[發明專利]測試帶載軸承摩擦力矩的裝置

在審

• 申請號: 201711195786.7
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107976314A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 邵倫福;譚久強
• 申請（專利權）人: 四川凌峰航空液壓機械有限公司
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;G01L5/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種帶軸承類產品在進行軸承帶載摩擦力矩矩測試時，可模擬飛機上連 接帶軸承類產品的軸承連接部分，向產品軸承施加不同方向、不同大小的載荷后測量產品軸 承轉動的力矩指標的摩擦力矩矩測試機構。

背景技術

軸承摩擦力矩測試議利用軸承在低速轉動的條件下，測試軸承摩擦和動力特性，獲 得軸承摩擦和動力特性曲線，通過對特性曲線的分析判定，揭示軸承和軸系的缺陷，例如滾 道壓痕、污染、裝配中滾道未對準、軸承預載荷偏差、潤滑狀態、保持架拖拽和其他運轉問 題，是現代軸承制造業和軸承用戶不可缺少的測量、檢驗儀器。利用精密軸承摩擦力矩測試 儀檢驗、測試、篩選軸承，對于軸承制造業、軸承用戶來講是非常重要的工作和必不可少的 質量控制手段。現有技術中軸承摩擦力矩測試儀主要由加載機構與平衡力測量系統；靜壓氣 浮主軸壓力頭；計算機；測試軟件；工作平臺；被測軸承；控制箱；靜音氣泵等部分組成。 已有由內軸、外殼、傳力銷釘、懸臂梁、應力應變傳感器、應變采集分析儀器和電機組成的。 這種裝置采用電機帶動內軸轉動，被測軸承的內圈隨之一起轉動，由于被測軸承內、外圈之 間摩擦力矩的作用，將軸承內、外圈的力矩信號轉換成傳力銷釘的力信號，進一步轉換成懸 臂梁的應變信號，再用應力應變傳感器進行測量，將應變信號轉化為電信號，用應變采集分 析系統對應力應變傳感器的電信號進行轉化、調理，終實現摩擦力矩的測試。自潤滑關節軸 承是在內圈和外圈之間應用聚四氟乙烯等低摩擦因數材料的一類關節軸承。無載啟動摩擦力 矩是指軸承不承受載荷時，軸承內、外圈從靜止狀態到開始相對轉動的瞬間所需要克服的摩 擦阻力矩。它綜合反映了軸承內、外圈球面的貼合度、預緊狀況以及自潤滑襯墊的摩擦性 能，是自潤滑關節軸承的一項重要技術參數。根據外圈結構，自潤滑關節軸承分為可分離 的雙半外圈式和整體外圈式。整體外圈式軸承采用擠壓成形工藝裝配軸承的內、外圈，結 構緊湊，應用較廣泛。由于自潤滑材料的摩擦機理比較復雜，摩擦性能易受到環境溫度和空 氣濕度等因素的影響，摩擦因數的離散性比較大。無載啟動力矩值本身較小，很難做到在絕 對“無載”狀態下測量。自潤滑關節軸承無載啟動摩擦力矩測量時由于數值小，干擾因素多， 難以精確測量。自潤滑關節軸承的外圈一般比較薄，當軸承安裝不當時，容易使軸承外圈變 形，顯著地影響無載啟動摩擦力矩的大小。所以這一技術指標的測量一直是世界軸承行業的 難題。實際生產中測量自潤滑關節軸承無載啟動摩擦力矩的常用方法主要為:砝碼法和基于 扭矩傳感器的測量方法。砝碼法測試無載啟動力矩,測試時，先用手動方式將軸承內圈轉動 2～3圈，然后將軸承安裝在測量裝置的水平芯軸上，用芯軸固定軸承內圈，將扁平柔 帶一端粘連并纏繞在被測軸承的外圓周，另一端掛砝碼。不斷加砝碼，直至外圈開始轉動， 此時所加砝碼的重力mg(m為砝碼質量，g為重力加速度)產生的力矩即作為軸承的無載 啟動力矩。砝碼法測試裝置十分簡單，但測量精度低。加載砝碼時也同時在軸承上施加了 徑向載荷mg，改變了軸承的“無載”狀態。另外，加載砝碼的次序、放置時的平穩程度、 最后一次的加載量對測試結果均有很大的影響，會帶來較大的隨機誤差。砝碼加載是有級加 載，操作人員很難精確確定最后一步的加載量。測量關節軸承的無載啟動力矩時，容易因改 變被測軸承的“無載”狀態或改變軸承內、外圈的預緊狀態,使軸承的無載啟動力矩產生偏 移，而帶來顯著的系統誤差。