專利名稱：滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量滾動(dòng)軸承摩擦力矩的儀器。
技術(shù)背景
摩擦力矩是滾動(dòng)軸承的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，它直接影響軸承的運(yùn)行能耗、溫升、旋轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性，長期地還將影響軸承的使用壽命。但由于滾動(dòng)軸承摩擦力矩產(chǎn)生機(jī)理的復(fù)雜性和實(shí)際表現(xiàn)的欠穩(wěn)定性以及各種應(yīng)用領(lǐng)域所追求目標(biāo)的巨大差異，以往對(duì)滾動(dòng)軸承摩擦力矩的測量技術(shù)的研究和儀器的開發(fā)比較少，即使有也大多是針對(duì)某類軸承或某種應(yīng)用領(lǐng)域的，如針對(duì)精密軸承、微小型軸承和對(duì)摩擦力矩有明確要求的特種軸承。對(duì)于大多數(shù)的通用軸承，雖然在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)摩擦力矩沒有明確要求，但在中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JB/ T10336-2002中，對(duì)成品滾動(dòng)軸承有旋轉(zhuǎn)靈活，平穩(wěn)、輕快、無阻滯的要求，其檢測方法目前仍依靠人工檢測，憑經(jīng)驗(yàn)判斷，實(shí)踐中難以把握。
滾動(dòng)軸承摩擦力矩的來源可以分成兩部分穩(wěn)定部分與變化部分。穩(wěn)定部分來自設(shè)計(jì)上可預(yù)期的因素，也是不可避免的，如由于材料彈性滯后引起的純滾動(dòng)阻力，滾動(dòng)接觸面上的差動(dòng)滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)體自旋運(yùn)動(dòng)引起的滑動(dòng)摩擦，軸承零件相互間的滑動(dòng)摩擦，潤滑劑的粘滯作用等等，如果制造和應(yīng)用條件達(dá)到理想要求，它引起的摩擦力矩基本上是穩(wěn)定的；變化部分來自各種干擾因素，如制造誤差，清潔度，零部件缺陷，環(huán)境和外界干擾等等， 其中前3項(xiàng)與制造方有關(guān)，后一項(xiàng)與使用方有關(guān)。對(duì)于制造方，通過對(duì)摩擦力矩跟蹤測量， 如發(fā)現(xiàn)摩擦力矩有異常變化，可以推斷有干擾因素存在，從而鑒別出有問題的軸承，對(duì)保證軸承質(zhì)量有重要意義。此外，通過動(dòng)態(tài)跟蹤一段時(shí)空區(qū)段摩擦力矩變化的豐富信息，有助于對(duì)問題軸承作出診斷，也有助于對(duì)摩擦力矩進(jìn)行深入研究。
從摩擦力矩的測量方式上來看，現(xiàn)有的摩擦力矩測量儀基本都只是收集摩擦力矩 M本身的數(shù)據(jù)，再從這些離散數(shù)據(jù)作數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，得到最大值、平均值等等，較先進(jìn)的采用自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，得到一個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)M(t)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，能得到摩擦力矩有效值以及一些頻率特性。以上基本上都屬于一維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它只能采集摩擦力矩一個(gè)序列數(shù)據(jù)，不能跟蹤摩擦力矩M與軸承套圈之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)角位移θ之間的關(guān)系。要得到這種關(guān)系，只有采用2維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即同時(shí)采集摩擦力矩和相對(duì)角位移2個(gè)序列的數(shù)據(jù)M(t)和θ (t)，直接取得它們的相互關(guān)系Μ( θ )。雖然從理論上如果已知速度，可以從時(shí)間座標(biāo)轉(zhuǎn)換到位移座標(biāo)，但實(shí)際上由于轉(zhuǎn)速的測量和控制本身存在一定誤差，經(jīng)過不斷旋轉(zhuǎn)帶來的累積誤差不可忽視，因此這種間接得到的Μ( θ )關(guān)系的應(yīng)用價(jià)值就大大降低。Μ( θ )關(guān)系的應(yīng)用之一如可以幫助進(jìn)行軸承零件缺陷的診斷如果在Μ(θ)關(guān)系圖上發(fā)現(xiàn)有周期性的異常，通過在圖上量得其波長(△ θ，與轉(zhuǎn)速無關(guān))，與按照滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)學(xué)原理計(jì)算出的該軸承的各種零件缺陷反映的理論波長比較，可確定缺陷所在。
要求直接測取摩擦力矩隨套圈角位移的關(guān)系是本發(fā)明的儀器的主要目標(biāo)?，F(xiàn)有專利中名稱上接近的有CN101509814B《一種微型軸承動(dòng)態(tài)摩擦力矩測量儀的設(shè)計(jì)方法》和 CN201285334Y《一種用于檢測軸承動(dòng)態(tài)摩擦力矩的測量儀》，細(xì)讀內(nèi)容，其中動(dòng)態(tài)摩擦力矩是指軸承的動(dòng)態(tài)摩擦力矩，相對(duì)啟動(dòng)摩擦力矩而言的，而不是指測量方式動(dòng)態(tài)測量。其主要技術(shù)特征是采用阻尼裝置，以提高穩(wěn)定性，包括在傳感器的傳遞路徑內(nèi)使用阻尼器和柔性材料以降低沖擊，從而使測量結(jié)果變化變得平緩。本發(fā)明的目標(biāo)和技術(shù)特征要點(diǎn)與上述專利是不同的。
