[发明专利]测试带载轴承摩擦力矩的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带轴承类产品在进行轴承带载摩擦力矩矩测试时，可模拟飞机上连 接带轴承类产品的轴承连接部分，向产品轴承施加不同方向、不同大小的载荷后测量产品轴 承转动的力矩指标的摩擦力矩矩测试机构。

背景技术

轴承摩擦力矩测试议利用轴承在低速转动的条件下，测试轴承摩擦和动力特性，获 得轴承摩擦和动力特性曲线，通过对特性曲线的分析判定，揭示轴承和轴系的缺陷，例如滚 道压痕、污染、装配中滚道未对准、轴承预载荷偏差、润滑状态、保持架拖拽和其他运转问 题，是现代轴承制造业和轴承用户不可缺少的测量、检验仪器。利用精密轴承摩擦力矩测试 仪检验、测试、筛选轴承，对于轴承制造业、轴承用户来讲是非常重要的工作和必不可少的 质量控制手段。现有技术中轴承摩擦力矩测试仪主要由加载机构与平衡力测量系统；静压气 浮主轴压力头；计算机；测试软件；工作平台；被测轴承；控制箱；静音气泵等部分组成。 已有由内轴、外壳、传力销钉、悬臂梁、应力应变传感器、应变采集分析仪器和电机组成的。 这种装置采用电机带动内轴转动，被测轴承的内圈随之一起转动，由于被测轴承内、外圈之 间摩擦力矩的作用，将轴承内、外圈的力矩信号转换成传力销钉的力信号，进一步转换成悬 臂梁的应变信号，再用应力应变传感器进行测量，将应变信号转化为电信号，用应变采集分 析系统对应力应变传感器的电信号进行转化、调理，终实现摩擦力矩的测试。自润滑关节轴 承是在内圈和外圈之间应用聚四氟乙烯等低摩擦因数材料的一类关节轴承。无载启动摩擦力 矩是指轴承不承受载荷时，轴承内、外圈从静止状态到开始相对转动的瞬间所需要克服的摩 擦阻力矩。它综合反映了轴承内、外圈球面的贴合度、预紧状况以及自润滑衬垫的摩擦性 能，是自润滑关节轴承的一项重要技术参数。根据外圈结构，自润滑关节轴承分为可分离 的双半外圈式和整体外圈式。整体外圈式轴承采用挤压成形工艺装配轴承的内、外圈，结 构紧凑，应用较广泛。由于自润滑材料的摩擦机理比较复杂，摩擦性能易受到环境温度和空 气湿度等因素的影响，摩擦因数的离散性比较大。无载启动力矩值本身较小，很难做到在绝 对“无载”状态下测量。自润滑关节轴承无载启动摩擦力矩测量时由于数值小，干扰因素多， 难以精确测量。自润滑关节轴承的外圈一般比较薄，当轴承安装不当时，容易使轴承外圈变 形，显著地影响无载启动摩擦力矩的大小。所以这一技术指标的测量一直是世界轴承行业的 难题。实际生产中测量自润滑关节轴承无载启动摩擦力矩的常用方法主要为:砝码法和基于 扭矩传感器的测量方法。砝码法测试无载启动力矩,测试时，先用手动方式将轴承内圈转动 2～3圈，然后将轴承安装在测量装置的水平芯轴上，用芯轴固定轴承内圈，将扁平柔 带一端粘连并缠绕在被测轴承的外圆周，另一端挂砝码。不断加砝码，直至外圈开始转动， 此时所加砝码的重力mg(m为砝码质量，g为重力加速度)产生的力矩即作为轴承的无载 启动力矩。砝码法测试装置十分简单，但测量精度低。加载砝码时也同时在轴承上施加了 径向载荷mg，改变了轴承的“无载”状态。另外，加载砝码的次序、放置时的平稳程度、 最后一次的加载量对测试结果均有很大的影响，会带来较大的随机误差。砝码加载是有级加 载，操作人员很难精确确定最后一步的加载量。测量关节轴承的无载启动力矩时，容易因改 变被测轴承的“无载”状态或改变轴承内、外圈的预紧状态,使轴承的无载启动力矩产生偏 移，而带来显著的系统误差。在企业常用的测量方法中，砝码法测试装置简单，但会引入轴 承载荷，砝码的有级加载方式也会造成较大的随机误差。应用扭矩测试仪法可避免改变轴 承的无载状态，但被测轴承的夹持方式对测量精度影响较大。启动力矩startingtorque使一轴 承套圈或垫圈相对于另一固定的套圈或垫圈开始旋转所需的力矩。