在企業常用的測量方法中，砝碼法測試裝置簡單，但會引入軸 承載荷，砝碼的有級加載方式也會造成較大的隨機誤差。應用扭矩測試儀法可避免改變軸 承的無載狀態，但被測軸承的夾持方式對測量精度影響較大。啟動力矩startingtorque使一軸 承套圈或墊圈相對于另一固定的套圈或墊圈開始旋轉所需的力矩。旋轉力矩runningtorque 當一個軸承套圈或墊圈旋轉時，阻止另一套圈或墊圈運動所需的力矩。徑向負荷radialload 作用于垂直軸承軸心線方向的負荷。根據摩擦性質，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。 滾動軸承是通用標準件，摩擦系數很小，僅為滑動軸承的1/10。滑動軸承結構簡單，價格低 廉，剛度較大。根據承受載荷的方向，軸承分為向心軸承:主要承受徑向載荷。如:調心球軸 承，調心滾子軸承，只能承受軸向載荷的深溝球軸承推力軸承。軸承摩擦力矩直接影響軸承 的性能，是滾動軸承的一項重要的性能指標；它直接影響到能量的損耗，還關系著精密儀表 動作和信息傳遞的準確性。摩擦力矩過大會引起軸承溫度的上升，過分的溫度上升將使潤滑 劑劣化、磨損加劇，甚至導致滾動表面燒傷，軸承損壞。摩擦力矩是軸承設計時必須考慮的 主要因素，國內外對軸承摩擦性能的研究十分重視。軸承摩擦力矩是一個十分復雜的問題， 定量研究和測量軸承摩擦力矩一直是世界軸承行業的尖端課題。軸承摩擦力矩是軸承在旋轉 過程中阻礙其運動的力矩總和。靜態力矩(啟動力矩)是軸承兩套圈從靜止狀態到開始相對轉 動的一瞬間所需克服的摩擦阻力；動態力矩是軸承兩套相對轉動時所需克服的摩擦阻力矩。 在測量時可提取最大力矩、平均力矩和力矩差作為評定軸承動態摩擦性能參數。軸承在旋轉 過程中，鋼球在內外溝道中自轉和公轉運動所產生的純滾動摩。軸承在旋轉過程中，鋼球和 內外滾道的接觸變形而產生的滑動摩擦。一般軸承尺寸越大其力矩也越大，但軸承結構和設 計參數不同，對其力矩的影響也不同，如溝曲率、徑向游隙和保持架等參數。加工精度因 素:軸承摩擦力矩的大小，軸承都是在承受負荷條件下工作，所以在測量力矩時也要求在有 負荷的情況下進行，當施加的測量負荷大小、方向(軸向或徑向)不同時其摩擦力矩值也不 相同。軸承旋轉時需克服空氣阻力，并增加了攪拌潤滑劑的功率損耗，所以軸承轉速越高則 力矩越大。在中高速測量力矩時，旋轉力矩running torque是一個軸承套圈或墊圈旋轉時， 阻止另一套圈或墊圈運動所需的力矩。當瞬時峰值將被旋轉零件的轉動慣量超越或被測量系 統吸收而不能真實反映出來，只能測量平均摩擦力矩。而最大摩擦力矩只能在極低轉速和測 量系統轉動慣量很小的條件下進行測量。測量位置是指被測軸承軸線是位于垂直位置或水位 置。一般國內外的儀器對軸承施加徑向負荷時，其被測軸承處于水平位置，而對軸承施加 軸向負荷時，其被測軸承處于垂直位置。軸承的測量位置不同零件的運動狀態也有所不同， 其力矩值不僅大小不同而且存在著本質的差異。總之，軸承摩擦力矩是個隨機變量，其中 相對穩定的力矩部分，是設計因素和測量條件。所以軸承摩擦力矩是各種影響因素的綜合指 標，從力矩的組成部分和力矩的影響因素來看，軸承的摩擦力矩值就是一個隨機變量。根本 不可能獲得實際軸承工作時的力矩性能，也不能滿足主機的性能要求，軸承摩擦力矩測量儀 器除了滿足測量原理和技術指標的要求外，還需要根據軸承的不同要求，采用不同的測量方 法，所以軸承摩擦力矩測量儀器種類繁多，僅公開報道國內外就有近百種儀器。大多數機械 裝置采用軸承連接安裝的產品，使用過程中軸承無法在不同大小、不同方向的載荷下轉動， 使用時，時常產生局部零件斷裂的問題，主要表現在連接部位的軸承在達到某個限制載荷后 不再轉動，使機械裝置的運動范圍大幅度減小，出現軸承無法轉動的現象,進而出現零件應 力集中而導致斷裂。現階段用來測量軸承帶載荷狀態下內環與外環相對轉動時的最大扭矩的 摩擦力矩矩測試機構，使用過程中的運動問題需要提供軸承在使用過程中承受不同方向、不 同大小的載荷下的摩擦力矩矩指標。最大限度的降低摩擦力及增大被測軸承1運動范圍是限 制不具備專門的帶載軸承測試功能的難題。