要實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)測量，必須分析測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，理清改善動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。一般受測滾動(dòng)軸承具有內(nèi)圈和外圈(對(duì)于推力軸承有軸圈和座圈)， 在測量摩擦力矩時(shí)，其中之一套圈由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的稱為主動(dòng)圈，另一個(gè)套圈連接到測量力矩或力的傳感器或儀表(以下統(tǒng)稱為力矩測量單元，它包括傳感器或儀表本身和必要的連接件在內(nèi))的套圈稱為受測圈。圖4是包含受測圈、力矩測量單元在內(nèi)的一測量系統(tǒng)模型。系統(tǒng)內(nèi)有質(zhì)量元件即受測圈，有彈性元件即力矩測量單元，這些就構(gòu)成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，它的動(dòng)力學(xué)方程式為
J^- + K^ = M(t)(1)
上式中，J為受測圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，夂P為力矩測量單元扭轉(zhuǎn)剛度，在力矩測量單元的線性工作區(qū)域，下式用于標(biāo)定力矩測量單元的扭轉(zhuǎn)剛度
=^ ⑵
式中Mc為測量摩擦力矩，也是力矩測量單元的輸出，識(shí)為受測圈的角位移，在線性工作區(qū)4可從下式推算
Mc門、^ = TTl⑶K<p
于是從⑴式可得到實(shí)際摩擦力矩M與測量摩擦力矩Mc的關(guān)系
M = Mc+J^ (4)dt2
振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率《 為
J￥)/5/ \Λ二sωJ
根據(jù)振動(dòng)理論，只有當(dāng)輸入物理量的頻率與固有頻率之比ω/ωη<< 1或趨近于零時(shí)，輸出Mc在幅度與相位上才接近于輸入Μ。因此提高系統(tǒng)的固有頻率是提高測量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵。有兩個(gè)途徑可以提高固有頻率一是提高力矩測量單元的剛度夂，；二是減少系統(tǒng)內(nèi)的元件的質(zhì)量，其中受測圈的質(zhì)量是無法改變的，但如果用負(fù)荷塊對(duì)受測圈加載，且負(fù)荷塊與受測圈一起運(yùn)動(dòng)，這就等于增加的受測圈的質(zhì)量，從而降低了系統(tǒng)的固有頻率。本分析模型已忽略了力矩測量單元的質(zhì)量，但如果力矩測量單元包含質(zhì)量較重的元件， 則也會(huì)降低系統(tǒng)的固有頻率。
實(shí)際上動(dòng)態(tài)摩擦力矩是一頻率范圍很廣的曲線，不同頻率成分經(jīng)過測量系統(tǒng)傳遞5得到響應(yīng)是不同的，遠(yuǎn)小于固有頻率的成分會(huì)得到較好的反映，固有頻率附近的成分可能會(huì)得到放大(共振)，這取決于系統(tǒng)的阻尼的大小，遠(yuǎn)大于固有頻率的成分將被衰減。為防止激烈共振的發(fā)生，可以對(duì)受測圈施加一定的阻尼(如圖4中阻尼器9)，注意所加的阻尼應(yīng)與傳感器和連接件是并列的，不應(yīng)串聯(lián)接入傳感器和連接件鏈中。實(shí)際上，在摩擦力矩內(nèi)已存在與運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的阻尼成分，它也有一定的抑制共振的作用。
在設(shè)計(jì)摩擦力矩動(dòng)態(tài)測量儀時(shí)應(yīng)考慮頻率響應(yīng)范圍要求，對(duì)于上述振動(dòng)系統(tǒng)，該頻率響應(yīng)范圍下極限可以為0無問題，關(guān)鍵是上極限COsjx，它也是與系統(tǒng)的固有頻率0^相關(guān)的，可以用關(guān)系式表示= kfX ωη。在設(shè)計(jì)摩擦力矩動(dòng)態(tài)測量儀時(shí)為滿足頻率響應(yīng)范圍要求，則應(yīng)，其中系數(shù)kf與定義頻率響應(yīng)范圍的衰減系數(shù)和系統(tǒng)阻尼有關(guān)，衰減系數(shù)一般取0. 707，當(dāng)忽略阻尼時(shí)，kf取1. 55 (最大值)，隨著阻尼增加，kf值減小。
