專利名稱：一種微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于軸承測量技術領域，尤其是一種微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀。
背景技術：
軸承摩擦力矩分為啟動摩擦力矩和動態(tài)摩擦力矩。啟動摩擦力矩是指軸承 由靜止到轉動所要克服的阻力矩，動態(tài)摩擦力矩是反映軸承在某一轉速下所受 到的阻力矩的大小和波動情況；因此，軸承動態(tài)摩擦力矩的好壞，在很大程度 上代表了軸承動態(tài)性能的好壞和軸承質量的高低。在國內外軸承行業(yè)中，對轉 速小于20轉/分鐘的軸承低速動態(tài)摩擦力矩測量儀是檢測軸承動態(tài)性能好壞的 必要儀器。
目前在國內外，軸承低速動態(tài)摩擦力矩測量儀的研制原理主要有三種。 第一種為驅動軸采用空氣軸承、力矩信號采用電橋補償處理的方法進行研 制。優(yōu)點是空氣軸承對被測軸承的干擾非常小，所測的力矩信號更真實地反 映了軸承動態(tài)摩擦力矩的性能；缺點是由于對壓縮空氣的質量要求非常嚴格， 需要專門的除濕和除塵設備，因此整套儀器的價格較高(國產儀器在30萬元以
上，進口儀器在60萬元以上)，使用和維護費也很高，并且儀器的使用壽命也
不高，使用兩年后就要大修。
第二種為通過低速電機帶動齒輪驅動被測軸承，通過力桿拉緊鋼絲對被測
軸承加載，通過力矩傳感器采集力矩信號。優(yōu)點是結構簡單，儀器價格較低， 使用和維護費也較低；缺點是
1) 齒輪運轉對被測軸承帶來一定的干擾；
2) 鋼絲隨被測軸承扭動帶來的扭矩需要試驗測量，并進行標定、補償，需要經常更換鋼絲，重新標定；對鋼絲扭矩性能的一致'性荽求很嚴，否則要修訂 補償設置；
3)被測軸承撥動力矩傳感器帶來的沖擊和滯后現象(對于質量好的軸承， 這一現象較輕)，將使力矩傳感器采集的信號與軸承的真實力矩有很大的誤差， 這也是這類力矩儀致命的難點，所以這類力矩儀只能用于測量對力矩要求較低 的較大尺寸的軸承上。
第二種為近年來國外研制的通過被測軸承帶動動光柵，根據動光柵與靜光 柵比對產生的信號，并經專門開發(fā)的分析軟件進行處理，獲得軸承的動態(tài)摩擦 力矩。優(yōu)點是所測量分析出的力矩信號更真實、可靠。缺點是
1) 技術難度很大；
2) 對動、靜光柵的制造精度和安裝精度要求非常高，目前國內很難制造出
這樣高精度的光柵，對中國的進口控制也很嚴。
對于軸承內徑小于10毫米的微型軸承，其動態(tài)摩擦力矩一般在O.lmN.m 以下，最小為0.002mN.m;因此對力矩儀的精度、誤差要求非常高，研制難度 很大。但由于高精度的微型軸承又廣泛用于航天、航空領域，該類軸承的動態(tài) 摩擦力矩往往是衡量其品質好壞的驗收必檢項目。
發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，該測 量儀釆用雙阻尼補償系統(tǒng)，可有效降低干擾力矩，在很大程度上提高了被測軸 承運轉的精度和穩(wěn)定性。
為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案
所述的微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，其測量儀的設計原理采用雙阻尼補 償系統(tǒng)以降低干擾力矩，即一方面通過加載砝碼拉緊加載線對被測軸承進行加 載，大大降低了鋼絲的扭矩效應，同時在加載砝碼下設置一個加載阻尼油杯以
降低加載砝碼隨被測軸承轉動產生的反饋干擾；另一方面，在力矩傳感器前端
5也設置-'個阻尼油杯，同時在力矩傳感器和被測軸承的撥桿上套上柔性材料以 降低被測軸承撥動力矩傳感器時帶來的沖擊以及避免滯后現象的發(fā)生；將被測 軸承安裝在外座和加載桿之間，通過加載桿上的加載線對被測軸承內圈施加負 載，外座聯接主軸，由電機閉環(huán)控制、恒速轉動，主軸帶動外座和被測軸承外 圈旋轉，由于被測軸承摩擦力矩的存在帶動被測軸承內圈旋轉，再通過撥桿撥 動力矩傳感器，由力矩傳感器輸出表征被測軸承摩擦摩擦力矩的電壓信號，即 U(t)=k . T(t)，該電壓信號經計算機處理并用電表示值指示其被測軸承的摩擦力 矩值，并以電壓示值形式輸出給計算機作信號處理分析和圖形顯示。
