[發明專利]測量滾動軸承摩擦力矩的電磁驅動裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201910344104.7
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110095218B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 吳參;董國寶;熊銳峰;李興林;常振
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01M13/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.測量滾動軸承摩擦力矩的電磁驅動裝置，包括固定底板、固定底座、卡盤、軸承內軸和套筒，其特征在于：還包括光電檢測裝置、環形電磁鐵和光柵盤；所述的固定底板固定在試驗臺上，固定底座與固定底板固定，卡盤的座體固定在固定底座上；固定底板上設有一體成型的兩個導軌；兩個導軌同軸設置，且分設在卡盤兩側；所述套筒的外側壁開設有上環形槽、下環形槽、豎直直線槽一、豎直直線槽二和電源安置槽；上環形槽和下環形槽均水平設置；豎直直線槽一的兩端分別連通上環形槽和下環形槽，兩個豎直直線槽二的一端分別連通上環形槽和下環形槽，兩個豎直直線槽二的另一端均連通電源安置槽；豎直直線槽一和豎直直線槽二所夾的圓心角呈180°；上環形槽內固定設置有上環形金屬導線，下環形槽內固定設置有下環形金屬導線；直導線一固定設置在豎直直線槽一內，且直導線一的兩端分別連接上環形金屬導線和下環形金屬導線；兩個豎直直線槽二內各固定設置一根直導線二，兩根直導線二的一端分別連接上環形金屬導線和下環形金屬導線，另一端分別連接電源兩極；所述的電源固定設置在電源安置槽內；軸承內軸軸徑以及套筒內徑均有多種尺寸規格；不同內徑尺寸規格的套筒的外徑也各不相同，每個尺寸規格的套筒外固定一個內徑等于該套筒外徑的光柵盤；所述卡盤的側部設有光電檢測裝置和兩塊環形電磁鐵；光電檢測裝置的信號輸出端連接計數器；兩塊環形電磁鐵關于卡盤對稱設置；兩塊環形電磁鐵底部與兩個導軌分別構成滑動副，且均與固定底板通過螺釘固定連接；每塊環形電磁鐵上纏繞有兩個勵磁線圈；兩塊環形電磁鐵上的四個勵磁線圈沿周向均布；兩塊環形電磁鐵尺寸相同，且均有多種尺寸規格；環形電磁鐵的尺寸選取規則如下：兩塊環形電磁鐵內壁所在圓周與套筒同軸設置時，環形磁鐵與該套筒上光柵盤的徑向間距小于5mm。

2.根據權利要求1所述的測量滾動軸承摩擦力矩的電磁驅動裝置，其特征在于：所述的光電檢測裝置采用光電編碼器。

3.根據權利要求1或2所述測量滾動軸承摩擦力矩的電磁驅動裝置的測量方法，其特征在于：該方法具體如下：

步驟一、根據待測軸承的外圈選取套筒內徑尺寸，根據待測軸承的內圈選取軸承內軸軸徑尺寸，然后將待測軸承的外圈與套筒內壁過盈配合，將待測軸承的內圈與軸承內軸過盈配合；接著，通過卡盤鎖緊軸承內軸；

步驟二、根據環形電磁鐵的尺寸選取規則選取尺寸相同的兩塊環形電磁鐵，在卡盤兩側各放置一塊環形電磁鐵；然后，調整兩塊環形電磁鐵位置，使兩塊環形電磁鐵關于卡盤對稱且兩塊環形電磁鐵的內壁所在圓周與套筒同軸設置后，固定兩塊環形電磁鐵；

步驟三、測量直導線一與軸承內軸的中心距r，然后給兩塊環形電磁鐵上的四個勵磁線圈同時通電；四個勵磁線圈的勵磁電流相等，通電時間均為t，t取值為1～2s；四個勵磁線圈產生的磁場，對垂直于磁感線方向的直導線一和兩根直導線二產生力的作用，帶動待測軸承的外圈和套筒同步轉動；套筒轉動時光柵盤隨之轉動，光柵盤轉動時產生電信號，光柵盤每轉過一個值為柵距角α的角位移，則光電檢測裝置產生一個脈沖信號；兩塊環形電磁鐵上的四個勵磁線圈同時斷電時，磁場消失，計數器記錄脈沖信號個數n₁，從而計算得到待測軸承轉過的Φ＝n₁α；套筒停止轉動時，計數器記錄脈沖信號個數n₂，從而計算得到待測軸承轉過的θ＝n₂α；

步驟四、計算直導線一以及兩根直導線二中的電流I＝U/R，以及兩塊環形電磁鐵產生的磁場強度B＝NI₀/Le，從而得到兩塊環形電磁鐵的磁場對直導線一以及兩根直導線二做的功W＝BILΦr；其中，U為電源的電壓；R為電源與上環形金屬導線、下環形金屬導線、直導線一和兩根直導線二形成的電路的總電阻；N為兩塊環形電磁鐵上四個勵磁線圈的匝數之和；I₀為勵磁線圈中的勵磁電流；Le為有效磁路長度，Le的取值為單個勵磁線圈的長度除以單個勵磁線圈的匝數所得值；L為直導線一和兩根直導線二的總長；由于W全部轉化成被測軸承轉動過程中的內能，根據能量守恒定律，得到摩擦力矩M＝W/θ。