因軸承兩套圈之間的相對(duì)角位移θ = θι_ ,式中Q1為主動(dòng)圈的角位移，可按式(3)推出，故只要測出主動(dòng)圈的角位移Q1，就可通過本式修正為軸承兩套圈之間的相對(duì)角位移θ。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，以解決現(xiàn)有滾動(dòng)軸承摩擦力矩測量儀不能直接動(dòng)態(tài)精確測取被測軸承測量摩擦力矩和套圈角位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而精確得出實(shí)際摩擦力矩與套圈相對(duì)角位移的關(guān)系的問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，包括機(jī)體及驅(qū)動(dòng)部分、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、 處理、控制和操作部分，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制和操作部分包括摩擦力矩采集系統(tǒng)、角位移采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及輸出設(shè)備和操作設(shè)備，所述驅(qū)動(dòng)部分安裝在所述機(jī)體上，用于驅(qū)動(dòng)被測軸承主動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)與所述機(jī)體和計(jì)算機(jī)連接，用于采集被測軸承測量摩擦力矩Mc，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)的固有頻率ωη滿足 sjx/kf，式中 "sJx為滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀的設(shè)計(jì)頻率響應(yīng)范圍上極限，kf為與頻率響應(yīng)范圍定義的衰減系數(shù)和系統(tǒng)阻尼有關(guān)的系數(shù)，所述角位移采集系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)部分和計(jì)算機(jī)連接，用于采集被測軸承主動(dòng)圈的角位移θ工，兩套采集系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行同步采集，并通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)Ζ裙ぷ餍拚蔀楸粶y軸承套圈相對(duì)角位移θ，對(duì)Mc修正成為實(shí)際摩擦力矩Μ，得到實(shí)際摩擦力矩M和被測軸承套圈相對(duì)角位移θ的相互關(guān)系Μ(θ)。
優(yōu)選地，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)包括力矩測量單元，所述力矩測量單元包括具有數(shù)字輸出功能的力或力矩傳感件，所述力或力矩傳感件設(shè)置在所述機(jī)體的安裝架上，并與所述計(jì)算機(jī)連接，所述力矩測量單元的綜合扭轉(zhuǎn)剛度夂,滿足夂，> COn1Jd，式中Jd為摩擦力矩采集系統(tǒng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它除了包括受測圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外，還包括與受測圈相連并隨受測圈一起運(yùn)動(dòng)的物件折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
必要時(shí)，所述力矩測量單元還包括用于連接力或力矩傳感件與被測軸承受測圈的連接件，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還包括所述連接件折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
優(yōu)選地，所述力或力矩傳感件為數(shù)字測力計(jì)。
優(yōu)選地，所述連接件為鋼絲繩，其一端與所述力或力矩傳感件用加固結(jié)扣聯(lián)結(jié)，另一端與可固著于被測軸承受測圈上的固著件加固聯(lián)結(jié)。
優(yōu)選地，所述機(jī)體包括機(jī)箱、平板和安裝架，所述平板設(shè)置在機(jī)箱的頂部，所述安裝架設(shè)置在平板上，所述驅(qū)動(dòng)部分包括電動(dòng)機(jī)、摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、用于固定被測軸承主動(dòng)圈的接適件、主軸、軸承和軸承座，所述電動(dòng)機(jī)通過摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)連接，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和接適件與主軸的上端聯(lián)接，所述主軸通過軸承設(shè)置在軸承座上， 所述軸承座設(shè)置在平板上，所述角位移采集系統(tǒng)包括角位移傳感器，所述角位移傳感器為轉(zhuǎn)角編碼器，所述轉(zhuǎn)角編碼器安裝在支架上，所述支架安裝在軸承座的下端，所述轉(zhuǎn)角編碼器的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與主軸的下端聯(lián)接，所述轉(zhuǎn)角編碼器與計(jì)算機(jī)連接。
優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為開口向下的盤狀殼體，所述摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、 中間輪、活接板、杠桿、扭簧、離合凸輪、操縱軸、拉簧，所述主動(dòng)輪安裝在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，且位于平板的上方，所述中間輪鉸接在活接板的一端，且位于平板的上方，所述中間輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的內(nèi)壁接觸，并可與主動(dòng)輪接觸和分離，所述杠桿位于平板的下方，所述活接板鉸接在杠桿的一端，且在其與杠桿的鉸接處設(shè)置有用于約束二者的扭簧，所述杠桿的支點(diǎn)與平板鉸接，所述杠桿的另一端與位于平板下方的離合凸輪接觸，所述離合凸輪與可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在平板上的操縱軸的下端固定聯(lián)接，所述杠桿從其支點(diǎn)至另一端間的部分上還連接有用于使杠桿與離合凸輪保持接觸的拉簧。