所述的微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀主要是由支撐軸承、主軸、外座、撥 桿、加載桿、力矩傳感器、支架、阻尼油杯、加載線、加載砝碼、加載阻尼油 杯、電機、電控箱、皮帶輪、柔性聯軸器、計算機構成，其中被測軸承外圈放 置在外座的臺階內，被測軸承內圈穿入加載桿，加載桿上端套入帶有柔性材料 的撥桿，撥桿(5)撥動固定在支架上的力矩傳感器，力矩傳感器被固定在支架上， 在力矩傳感器的下端設置有阻尼油杯；外座的下端聯接有一同轉動的主軸，主 軸被固定在測量儀上的支撐軸承支撐固定，主軸的下端通過柔性聯軸器聯接有
皮帶輪，皮帶輪由電機驅動，電機由電控箱和設計好程序的計算機聯動控制；
在加載桿上聯接有加載線，加載線再聯接加載砝碼，加載砝碼懸在加載阻尼油 杯中。
由于采用如上所述的技術方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性
1、 本發(fā)明結構簡單緊湊，無需外部設備，價格可控制在10萬元以內，且操 作非常可靠、方便。
2、 通過采用雙阻尼補償系統(tǒng)、高精度軸系、閉環(huán)驅動控制系統(tǒng)等技術手段，
有效地降低干擾力矩產生誤差，提高了精度和穩(wěn)定性。
3、 本發(fā)明經23、 95和18三個型號軸承的試驗驗證，其精度與誤差小于5%， 而國內研制的低速動態(tài)摩擦力矩儀的精度與誤差大多為10%以上，具有廣泛的 推廣應用價值。
圖l是本發(fā)明的結構不意圖1中l(wèi)一支撐軸承；2 —主軸；3—外座；4—被測軸承；5—撥桿；6— 加載桿；7—力矩傳感器；8—支架；9—阻尼油杯；IO —加載線；11—加載砝碼； 12—加載阻尼油杯；13—電機；14一電控箱；15—皮帶輪；16—柔性聯軸器； 17—計算機。
具體實施例方式
本發(fā)明的微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，其測量儀的設計原理采用雙阻尼 補償系統(tǒng)以降低干擾力矩，即一方面通過加載砝碼拉緊加載線對被測軸承進行 加載，大大降低了鋼絲的扭矩效應，同時在加載砝碼下設置一個加載阻尼油杯 以降低加載砝碼隨被測軸承轉動產生的反饋干擾；另一方面，在力矩傳感器前 端也設置一個阻尼油杯，同時在力矩傳感器和被測軸承的撥桿上套上柔性材料 以降低被測軸承撥動力矩傳感器時帶來的沖擊以及避免滯后現象的發(fā)生；將被 測軸承安裝在外座和加載桿之間，通過加載桿上的加載線對被測軸承內圈施加 負載，外座聯接主軸，由電機閉環(huán)控制、恒速轉動，主軸帶動外座和被測軸承 外圈旋轉，由于被測軸承摩擦力矩的存在帶動被測軸承內圈旋轉，再通過撥桿 撥動力矩傳感器，由力矩傳感器輸出表征被測軸承摩擦摩擦力矩的電壓信號， 艮口u(t^k . T(t)，該電壓信號經計算機處理并用電表示值指示其被測軸承的摩擦 力矩值，并以電壓示值形式輸出給計算機作信號處理分析和圖形顯示。
結合圖l并依據上述設計原理，本發(fā)明的微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀主要 是由支撐軸承(l)、主軸(2)、外座(3)、撥桿(5)、加載桿(6)、力矩傳感器(7)、支 架(8)、阻尼油杯(9)、加載線(IO)、加載砝碼(ll)、加載阻尼油杯(12)、電機(13)、 電控箱(14)、皮帶輪(15)、柔性聯軸器(16)、計算機(17)構成，其中被測軸承(4) 外圈放置在外座(3)的臺階內，被測軸承(4)內圈穿入加載桿(6)，加載桿(6)上端套
7入帶有柔性材料的撥桿(5)，撥桿(5)撥動固定在支架(8')上"的'力矩傳感器(7)，力矩 傳感器(7)被固定在支架(8)上，在力矩傳感器(7)的下端設置有阻尼油杯(9);外座 (3)的下端聯接有一同轉動的主軸(2)，主軸(2)被固定在測量儀t的支撐軸承(l) 支撐固定，主軸(2)的下端通過柔性聯軸器聯(16)接有皮帶輪(15)，皮帶輪(15)由 電機(13)驅動，電機(13)由電控箱(14)和設計好程序的計算機C17)聯動控制；在加 載桿(6)上聯接有加載線(10)，加載線(10)再聯接加載砝碼(11)，加載砝碼(ll)懸 在加載阻尼油杯中(12)。