旋转力矩runningtorque 当一个轴承套圈或垫圈旋转时，阻止另一套圈或垫圈运动所需的力矩。径向负荷radialload 作用于垂直轴承轴心线方向的负荷。根据摩擦性质，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。 滚动轴承是通用标准件，摩擦系数很小，仅为滑动轴承的1/10。滑动轴承结构简单，价格低 廉，刚度较大。根据承受载荷的方向，轴承分为向心轴承:主要承受径向载荷。如:调心球轴 承，调心滚子轴承，只能承受轴向载荷的深沟球轴承推力轴承。轴承摩擦力矩直接影响轴承 的性能，是滚动轴承的一项重要的性能指标；它直接影响到能量的损耗，还关系着精密仪表 动作和信息传递的准确性。摩擦力矩过大会引起轴承温度的上升，过分的温度上升将使润滑 剂劣化、磨损加剧，甚至导致滚动表面烧伤，轴承损坏。摩擦力矩是轴承设计时必须考虑的 主要因素，国内外对轴承摩擦性能的研究十分重视。轴承摩擦力矩是一个十分复杂的问题， 定量研究和测量轴承摩擦力矩一直是世界轴承行业的尖端课题。轴承摩擦力矩是轴承在旋转 过程中阻碍其运动的力矩总和。静态力矩(启动力矩)是轴承两套圈从静止状态到开始相对转 动的一瞬间所需克服的摩擦阻力；动态力矩是轴承两套相对转动时所需克服的摩擦阻力矩。 在测量时可提取最大力矩、平均力矩和力矩差作为评定轴承动态摩擦性能参数。轴承在旋转 过程中，钢球在内外沟道中自转和公转运动所产生的纯滚动摩。轴承在旋转过程中，钢球和 内外滚道的接触变形而产生的滑动摩擦。一般轴承尺寸越大其力矩也越大，但轴承结构和设 计参数不同，对其力矩的影响也不同，如沟曲率、径向游隙和保持架等参数。加工精度因 素:轴承摩擦力矩的大小，轴承都是在承受负荷条件下工作，所以在测量力矩时也要求在有 负荷的情况下进行，当施加的测量负荷大小、方向(轴向或径向)不同时其摩擦力矩值也不 相同。轴承旋转时需克服空气阻力，并增加了搅拌润滑剂的功率损耗，所以轴承转速越高则 力矩越大。在中高速测量力矩时，旋转力矩running torque是一个轴承套圈或垫圈旋转时， 阻止另一套圈或垫圈运动所需的力矩。当瞬时峰值将被旋转零件的转动惯量超越或被测量系 统吸收而不能真实反映出来，只能测量平均摩擦力矩。而最大摩擦力矩只能在极低转速和测 量系统转动惯量很小的条件下进行测量。测量位置是指被测轴承轴线是位于垂直位置或水位 置。一般国内外的仪器对轴承施加径向负荷时，其被测轴承处于水平位置，而对轴承施加 轴向负荷时，其被测轴承处于垂直位置。轴承的测量位置不同零件的运动状态也有所不同， 其力矩值不仅大小不同而且存在着本质的差异。总之，轴承摩擦力矩是个随机变量，其中 相对稳定的力矩部分，是设计因素和测量条件。所以轴承摩擦力矩是各种影响因素的综合指 标，从力矩的组成部分和力矩的影响因素来看，轴承的摩擦力矩值就是一个随机变量。根本 不可能获得实际轴承工作时的力矩性能，也不能满足主机的性能要求，轴承摩擦力矩测量仪 器除了满足测量原理和技术指标的要求外，还需要根据轴承的不同要求，采用不同的测量方 法，所以轴承摩擦力矩测量仪器种类繁多，仅公开报道国内外就有近百种仪器。大多数机械 装置采用轴承连接安装的产品，使用过程中轴承无法在不同大小、不同方向的载荷下转动， 使用时，时常产生局部零件断裂的问题，主要表现在连接部位的轴承在达到某个限制载荷后 不再转动，使机械装置的运动范围大幅度减小，出现轴承无法转动的现象,进而出现零件应 力集中而导致断裂。现阶段用来测量轴承带载荷状态下内环与外环相对转动时的最大扭矩的 摩擦力矩矩测试机构，使用过程中的运动问题需要提供轴承在使用过程中承受不同方向、不 同大小的载荷下的摩擦力矩矩指标。最大限度的降低摩擦力及增大被测轴承1运动范围是限 制不具备专门的带载轴承测试功能的难题。