優(yōu)選地，所述中間輪的柱面上包有橡膠，所述中間輪分別與主動(dòng)輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)內(nèi)壁的接觸點(diǎn)的壓力線夾角β在90° 士 10°的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)為無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的工作原理為通過使測量系統(tǒng)的固有頻率滿足一定的條件，從而保證了測量系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在此條件下，通過同步采集被測軸承測量摩擦力矩和主動(dòng)圈角位移，從而直接而準(zhǔn)確地得到了測量摩擦力矩Mc和主動(dòng)圈角位移θ工之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Mc ( θ J，再考慮動(dòng)力學(xué)因素，通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)Ζ裙ず蚆c作修正，轉(zhuǎn)換成軸承套圈相對(duì)角位移θ和實(shí)際摩擦力矩Μ，于是最后便得到實(shí)際摩擦力矩M與相對(duì)角位移θ之間的關(guān)系Μ(θ)。
本發(fā)明測量儀的有益效果為能直接動(dòng)態(tài)精確測取軸承測量摩擦力矩和套圈角位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而得出軸承實(shí)際摩擦力矩與套圈相對(duì)角位移的精確關(guān)系，且具有結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好，跟蹤測量結(jié)果精準(zhǔn)，適應(yīng)范圍廣，操作簡便，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于各類滾動(dòng)軸承品質(zhì)的鑒別診斷和軸承的分析研究。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明的總體技術(shù)方案的架構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的圖2所示的實(shí)施方案的摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明中的摩擦力矩采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析模型。
圖中1、機(jī)體；11、機(jī)箱；12、平板；13、安裝架；2、驅(qū)動(dòng)部分；21、電動(dòng)機(jī)；22、主動(dòng)輪；23、中間輪；24、活接板；25、杠桿；26、扭簧；27、離合凸輪；28、操縱軸；29、拉簧；210、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；211、接適件；212、主軸；213、軸承座；3、摩擦力矩采集系統(tǒng)；31、力矩測量單元；311、力或力矩傳感件；312、連接件；313、固著件；4、角位移采集系統(tǒng)；41、轉(zhuǎn)角編碼器；42、 支架；43、聯(lián)軸器；5、計(jì)算機(jī)；6、輸出設(shè)備；7、操作設(shè)備；81、受測圈；82、主動(dòng)圈；9、阻尼器。
另外，對(duì)圖4說明受測圈81的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，同時(shí)受到實(shí)際摩擦力矩M和測量摩擦力矩為Mc ；摩擦力矩采集系統(tǒng)3的扭轉(zhuǎn)剛度為Ip，包含剛度為K1的力或力矩傳感件311 和剛度為K2的連接件312 ；阻尼器9是可選采用，分析時(shí)未考慮；A點(diǎn)為連接件312與受測圈81的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，B點(diǎn)為連接件312與力或力矩傳感件311的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，C點(diǎn)為力或力矩傳感件 311與安裝架13的靜止聯(lián)結(jié)點(diǎn)；0點(diǎn)位轉(zhuǎn)動(dòng)中心 ’φ為A點(diǎn)(也是受測圈)的角位移。為簡明起見，連接件312質(zhì)量忽略，如考慮連接件312質(zhì)量，系統(tǒng)應(yīng)按多自由度系統(tǒng)作分析。
具體實(shí)施方式
