[实用新型]滚动轴承摩擦力矩动态跟踪测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量滚动轴承摩擦力矩的仪器。

背景技术

摩擦力矩是滚动轴承的一项重要技术指标，它直接影响轴承的运行能耗、温升、旋转精度和平稳性，长期地还将影响轴承的使用寿命。但由于滚动轴承摩擦力矩产生机理的复杂性和实际表现的欠稳定性以及各种应用领域所追求目标的巨大差异，以往对滚动轴承摩擦力矩的测量技术的研究和仪器的开发比较少，即使有也大多是针对某类轴承或某种应用领域的，如针对精密轴承、微小型轴承和对摩擦力矩有明确要求的特种轴承。对于大多数的通用轴承，虽然在技术标准上对摩擦力矩没有明确要求，但在中国技术标准JB/T10336-2002中，对成品滚动轴承有旋转灵活，平稳、轻快、无阻滞的要求，其检测方法目前仍依靠人工检测，凭经验判断，实践中难以把握。

滚动轴承摩擦力矩的来源可以分成两部分：稳定部分与变化部分。稳定部分来自设计上可预期的因素，也是不可避免的，如由于材料弹性滞后引起的纯滚动阻力，滚动接触面上的差动滑动摩擦，滚动体自旋运动引起的滑动摩擦，轴承零件相互间的滑动摩擦，润滑剂的粘滞作用等等，如果制造和应用条件达到理想要求，它引起的摩擦力矩基本上是稳定的；变化部分来自各种干扰因素，如制造误差，清洁度，零部件缺陷，环境和外界干扰等等，其中前3项与制造方有关，后一项与使用方有关。对于制造方，通过对摩擦力矩跟踪测量，如发现摩擦力矩有异常变化，可以推断有干扰因素存在，从而鉴别出有问题的轴承，对保证轴承质量有重要意义。此外，通过动态跟踪一段时空区段摩擦力矩变化的丰富信息，有助于对问题轴承作出诊断，也有助于对摩擦力矩进行深入研究。

从摩擦力矩的测量方式上来看，现有的摩擦力矩测量仪基本都只是收集摩擦力矩M本身的数据，再从这些离散数据作数学统计，得到最大值、平均值等等，较先进的采用自动数据采集，得到一个时间序列数据M(t)，经过计算机处理，能得到摩擦力矩有效值以及一些频率特性。以上基本上都属于一维数据采集系统，它只能采集摩擦力矩一个序列数据，不能跟踪摩擦力矩M与轴承套圈之间相对旋转角位移θ之间的关系。要得到这种关系，只有采用2维数据采集系统，即同时采集摩擦力矩和相对角位移2个序列的数据M(t)和θ(t)，直接取得它们的相互关系M(θ)。虽然从理论上如果已知速度，可以从时间座标转换到位移座标，但实际上由于转速的测量和控制本身存在一定误差，经过不断旋转带来的累积误差不可忽视，因此这种间接得到的M(θ)关系的应用价值就大大降低。M(θ)关系的应用之一如可以帮助进行轴承零件缺陷的诊断：如果在M(θ)关系图上发现有周期性的异常，通过在图上量得其波长(Δθ，与转速无关)，与按照滚动轴承运动学原理计算出的该轴承的各种零件缺陷反映的理论波长比较，可确定缺陷所在。

要求直接测取摩擦力矩随套圈角位移的关系是本实用新型的仪器的主要目标。现有专利中名称上接近的有CN101509814B《一种微型轴承动态摩擦力矩测量仪的设计方法》和CN201285334Y《一种用于检测轴承动态摩擦力矩的测量仪》，细读内容，其中动态摩擦力矩是指轴承的动态摩擦力矩，相对启动摩擦力矩而言的，而不是指测量方式动态测量。其主要技术特征是采用阻尼装置，以提高稳定性，包括在传感器的传递路径内使用阻尼器和柔性材料以降低冲击，从而使测量结果变化变得平缓。本实用新型的目标和技术特征要点与上述专利是不同的。

要实现滚动轴承摩擦力矩动态测量，必须分析测量系统的动态特性，理清改善动态特性的技术关键点。一般受测滚动轴承具有内圈和外圈(对于推力轴承有轴圈和座圈)，在测量摩擦力矩时，其中之一套圈由驱动装置驱动旋转的称为主动圈，另一个套圈连接到测量力矩或力的传感器或仪表(以下统称为力矩测量单元，它包括传感器或仪表本身和必要的连接件在内)的套圈称为受测圈。圈4是包含受测圈、力矩测量单元在内的一测量系统模型。系统内有质量元件即受测圈，有弹性元件即力矩测量单元，这些就构成一个振动系统，它的动力学方程式为

上式中，J为受测圈的转动惯量，为力矩测量单元扭转刚度，在力矩测量单元的线性工作区域，下式用于标定力矩测量单元的扭转刚度

式中Mc为测量摩擦力矩，也是力矩测量单元的输出，为受测圈的角位移，在线性工作区，可从下式推算：

于是从(1)式可得到实际摩擦力矩M与测量摩擦力矩Mc的关系

振动系统的固有频率ω_n为