專利名稱：微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)量?jī)x器，具體是一種微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動(dòng)體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的阻礙運(yùn)動(dòng)的綜合力矩，就是軸承的摩擦力矩。摩擦力矩是軸承性能好壞的一項(xiàng)重要參數(shù)。摩擦力矩直接影響到軸承溫度、噪聲、振動(dòng)和能量損耗，從而影響精密儀器的性能和信息傳遞的準(zhǔn)確性。
滾動(dòng)軸承的摩擦主要來自以下幾個(gè)方面1)材料彈性滯后引起的純滾動(dòng)摩擦；2)在滾動(dòng)接觸面上的差動(dòng)滑動(dòng)所引起的摩擦；3)滾動(dòng)體沿接觸面中心法線的自旋轉(zhuǎn)所引起的摩擦；4)滑動(dòng)接觸部位的純滑動(dòng)摩擦；5)潤(rùn)滑劑的粘性摩擦；由于影響軸承的摩擦力矩的因素很多，相同型號(hào)的軸承，其摩擦力矩也不一定相同，要準(zhǔn)確知道某一給定軸承的摩擦力矩值，就必須進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量。
目前國(guó)內(nèi)外有多種用于微型軸承摩擦力矩的測(cè)量?jī)x，這些測(cè)量?jī)x都采用力傳感器的形式測(cè)量摩擦力矩的大小。為了提高測(cè)量精度，其中測(cè)量系統(tǒng)的支撐多為空氣支撐和磁懸浮支撐，機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不易加工，成本高；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)通過皮帶驅(qū)動(dòng)主軸，主軸由兩套滾動(dòng)軸承支撐，主軸另一端直接安裝被測(cè)軸承，傳動(dòng)中皮帶產(chǎn)生的徑向力、振動(dòng)和支撐滾動(dòng)軸承的振動(dòng)對(duì)被測(cè)軸承的固有摩擦力矩造成測(cè)量誤差；另外所使用的吊絲式傳感器精度也難以保證，也影響測(cè)量精度。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利名稱為軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，公開號(hào)CN 2604674Y。該專利提及的軸承摩擦力矩測(cè)試儀，其結(jié)構(gòu)包括機(jī)械主機(jī)部分、電氣部分、計(jì)算機(jī)部分和定標(biāo)系統(tǒng)。電機(jī)通過同步帶傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)二級(jí)傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)被測(cè)軸承旋轉(zhuǎn)，被測(cè)軸承產(chǎn)生的摩擦力矩，由整體式應(yīng)變扭矩傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。得到摩擦力矩測(cè)量結(jié)果和摩擦力矩變化曲線。該測(cè)量?jī)x采用的測(cè)量方法依然存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)引起的誤差大的問題，因此對(duì)于微型軸承的摩擦力矩測(cè)量精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x。本發(fā)明采用數(shù)字圖像處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)和自動(dòng)控制等技術(shù)，能精確測(cè)量微小軸承的摩擦力矩。該測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量精度高。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括機(jī)械部分、電氣部分和嵌入式系統(tǒng)，機(jī)械部分通過導(dǎo)線及USB接口與電氣部分的輸入端連接，電氣部分的輸入輸出端分別通過USB接口與嵌入式系統(tǒng)輸入輸出端相連接；所述的機(jī)械部分包括擺針、被測(cè)軸承、軸承套、直流伺服電機(jī)、光電編碼器、減速器、直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架、測(cè)試軸支架、工業(yè)攝像機(jī)、支架、攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)、底座；直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架、測(cè)試軸支架和攝像機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)分別安裝于底座上；直流伺服電機(jī)、光電編碼器及減速器直接連接固定于支架上并直接與測(cè)試軸連接固定；被測(cè)軸承的內(nèi)環(huán)外套于測(cè)試軸上，軸承套外套于測(cè)試軸承的外環(huán)上，擺針直接固定于軸承套；工業(yè)攝像機(jī)通過安裝柱固定于支架，支架與攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)相連接固定。