當電機(13)帶動驅動主軸(2)恒速轉動時，被測軸承(4)外圈隨著外座(3)旋轉， 由于被測軸承(4)內部摩擦的存在，被測軸承(4)外圈帶動鋼球，鋼球又帶動被測 軸承(4)內圈旋轉，固定在的加載桿(6)上的撥桿(5)撥動力矩傳感器(7)，由力矩 傳感器(7)輸出表征被測軸承(4)摩檫力矩的電壓信號，電壓信號以數字信號的格 式輸出顯示在計算機(17)屏幕上。
權利要求
1、一種微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，其特征在于該測量儀的設計原理采用雙阻尼補償系統(tǒng)以降低干擾力矩，即一方面通過加載砝碼拉緊加載線對被測軸承進行加載，大大降低了鋼絲的扭矩效應，同時在加載砝碼下設置一個加載阻尼油杯以降低加載砝碼隨被測軸承轉動產生的反饋干擾；另一方面，在力矩傳感器前端也設置一個阻尼油杯，同時在力矩傳感器和被測軸承的撥桿上套上柔性材料以降低被測軸承撥動力矩傳感器時帶來的沖擊以及避免滯后現象的發(fā)生；將被測軸承安裝在外座和加載桿之間，通過加載桿上的加載線對被測軸承內圈施加負載，外座聯接主軸，由電機閉環(huán)控制、恒速轉動，主軸帶動外座和被測軸承外圈旋轉，由于被測軸承摩擦力矩的存在帶動被測軸承內圈旋轉，再通過撥桿撥動力矩傳感器，由力矩傳感器輸出表征被測軸承摩擦摩擦力矩的電壓信號，即u(t)＝k.T(t)，該電壓信號經計算機處理并用電表示值指示其被測軸承的摩擦力矩值，并以電壓示值形式輸出給計算機作信號處理分析和圖形顯示。
2、 根據權利要求1所述的微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，其特征在于該測量儀主要是由支撐軸承(l)、主軸(2)、外座(3)、撥桿(5)、加載桿(6)、力矩傳 感器(7)、支架(8)、阻尼油杯(9)、加載線(IO)、加載砝碼(ll)、加載阻尼油杯(12)、 電機(13)、電控箱(14)、皮帶輪(15)、柔性聯軸器(16)、計算機(17)構成，其中被 測軸承(4)外圈放置在外座(3)的臺階內，被測軸承(4)內圈穿入加載桿(6)，加載桿(6) 上端套入帶有柔性材料的撥桿(5)，撥桿(5)撥動固定在支架(8)上的力矩傳感器(7) ，力矩傳感器(7)被固定在支架(8)上，在力矩傳感器(7)的下端設置有阻尼油杯 (9);外座(3)的下端聯接有一同轉動的主軸(2)，主軸(2)被固定在測量儀上的支撐 軸承(l)支撐固定，主軸(2)的下端通過柔性聯軸器軟16展有皮帶輪(15)，皮帶輪(15)由電機(13)驅動，電機(13)由電控箱(14)和設計好程序的計算機(17)聯動控 制；在加載桿(6)上聯接有加載線(10)，加載線(10)再聯接加載砝碼(11)，加載砝 碼(11)懸在加載阻尼油杯中(12)。
全文摘要
一種微型軸承動態(tài)摩擦力矩測量儀，其設計原理采用雙阻尼補償系統(tǒng)以降低干擾力矩，通過加載砝碼拉緊加載線對被測軸承進行加載，在加載砝碼下設一阻尼油杯以降低干擾；在力矩傳感器前端也設一阻尼油杯，撥桿上套上柔性材料以降低沖擊及避免滯后現象發(fā)生；將被測軸承安在外座和加載桿之間，加載線對被測軸承內圈施加負載，外座聯接主軸，由電機閉環(huán)控制恒速轉動，主軸帶動外座和被測軸承外圈旋轉，再帶動其內圈旋轉，撥桿撥動力矩傳感器輸出表征被測軸承摩擦摩擦力矩的電壓信號，即u(t)＝k·T(t)，該電壓信號經計算機處理并用電表示值指示其被測軸承的摩擦力矩值，并以電壓示值形式輸出給計算機作信號處理分析和圖形顯示。
文檔編號G01M13/04GK101509814SQ20081023078
公開日2009年8月19日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權日2008年10月30日
發(fā)明者暉 何, 維 姜, 李建華, 強 符, 賴小航, 靳國棟, 馬小梅 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司