如圖1 4所示，本發(fā)明的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，包括機(jī)體1及驅(qū)動(dòng)部分2、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制和操作部分，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制和操作部分包括摩擦力矩采集系統(tǒng)3、角位移采集系統(tǒng)4、計(jì)算機(jī)5及輸出設(shè)備6和操作設(shè)備7，所述驅(qū)動(dòng)部分2安裝在所述機(jī)體1上，用于驅(qū)動(dòng)被測軸承主動(dòng)圈82轉(zhuǎn)動(dòng)，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)3與所述機(jī)體1和計(jì)算機(jī)5連接，用于采集被測軸承測量摩擦力矩Mc，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)3的固有頻率ωη滿足，式中ω _為滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀的設(shè)計(jì)頻率響應(yīng)范圍上極限，kf為與頻率響應(yīng)范圍定義的衰減系數(shù)和系統(tǒng)阻尼有關(guān)的系數(shù)，所述角位移采集系統(tǒng)4與所述驅(qū)動(dòng)部分2和計(jì)算機(jī)5連接，用于采集被測軸承主動(dòng)圈82 的角位移θ ”兩套采集系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)5控制，進(jìn)行同步采集，并通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)?θ工作修正成為被測軸承套圈相對(duì)角位移θ，對(duì)Mc修正成為實(shí)際摩擦力矩Μ，得到實(shí)際摩擦力矩M和被測軸承套圈相對(duì)角位移θ的相互關(guān)系Μ( θ)
所述摩擦力矩采集系統(tǒng)3采集得到被測軸承測量摩擦力矩Mc，所述角位移采集系統(tǒng)4采集得到被測軸承主動(dòng)圈82的角位移θ ”從而直接得到軸承測量摩擦力矩和被測軸承主動(dòng)圈82角位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Mc ( θ ^，再考慮動(dòng)力學(xué)因素，通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)Ζ?i 作修正，轉(zhuǎn)換成θ，得到Mc( θ )，再按照(4)式，對(duì)Mc作修正成為實(shí)際摩擦力矩M，于是最后得到實(shí)際摩擦力矩M與相對(duì)角位移θ之間的關(guān)系Μ(θ)，并通過輸出設(shè)備6提供包括Μ(θ) 曲線在內(nèi)的一系列數(shù)據(jù)信息。因上述兩項(xiàng)修正都是由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序完成的，故這樣儀器就能適應(yīng)動(dòng)態(tài)跟蹤測量的要求，得到比較精準(zhǔn)的結(jié)果。
優(yōu)選地，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)3包括力矩測量單元31，所述力矩測量單元31 包括具有數(shù)字輸出功能的力或力矩傳感件311，所述力或力矩傳感件311設(shè)置在所述機(jī)體 1的安裝架13上，并與所述計(jì)算機(jī)5連接，所述力矩測量單元8的綜合扭轉(zhuǎn)剛度夂,滿足 κφ > CDn2Jd，式中Jd為摩擦力矩采集系統(tǒng)3的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它除了包括受測圈81的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外，還包括與受測圈81相連并隨受測圈81 —起運(yùn)動(dòng)的物件折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
所述力或力矩傳感件311還應(yīng)具有足夠的通訊速度、硬負(fù)載特性(即剛度高)和滿足要求的量程范圍和測量精度。
必要時(shí)，所述力矩測量單元31還包括用于連接力或力矩傳感件311與被測軸承受測圈81的連接件312，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)3的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還包括所述連接件312折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。所述連接件312應(yīng)具有質(zhì)量輕、連接狀態(tài)下水平方向具有一定柔度，豎直方向剛度高的特點(diǎn)。
優(yōu)選地，所述力或力矩傳感件311為數(shù)字測力計(jì)。本實(shí)施例具體采用量程為 IOOOgf，精度為士 Igf，剛度為5000gf/mm,取樣速率為7000次/秒，有RS232/USB接口，傳輸速率為115200baud的數(shù)字測力計(jì)。
優(yōu)選地，所述連接件312為鋼絲繩，其一端與所述力或力矩傳感件311用加固結(jié)扣聯(lián)結(jié)，另一端與可固著于被測軸承受測圈81上的固著件313加固聯(lián)結(jié)。
本實(shí)施例采用一小塊磁鐵作固著件313，測量時(shí)小磁鐵吸附固定在受測圈81上； 加固結(jié)扣處用硬性粘結(jié)劑加固，以防止受力時(shí)變形。該連接方式制作簡單，成本低，操作又比較方便。