所述的擺針固定于在軸承套的外圈上。
所述的嵌入式系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)以及光電編碼器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
所述的嵌入式系統(tǒng)通過USB接口與工業(yè)攝像機(jī)相連接。
所述的測(cè)試軸通過減速器直接與直流伺服電機(jī)相連接。
本發(fā)明的是通過測(cè)試加在軸承外圈的擺針偏轉(zhuǎn)角大小來間接測(cè)試軸承的摩擦力矩。由于微型軸承的摩擦力矩很小，用扭矩傳感器直接測(cè)量則存在很大的測(cè)量誤差，所以通過間接測(cè)量軸承摩擦力矩克服重力力矩而產(chǎn)生的偏角來求得其摩擦力矩值。被測(cè)的軸承安裝在水平的轉(zhuǎn)軸上，軸承外圈固定擺針。當(dāng)軸承的內(nèi)圈隨著轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于存在著摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，該摩擦力矩就會(huì)帶動(dòng)外圈和擺針轉(zhuǎn)到一定角度，形成動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)擺針產(chǎn)生的重力矩就等同于軸承摩擦力矩，測(cè)摩擦力矩就轉(zhuǎn)換成了測(cè)重力矩。
由于采用了如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并且滿足了測(cè)試精度要求；由于在測(cè)量中，伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了傳統(tǒng)使用傳感器測(cè)量中傳動(dòng)裝置中存在摩擦力和振動(dòng)等干擾因素，提高了測(cè)量的精度和可靠性。


圖1為本發(fā)明工作過程涉及的各部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1---擺針，2---被測(cè)軸承，3---軸承套，4---直流伺服電機(jī)，5---光電編碼器，6---減速器，7---測(cè)試軸，8---直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架，9---測(cè)試軸支架，10---工業(yè)攝像機(jī)，11---工業(yè)攝像機(jī)固定支架，12---攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)。13---底座具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1，圖2所示，本實(shí)施例包括機(jī)械部分、電氣部分和嵌入式系統(tǒng)，機(jī)械部分通過導(dǎo)線及USB接口與電氣部分的輸入端連接，電氣部分的輸入輸出端分別通過USB接口與嵌入式系統(tǒng)輸入輸出端相連接；所述的機(jī)械部分包括擺針1、被測(cè)軸承2、軸承套3、直流伺服電機(jī)4、光電編碼器5、減速器6、直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架8、測(cè)試軸支架9、工業(yè)攝像機(jī)10、支架11、攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)12、底座13；直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架8、測(cè)試軸支架9和攝像機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)12分別安裝于底座13上；直流伺服電機(jī)4、光電編碼器5及減速器6直接連接固定于支架8上并直接與測(cè)試軸7連接固定；被測(cè)軸承2的內(nèi)環(huán)外套于測(cè)試軸7上，軸承套3外套于測(cè)試軸承7的外環(huán)上，擺針1直接固定于軸承套3；工業(yè)攝像機(jī)10通過安裝柱固定于支架11，支架11與攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)12相連接固定。
如圖1所示，嵌入式系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)4以及光電編碼器5形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提供軸承平穩(wěn)的測(cè)試速度。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集圖像，獲得的圖像數(shù)據(jù)通過USB接口送入嵌入式系統(tǒng)。經(jīng)由軟件進(jìn)行數(shù)字圖像處理，依次經(jīng)過灰度化處理、二值化處理、輪廓提取，求出偏角值。然后通過公式求出摩擦力矩值，并在液晶屏上顯示摩擦力矩值。
如圖2所示，測(cè)量主軸7通過減速器6直接與直流伺服電機(jī)4相接，取代了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣支承或磁懸浮支承，克服了皮帶傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承支承的方法所帶來的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)，降低了被測(cè)軸承的振動(dòng)，提高了摩擦力矩測(cè)量的可靠性。
