變化情況測量。
[0023]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、本發(fā)明通過氣浮平臺(tái)和預(yù)緊力裝置共同模擬軸承的真實(shí)使用工況，來測量摩擦力矩。
[0025]2、本發(fā)明的測試裝置能夠充分模擬軸承在真實(shí)使用工況下的摩擦力矩，具有操作簡單，精度高，測試結(jié)果真實(shí)可靠、自動(dòng)化程度高、安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明預(yù)緊力施加裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明軸承摩擦力矩測試原理圖測試方法；
[0029]其中附圖標(biāo)記為:1-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，2-壓電式傳感器，3-速率陀螺，4-氣浮平臺(tái)，5-拉繩，6-砝碼，7-定子，8-轉(zhuǎn)子，9-負(fù)載，10-夾具觸頭，11-立柱，12-定滑輪，13-時(shí)統(tǒng)裝置，14-被測軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1所示，一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統(tǒng)、預(yù)緊力施加裝置、時(shí)統(tǒng)裝置、測速系統(tǒng)、測試平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，
[0031]測試平臺(tái)包括氣浮平臺(tái)4、與氣浮平臺(tái)4固連的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，測速系統(tǒng)和時(shí)統(tǒng)裝置13均位于氣浮平臺(tái)4臺(tái)面上，預(yù)緊力施加裝置固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，被測軸承安裝在預(yù)緊力施加裝置內(nèi)，測力系統(tǒng)的測試端作用在預(yù)緊力施加裝置上，測力系統(tǒng)的測試結(jié)果輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
[0032]測力系統(tǒng)包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，壓電式傳感器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
[0033]測試原理如圖2所示。將軸承及預(yù)緊力裝置放置在如圖2所示裝置上，在轉(zhuǎn)子8處左右各安裝一壓電式傳感器，并施加一定的預(yù)緊力，壓電式傳感器另一端與立柱固接，轉(zhuǎn)動(dòng)與氣浮平臺(tái)相固連的定子7，被測軸承套裝在定子上，此時(shí)被測軸承的摩擦力會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子8—起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過測量壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸點(diǎn)處壓力F變化狀況以及接觸點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心距離D，另外再通過采集系統(tǒng)采集時(shí)間和速度最終可得摩擦力矩(M=F *D)大小及隨時(shí)間及轉(zhuǎn)速變化狀況。更換負(fù)載9所示的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體即可得到不同預(yù)緊力條件下的摩擦力矩變化情況。
[0034]本發(fā)明中的軸承預(yù)緊力裝置也可以為安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中的帶預(yù)緊力的軸承。如圖3所示，此時(shí)測試摩擦力矩時(shí)，氣浮平臺(tái)由轉(zhuǎn)動(dòng)裝置帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，由于設(shè)備的定子是與氣浮平臺(tái)固連于一體的因此設(shè)備定子將與之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)子受到摩擦力的作用與定子同向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭轉(zhuǎn)到摩擦力矩傳感器處時(shí)因受到阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)受到的阻力由壓電式傳感器測出。傳感器的受力點(diǎn)至旋轉(zhuǎn)中心的距離是摩擦力的作用力臂，摩擦力與力臂的乘積即為被測軸承的摩擦力矩。摩擦力的數(shù)據(jù)采集和處理由計(jì)算機(jī)完成，時(shí)統(tǒng)裝置13和速率陀螺完成時(shí)間和速度的采集，除作用力臂需人工測出并輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置外，測試的啟動(dòng)力矩、最大力矩及平均力矩均在測試完成后自動(dòng)顯示結(jié)果。
[0035]本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)為:
[0036]轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，拉繩的一端固定在氣浮平臺(tái)上，拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。
[0037]—種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試方法，包括以下步驟:
[0038]1】搭建測試裝置；
[0039]2】將被測的軸承安裝在預(yù)緊力測試裝置上；
[0040]3】啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，氣浮平臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，定子隨氣浮平臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子也開始轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0041]4】當(dāng)轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)至與測力系統(tǒng)的測試端接觸時(shí)，受到阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)受到的阻力由測力系統(tǒng)測出并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接，即為摩擦力F；
[0042]5】測量摩擦力的作用力臂:
[0043]用長度測量工具測量測力系統(tǒng)的測試端至氣浮平臺(tái)中心的距離D ;長度測量工具一般為游標(biāo)卡尺。
[0044]6】將摩擦力的作用力臂輸入至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，由摩擦力矩M=F -D計(jì)算得出摩擦力矩。
[0045]此裝置及測試方法有效解決了軸承在實(shí)際使用工況中的摩擦力矩的測試，從長遠(yuǎn)來看此設(shè)備將是一種應(yīng)用前景非常廣泛的設(shè)備，它具有操作簡單，精度高，測試結(jié)果真實(shí)可靠、自動(dòng)化程度高、安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，包括測力系統(tǒng)、預(yù)緊力施加裝置、時(shí)統(tǒng)裝置、測速系統(tǒng)、測試平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置， 所述測試平臺(tái)包括氣浮平臺(tái)、與氣浮平臺(tái)固連的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，所述測速系統(tǒng)和時(shí)統(tǒng)裝置均位于氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，所述預(yù)緊力施加裝置固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面上，被測軸承安裝在預(yù)緊力施加裝置內(nèi)， 所述測力系統(tǒng)的測試端作用在預(yù)緊力施加裝置上，所述測力系統(tǒng)的測試結(jié)果輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特征在于:所述預(yù)緊力施加裝置包括定子、轉(zhuǎn)子、負(fù)載以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭，所述定子固定在氣浮平臺(tái)臺(tái)面，被測軸承套裝在定子上，所述轉(zhuǎn)子套裝在被測軸承上，所述負(fù)載固定在轉(zhuǎn)子上， 所述測力系統(tǒng)包括立柱、固定在立柱上的壓電式傳感器，所述壓電式傳感器的測試端能夠與夾具觸頭接觸，所述壓電式傳感器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括定滑輪、砝碼和拉繩，所述拉繩的一端固定在氣浮平臺(tái)上，所述拉伸的另一端通過定滑輪連接有砝碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一所述的軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試裝置，其特征在于:所述測角速系統(tǒng)為速率陀螺。
5.一種軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: I】搭建如權(quán)利要求1 -4所述的測試裝置； 2】將被測的軸承安裝在預(yù)緊力測試裝置上； 3】啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，氣浮平臺(tái)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，定子隨氣浮平臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在定子上的被測軸承因摩擦力作用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子也開始轉(zhuǎn)動(dòng)； 4】當(dāng)轉(zhuǎn)子上的夾具觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)至與測力系統(tǒng)的測試端接觸時(shí)，受到阻擋而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)受到的阻力由測力系統(tǒng)測出并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置連接，即為摩擦力F ； 5】測量摩擦力的作用力臂: 用長度測量工具測量測力系統(tǒng)的測試端至氣浮平臺(tái)中心的距離D ； 6】將摩擦力的作用力臂輸入至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理裝置，由摩擦力矩M=F *D計(jì)算得出摩擦力矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軸承實(shí)際工況下摩擦力矩的測試方法，其特征在于，通過更換不同標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量負(fù)載(9)實(shí)現(xiàn)不同預(yù)緊力條件下的摩擦力矩變化情況測量。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103528741SQ201310517828
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】黃靜, 劉朝暉, 謝友金, 李治國, 王振宇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所