優(yōu)選地，所述機(jī)體1包括機(jī)箱11、平板12和安裝架13，所述平板12設(shè)置在機(jī)箱11 的頂部，所述安裝架13設(shè)置在平板12上，所述驅(qū)動(dòng)部分2包括電動(dòng)機(jī)21、摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210、用于固定被測軸承主動(dòng)圈82的接適件211、主軸212、軸承和軸承座213，所述電動(dòng)機(jī)21通過摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210傳動(dòng)連接，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210和接適件 211與主軸212的上端聯(lián)接，所述主軸212通過軸承設(shè)置在軸承座213上，所述軸承座213 設(shè)置在平板12上，所述角位移采集系統(tǒng)4包括角位移傳感器，所述角位移傳感器為轉(zhuǎn)角編碼器41，所述轉(zhuǎn)角編碼器41安裝在支架42上，所述支架42安裝在軸承座213的下端，所述轉(zhuǎn)角編碼器41的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器43與主軸212的下端聯(lián)接，所述轉(zhuǎn)角編碼器41與計(jì)算機(jī) 5連接。
所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210是用于安放被測軸承的通用臺(tái)面，其中心有定位孔，所述接適件211的上部和下部有定位臺(tái)肩，通過接適件211可以將被測軸承的主動(dòng)圈82固定在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210上。優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210的工作轉(zhuǎn)速在2 30轉(zhuǎn)/分內(nèi)可調(diào)。
所述轉(zhuǎn)角編碼器41用于測量被測軸承主動(dòng)圈82的角位移，由于轉(zhuǎn)角編碼器41的轉(zhuǎn)軸、主軸212、接適件211及被測軸承的主動(dòng)圈82順次聯(lián)接，同步轉(zhuǎn)動(dòng)，故轉(zhuǎn)角編碼器41 測得的主軸212的角位移即為被測軸承主動(dòng)圈82的角位移。轉(zhuǎn)角編碼器41將主軸212轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的角位移轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)送入計(jì)算機(jī)5的數(shù)據(jù)采集卡。
所述轉(zhuǎn)角編碼器41應(yīng)具有足夠的圓周分格精度(如每圈1800等分脈沖)，可連續(xù)旋轉(zhuǎn)發(fā)送。安裝時(shí)，轉(zhuǎn)角編碼器41的轉(zhuǎn)軸應(yīng)與主軸212精確對(duì)中，并在安裝后與主軸212 無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)間隙。
優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210為開口向下的盤狀殼體，所述摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪22、中間輪23、活接板M、杠桿25、扭簧沈、離合凸輪27、操縱軸28、拉簧四，所述主動(dòng)輪22安裝在電動(dòng)機(jī)21的動(dòng)力輸出軸上，且位于平板12的上方，所述中間輪23鉸接在活接板對(duì)的一端，且位于平板12的上方，所述中間輪23與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210的內(nèi)壁接觸，并可與主動(dòng)輪22接觸和分離，所述杠桿25位于平板12的下方，所述活接板M鉸接在杠桿25的一端，且在其與杠桿25的鉸接處設(shè)置有用于約束二者的扭簧沈，所述杠桿25的支點(diǎn)與平板 12鉸接，所述杠桿25的另一端與位于平板12下方的離合凸輪27接觸，所述離合凸輪27與可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在平板12上的操縱軸觀的下端固定聯(lián)接，所述杠桿25從其支點(diǎn)至另一端間的部分上還連接有用于使杠桿25與離合凸輪27保持接觸的拉簧四。
轉(zhuǎn)動(dòng)操縱軸28即可控制中間輪23與主動(dòng)輪22的離合。
中間輪23與主動(dòng)輪22、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210內(nèi)壁的接觸壓力分別由拉簧四和扭簧沈產(chǎn)生，并可以調(diào)整。
為增加摩擦系數(shù)及隔離振動(dòng)，優(yōu)選地，所述中間輪23的柱面上包有橡膠；為降低主動(dòng)輪23傳遞到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)210的振動(dòng)，所述中間輪23分別與主動(dòng)輪23和回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 210內(nèi)壁的接觸點(diǎn)的壓力線夾角β在90° 士 10°的范圍內(nèi)，且以90°為最佳。
優(yōu)選地，所述電動(dòng)機(jī)21為無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
本儀器留有增加加載裝置的空間，可以對(duì)被測軸承的受測圈加載，但作為動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀不采用外力加載，僅依靠受測圈自身重力作為載荷，更有利于跟蹤摩擦力矩的微小變化。由于受測圈上只受到摩擦力矩、測量力矩、慣性力矩和自身重力的作用，自身重力與前3者作用面垂直，對(duì)測量力無干擾，除以上4種力外再無其它外力作用，因此這種簡單的測量方式可以達(dá)到相當(dāng)高的精確度。此外，對(duì)驅(qū)動(dòng)部分也無太高要求，因?yàn)轵?qū)動(dòng)部分的一般性的旋轉(zhuǎn)精度誤差和驅(qū)動(dòng)部分的摩擦力矩不會(huì)對(duì)測量結(jié)果造成影響，因此該儀器的制造成本能控制得較低。
