[發明專利]一種復合載荷下軸承摩擦力矩測試裝置和方法

有效

• 申請號: 201810121140.2
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108344534B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 鄭德志;高翔;古樂;王黎欽;張傳偉;趙小力;解志杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了一種復合載荷下軸承摩擦力矩測試裝置和方法，屬于軸承測試技術領域。其方法是將試驗軸承外圈與力矩傳感器和雙向氣浮軸承內圈連接，試驗軸承內圈與驅動系統主軸連接；給雙向氣浮軸承注入壓縮空氣，當氣浮軸承狀態監測器指示軸承支撐面間已完全分離后，伺服電機工作，帶動試驗軸承轉動，根據碼盤讀取轉速；第一伺服電動缸通過第一力傳感器對雙向氣浮軸承施加徑向載荷，第二伺服電動缸通過第二力傳感器對雙向氣浮軸承施加軸向載荷，力矩傳感器通過滑鍵與固定支架連接，測得不斷變化的摩擦力矩。本發明可以施加軸向和徑向載荷，符合軸承的實際應用狀態，全面考核軸承的動態性能，還能應用在球軸承和圓柱滾子軸承的摩擦力矩測試中。

技術領域

本發明涉及一種復合載荷下軸承摩擦力矩測試裝置和方法，屬于軸承測試技術領域。

背景技術

軸承摩擦力矩測試是高端軸承研發過程中的重要環節，是對軸承設計理論、材料技術和潤滑技術評價與驗證的必要手段。通過測量軸承的啟動摩擦力矩和穩定運轉摩擦力矩，可判斷軸承摩擦表面的結構缺陷、軸承內部磨損、潤滑劑異物顆粒污染狀態等，還可用于在試制加工過程中的精度分析、實驗前后的形貌和性能變化分析、失效模式分析等。

現有精密摩擦力矩測試儀器主要具有低轉速小載荷高測量精度等特點，或以航天軸承應用測試為目標，主要用于高精度小尺寸軸承，并且測試時只能施加軸向載荷，無法施加徑向載荷，與軸承的實際應用狀態不符，不能全面考核軸承的動態性能，并且無法用于圓柱滾子軸承的摩擦力矩測試。為滿足高端軸承的研制需求，在進行摩擦力矩測試的同時模擬實際變載情況，施加軸向載荷和徑向載荷極其必要，并能夠用于球軸承和圓柱滾子軸承摩擦力矩測試。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種復合載荷下軸承摩擦力矩測試裝置和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種復合載荷下軸承摩擦力矩測試裝置，包括：機械系統、驅動系統、伺服加載系統、徑向和軸向氣浮加載系統、傳感系統、驅動控制系統和數據采集與分析系統，

所述機械系統對驅動系統、伺服加載系統、徑向和軸向氣浮加載系統、傳感系統、驅動控制系統和數據采集與分析系統進行集成，

所述驅動系統帶動試驗軸承實現位置和轉速可控的轉動，

所述伺服加載系統與徑向和軸向氣浮加載系統實現對試驗軸承軸向和徑向的低摩擦低耦合加載，

所述傳感系統實現對試驗軸承加載載荷和摩擦力矩的監測以及氣浮軸承的狀態監測，

所述驅動控制系統實現對試驗軸承旋轉速度與位置的控制以及復合加載載荷的控制，

所述數據采集與分析系統通過力矩傳感器實現對復合載荷下軸承摩擦力矩的測量并將其轉換成電信號并進行數據分析。

所述驅動控制系統包括伺服電機和碼盤，所述伺服電機為試驗軸承內圈提供轉動力矩，所述碼盤讀取位置和轉速。

所述傳感系統包括力矩傳感器和氣浮軸承狀態監測器，所述力矩傳感器與試驗軸承外圈固連，測量試驗軸承內外圈轉動所產生的摩擦力矩；所述氣浮軸承狀態監測器設置在雙向氣浮軸承上，檢測氣浮軸承內外圈支撐面是否保持分離狀態。

所述伺服加載系統、徑向和軸向氣浮加載系統構成的加載系統由第一伺服電動缸、第一力傳感器、徑向加載頭、軸向加載頭、第二伺服電動缸和第二力傳感器構成；其中，徑向加載由第一伺服電動缸提供動力，通過第一力傳感器實現加載力的閉環控制，將加載力通過低耦合徑向加載頭作用在雙向氣浮軸承上；軸向加載裝置由第二伺服電動缸提供動力，通過第二力傳感器實現加載力的閉環控制，將加載力通過低耦合軸向加載頭作用在雙向氣浮軸承上；設在加載頭前端的滾動體可自由滾動，消除了同時施加軸、徑向載荷時的相互干擾，實現了低耦合加載；力矩傳感器通過滑鍵與固定支架連接，從而在限制力矩傳感器的旋轉的同時，方便力矩傳感器做軸向移動。