本實(shí)施例在測(cè)量時(shí)，嵌入式系統(tǒng)通過USB接口與電機(jī)控制器通訊來控制直流伺服電機(jī)4勻速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)減速器6減速后直接帶動(dòng)測(cè)試軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)被測(cè)軸承2的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，由于微型軸承的內(nèi)外圈之間存在摩擦力，所以該摩擦力會(huì)驅(qū)動(dòng)軸承外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，由于在外圈上固定擺針1，擺針會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與摩擦力大小成正比的偏角。嵌入式系統(tǒng)通過工業(yè)攝像頭10以一定頻率拍攝擺針1的圖像，經(jīng)過處理后可計(jì)算出正反向最大摩擦力矩、平均摩擦力矩、力矩差的結(jié)果和正反向軸承摩擦力矩變化曲線。通過鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話進(jìn)行測(cè)試操作，測(cè)量過程由嵌入式系統(tǒng)控制自動(dòng)完成。測(cè)量結(jié)果液晶屏顯示，也可存檔和打印輸出。采用數(shù)字圖像處理的新技術(shù)，消除了機(jī)械加工和傳動(dòng)中存在加工誤差和摩擦力的影響。
權(quán)利要求
1.一種微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，包括機(jī)械部分、電氣部分和嵌入式系統(tǒng)，機(jī)械部分通過導(dǎo)線及USB接口與電氣部分的輸入端連接，電氣部分的輸入輸出端分別通過USB接口與嵌入式系統(tǒng)輸入輸出端相連接；其特征在于，所述的機(jī)械部分包括擺針(1)、被測(cè)軸承(2)、軸承套(3)、直流伺服電機(jī)(4)、光電編碼器(5)、減速器(6)、直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架(8)、測(cè)試軸支架(9)、工業(yè)攝像機(jī)(10)、支架(11)、攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)(12)、底座(13)；直流伺服電機(jī)系統(tǒng)的支架(8)、測(cè)試軸支架(9)和攝像機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)(12)分別安裝于底座(13)上；直流伺服電機(jī)(4)、光電編碼器(5)及減速器(6)直接連接固定于支架(8)上并直接與測(cè)試軸(7)連接固定；被測(cè)軸承(2)的內(nèi)環(huán)外套于測(cè)試軸(7)上，軸承套(3)外套于測(cè)試軸承(7)的外環(huán)上，擺針(1)直接固定于軸承套(3)；工業(yè)攝像機(jī)(10)通過安裝柱固定于支架(11)，支架(11)與攝像機(jī)機(jī)距離調(diào)整機(jī)構(gòu)(12)相連接固定。
2.如權(quán)利要求1所述的微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，其特征是，所述的擺針(1)固定于在軸承套(3)的外圈上。
3.如權(quán)利要求1所述的微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，其特征是，所述的嵌入式系統(tǒng)、直流伺服電機(jī)(4)以及光電編碼器(5)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1或3所述的微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，其特征是，所述的嵌入式系統(tǒng)通過USB接口與工業(yè)攝像機(jī)(10)相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，其特征是，所述的測(cè)試軸(7)通過減速器(6)直接與直流伺服電機(jī)(4)相連接。
全文摘要
一種微型軸承摩擦力矩測(cè)量?jī)x，屬于測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括機(jī)械部分、電氣部分和嵌入式系統(tǒng)，機(jī)械部分通過導(dǎo)線及USB接口與電氣部分的輸入端連接，電氣部分的輸入輸出端分別通過USB接口與嵌入式系統(tǒng)輸入輸出端相連接。本發(fā)明采用數(shù)字圖像處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)和自動(dòng)控制等技術(shù)，能精確測(cè)量微小軸承的摩擦力矩。該測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01M13/00GK101067578SQ200710041970
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者顏德田, 丁國(guó)清, 王志武, 于瑞濤, 代杰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)