本儀器只要通過更換接適件就可以動(dòng)態(tài)跟蹤測量不同尺寸的徑向軸承、推力軸承、角接觸軸承的摩擦力矩，通過適當(dāng)?shù)膴A具還可以測量成對(duì)軸承的摩擦力矩，具有廣泛的通用性。
本實(shí)施例的整臺(tái)儀器由計(jì)算機(jī)控制操作，專門編制的計(jì)算機(jī)程序擴(kuò)大了儀器的使用功能，提高了操作性能，提供了清晰直觀的操作界面，其中包括4個(gè)操作頁面1，數(shù)據(jù)測量頁，可以控制測量開始，結(jié)束，通過M-θ曲線實(shí)時(shí)觀察測量數(shù)據(jù)的變化情況，可以觀察調(diào)整測量轉(zhuǎn)速；2，數(shù)據(jù)處理頁，在測量結(jié)束后全面觀察M- θ曲線圖，可放大觀察到每一個(gè)點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)，可截取數(shù)據(jù)處理樣本，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出最大值、最小值、有效值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過快速傅立葉變換得出各種頻率或波長成分的幅值，顯示分布圖線；3， 測試報(bào)告頁，可以打印輸出所有的測試條件和分析處理結(jié)果，還可以將所有數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；4，儀器設(shè)置頁，可以對(duì)儀器的工作模式、使用計(jì)量單位、工作界面、接口、默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并可以設(shè)置自動(dòng)操作選項(xiàng)和參數(shù)，自動(dòng)完成從數(shù)據(jù)測量到數(shù)據(jù)分析儲(chǔ)存等一系列過程。
本發(fā)明解決了現(xiàn)有滾動(dòng)軸承摩擦力矩測量儀不能直接動(dòng)態(tài)精確測取軸承測量摩擦力矩和套圈角位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而得出軸承實(shí)際摩擦力矩與套圈相對(duì)角位移的精確關(guān)系的問題，具有結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，跟蹤測量結(jié)果精準(zhǔn)，適應(yīng)范圍廣，操作簡便，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于各類滾動(dòng)軸承品質(zhì)的鑒別診斷和分析研究。
權(quán)利要求
1.一種滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于包括機(jī)體及驅(qū)動(dòng)部分、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制和操作部分，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、控制和操作部分包括摩擦力矩采集系統(tǒng)、角位移采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及輸出設(shè)備和操作設(shè)備，所述驅(qū)動(dòng)部分安裝在所述機(jī)體上，用于驅(qū)動(dòng)被測軸承主動(dòng)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)與所述機(jī)體和計(jì)算機(jī)連接，用于采集被測軸承的測量摩擦力矩Mc，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)的固有頻率ωη滿足，式中為滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀的設(shè)計(jì)頻率響應(yīng)范圍上極限，kf為與頻率響應(yīng)范圍定義的衰減系數(shù)和系統(tǒng)阻尼有關(guān)的系數(shù)，所述角位移采集系統(tǒng)與所述驅(qū)動(dòng)部分和計(jì)算機(jī)連接，用于采集被測軸承主動(dòng)圈的角位移θ 兩套采集系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行同步采集，并通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)Ζ裙ぷ餍拚蔀楸粶y軸承套圈相對(duì)角位移θ，對(duì)Mc修正成為實(shí)際摩擦力矩M，得到實(shí)際摩擦力矩M和被測軸承套圈相對(duì)角位移θ 