[發(fā)明專利]微型軸承摩擦力矩測量儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710041970.6
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101067578A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏德田;丁國清;王志武;于瑞濤;代杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L1/08
• 分類號: G01L1/08;G01M13/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種測控技術(shù)領(lǐng)域的測量儀器，具體是一種微型軸承摩擦力矩測量儀。

背景技術(shù)

軸承運轉(zhuǎn)時，內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動體之間產(chǎn)生相對運動，同時也產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的阻礙運動的綜合力矩，就是軸承的摩擦力矩。摩擦力矩是軸承性能好壞的一項重要參數(shù)。摩擦力矩直接影響到軸承溫度、噪聲、振動和能量損耗，從而影響精密儀器的性能和信息傳遞的準確性。

滾動軸承的摩擦主要來自以下幾個方面：

1)材料彈性滯后引起的純滾動摩擦；

2)在滾動接觸面上的差動滑動所引起的摩擦；

3)滾動體沿接觸面中心法線的自旋轉(zhuǎn)所引起的摩擦；

4)滑動接觸部位的純滑動摩擦；

5)潤滑劑的粘性摩擦；

由于影響軸承的摩擦力矩的因素很多，相同型號的軸承，其摩擦力矩也不一定相同，要準確知道某一給定軸承的摩擦力矩值，就必須進行實際的測量。

目前國內(nèi)外有多種用于微型軸承摩擦力矩的測量儀，這些測量儀都采用力傳感器的形式測量摩擦力矩的大小。為了提高測量精度，其中測量系統(tǒng)的支撐多為空氣支撐和磁懸浮支撐，機械機構(gòu)復雜，不易加工，成本高；傳動機構(gòu)采用電機通過皮帶驅(qū)動主軸，主軸由兩套滾動軸承支撐，主軸另一端直接安裝被測軸承，傳動中皮帶產(chǎn)生的徑向力、振動和支撐滾動軸承的振動對被測軸承的固有摩擦力矩造成測量誤差；另外所使用的吊絲式傳感器精度也難以保證，也影響測量精度。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利名稱為：軸承摩擦力矩測量儀，公開號：CN?2604674Y。該專利提及的軸承摩擦力矩測試儀，其結(jié)構(gòu)包括機械主機部分、電氣部分、計算機部分和定標系統(tǒng)。電機通過同步帶傳動和摩擦傳動二級傳動方式，實現(xiàn)驅(qū)動被測軸承旋轉(zhuǎn)，被測軸承產(chǎn)生的摩擦力矩，由整體式應變扭矩傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，送入計算機進行數(shù)據(jù)處理。得到摩擦力矩測量結(jié)果和摩擦力矩變化曲線。該測量儀采用的測量方法依然存在機械結(jié)構(gòu)復雜，傳動機構(gòu)引起的誤差大的問題，因此對于微型軸承的摩擦力矩測量精度低。

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量儀。本發(fā)明采用數(shù)字圖像處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)和自動控制等技術(shù)，能精確測量微小軸承的摩擦力矩。該測量儀結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量精度高。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：機械部分、電氣部分和嵌入式系統(tǒng)，機械部分通過導線及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；

所述的機械部分包括：擺針、被測軸承、軸承套、直流伺服電機、光電編碼器、減速器、直流伺服電機系統(tǒng)的支架、測試軸支架、工業(yè)攝像機、支架、攝像機機距離調(diào)整機構(gòu)、底座；直流伺服電機系統(tǒng)的支架、測試軸支架和攝像機距離調(diào)整機構(gòu)分別安裝于底座上；直流伺服電機、光電編碼器及減速器直接連接固定于支架上并直接與測試軸連接固定；被測軸承的內(nèi)環(huán)外套于測試軸上，軸承套外套于測試軸承的外環(huán)上，擺針直接固定于軸承套；工業(yè)攝像機通過安裝柱固定于支架，支架與攝像機機距離調(diào)整機構(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)攝像機相連接。

所述的測試軸通過減速器直接與直流伺服電機相連接。

本發(fā)明的是通過測試加在軸承外圈的擺針偏轉(zhuǎn)角大小來間接測試軸承的摩擦力矩。由于微型軸承的摩擦力矩很小，用扭矩傳感器直接測量則存在很大的測量誤差，所以通過間接測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。被測的軸承安裝在水平的轉(zhuǎn)軸上，軸承外圈固定擺針。當軸承的內(nèi)圈隨著轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，由于存在著摩擦轉(zhuǎn)動力矩，該摩擦力矩就會帶動外圈和擺針轉(zhuǎn)到一定角度，形成動態(tài)平衡。此時擺針產(chǎn)生的重力矩就等同于軸承摩擦力矩，測摩擦力矩就轉(zhuǎn)換成了測重力矩。

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：

整體機械結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并且滿足了測試精度要求；由于在測量中，伺服電機直接驅(qū)動測量軸轉(zhuǎn)動，消除了傳統(tǒng)使用傳感器測量中傳動裝置中存在摩擦力和振動等干擾因素，提高了測量的精度和可靠性。

附圖說明

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)明機械結(jié)構(gòu)示意圖。