的相互關(guān)系Μ( θ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述摩擦力矩采集系統(tǒng)包括力矩測量單元，所述力矩測量單元包括具有數(shù)字輸出功能的力或力矩傳感件，所述力或力矩傳感件設(shè)置在所述機(jī)體的安裝架上，并與所述計(jì)算機(jī)連接，所述力矩測量單元的綜合扭轉(zhuǎn)剛度夂,滿足夂，> C^n2Jd，式中Jd為摩擦力矩采集系統(tǒng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它除了包括受測圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量外，還包括與受測圈相連并隨受測圈一起運(yùn)動(dòng)的物件折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述力矩測量單元還包括用于連接力或力矩傳感件與被測軸承受測圈的連接件，所述摩擦力矩采集系統(tǒng)的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量還包括所述連接件折算得到的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述力或力矩傳感件為數(shù)字測力計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述連接件為鋼絲繩，其一端與所述力或力矩傳感件用加固結(jié)扣聯(lián)結(jié)，另一端與可固著于被測軸承受測圈上的固著件加固聯(lián)結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述機(jī)體包括機(jī)箱、平板和安裝架，所述平板設(shè)置在機(jī)箱的頂部，所述安裝架設(shè)置在平板上，所述驅(qū)動(dòng)部分包括電動(dòng)機(jī)、摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、用于固定被測軸承主動(dòng)圈的接適件、主軸、 軸承和軸承座，所述電動(dòng)機(jī)通過摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)連接，所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和接適件與主軸的上端聯(lián)接，所述主軸通過軸承設(shè)置在軸承座上，所述軸承座設(shè)置在平板上， 所述角位移采集系統(tǒng)包括角位移傳感器，所述角位移傳感器為轉(zhuǎn)角編碼器，所述轉(zhuǎn)角編碼器安裝在支架上，所述支架安裝在軸承座的下端，所述轉(zhuǎn)角編碼器的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與主軸的下端聯(lián)接，所述轉(zhuǎn)角編碼器與計(jì)算機(jī)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為開口向下的盤狀殼體，所述摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、中間輪、活接板、杠桿、扭簧、離合凸輪、操縱軸、拉簧，所述主動(dòng)輪安裝在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，且位于平板的上方，所述中間輪鉸接在活接板的一端，且位于平板的上方，所述中間輪與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的內(nèi)壁接觸，并可與主動(dòng)輪接觸和分離，所述杠桿位于平板的下方，所述活接板鉸接在杠桿的一端，且在其與杠桿的鉸接處設(shè)置有用于約束二者的扭簧，所述杠桿的支點(diǎn)與平板鉸接，所述杠桿的另一端與位于平板下方的離合凸輪接觸，所述離合凸輪與可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在平板上的操縱軸的下端固定聯(lián)接，所述杠桿從其支點(diǎn)至另一端間的部分上還連接有用于使杠桿與離合凸輪保持接觸的拉簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述中間輪的柱面上包有橡膠，所述中間輪分別與主動(dòng)輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)內(nèi)壁的接觸點(diǎn)的壓力線夾角 β在90° 士 10°的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)為無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種滾動(dòng)軸承摩擦力矩動(dòng)態(tài)跟蹤測量儀，其采用由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的摩擦力矩采集系統(tǒng)和角位移采集系統(tǒng)來同步采集軸承摩擦力矩和套圈角位移，該儀器摩擦力矩采集系統(tǒng)的固有頻率和扭轉(zhuǎn)剛度所具有的特征可滿足動(dòng)態(tài)跟蹤測量的要求。儀器的數(shù)據(jù)處理程序?qū)y得的數(shù)據(jù)作動(dòng)力學(xué)方面的修正，得到動(dòng)態(tài)實(shí)際摩擦力矩與軸承套圈相對(duì)角位移的精確關(guān)系。本發(fā)明的測量儀能直接動(dòng)態(tài)跟蹤測取軸承的摩擦力矩，具有結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，跟蹤測量結(jié)果精準(zhǔn)，適應(yīng)范圍廣，操作簡便，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于各類滾動(dòng)軸承品質(zhì)的鑒別診斷和分析研究。
文檔編號(hào)G01L3/00GK102507056SQ20111035165
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者周春茂 申請(qǐng)人:江蘇帝達(dá)貝軸承有限公司