[发明专利]测量滚动轴承摩擦力矩的电磁驱动装置及其测量方法

权利要求书

1.测量滚动轴承摩擦力矩的电磁驱动装置，包括固定底板、固定底座、卡盘、轴承内轴和套筒，其特征在于：还包括光电检测装置、环形电磁铁和光栅盘；所述的固定底板固定在试验台上，固定底座与固定底板固定，卡盘的座体固定在固定底座上；固定底板上设有一体成型的两个导轨；两个导轨同轴设置，且分设在卡盘两侧；所述套筒的外侧壁开设有上环形槽、下环形槽、竖直直线槽一、竖直直线槽二和电源安置槽；上环形槽和下环形槽均水平设置；竖直直线槽一的两端分别连通上环形槽和下环形槽，两个竖直直线槽二的一端分别连通上环形槽和下环形槽，两个竖直直线槽二的另一端均连通电源安置槽；竖直直线槽一和竖直直线槽二所夹的圆心角呈180°；上环形槽内固定设置有上环形金属导线，下环形槽内固定设置有下环形金属导线；直导线一固定设置在竖直直线槽一内，且直导线一的两端分别连接上环形金属导线和下环形金属导线；两个竖直直线槽二内各固定设置一根直导线二，两根直导线二的一端分别连接上环形金属导线和下环形金属导线，另一端分别连接电源两极；所述的电源固定设置在电源安置槽内；轴承内轴轴径以及套筒内径均有多种尺寸规格；不同内径尺寸规格的套筒的外径也各不相同，每个尺寸规格的套筒外固定一个内径等于该套筒外径的光栅盘；所述卡盘的侧部设有光电检测装置和两块环形电磁铁；光电检测装置的信号输出端连接计数器；两块环形电磁铁关于卡盘对称设置；两块环形电磁铁底部与两个导轨分别构成滑动副，且均与固定底板通过螺钉固定连接；每块环形电磁铁上缠绕有两个励磁线圈；两块环形电磁铁上的四个励磁线圈沿周向均布；两块环形电磁铁尺寸相同，且均有多种尺寸规格；环形电磁铁的尺寸选取规则如下：两块环形电磁铁内壁所在圆周与套筒同轴设置时，环形磁铁与该套筒上光栅盘的径向间距小于5mm。

2.根据权利要求1所述的测量滚动轴承摩擦力矩的电磁驱动装置，其特征在于：所述的光电检测装置采用光电编码器。

3.根据权利要求1或2所述测量滚动轴承摩擦力矩的电磁驱动装置的测量方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、根据待测轴承的外圈选取套筒内径尺寸，根据待测轴承的内圈选取轴承内轴轴径尺寸，然后将待测轴承的外圈与套筒内壁过盈配合，将待测轴承的内圈与轴承内轴过盈配合；接着，通过卡盘锁紧轴承内轴；

步骤二、根据环形电磁铁的尺寸选取规则选取尺寸相同的两块环形电磁铁，在卡盘两侧各放置一块环形电磁铁；然后，调整两块环形电磁铁位置，使两块环形电磁铁关于卡盘对称且两块环形电磁铁的内壁所在圆周与套筒同轴设置后，固定两块环形电磁铁；

步骤三、测量直导线一与轴承内轴的中心距r，然后给两块环形电磁铁上的四个励磁线圈同时通电；四个励磁线圈的励磁电流相等，通电时间均为t，t取值为1～2s；四个励磁线圈产生的磁场，对垂直于磁感线方向的直导线一和两根直导线二产生力的作用，带动待测轴承的外圈和套筒同步转动；套筒转动时光栅盘随之转动，光栅盘转动时产生电信号，光栅盘每转过一个值为栅距角α的角位移，则光电检测装置产生一个脉冲信号；两块环形电磁铁上的四个励磁线圈同时断电时，磁场消失，计数器记录脉冲信号个数n₁，从而计算得到待测轴承转过的Φ＝n₁α；套筒停止转动时，计数器记录脉冲信号个数n₂，从而计算得到待测轴承转过的θ＝n₂α；

步骤四、计算直导线一以及两根直导线二中的电流I＝U/R，以及两块环形电磁铁产生的磁场强度B＝NI₀/Le，从而得到两块环形电磁铁的磁场对直导线一以及两根直导线二做的功W＝BILΦr；其中，U为电源的电压；R为电源与上环形金属导线、下环形金属导线、直导线一和两根直导线二形成的电路的总电阻；N为两块环形电磁铁上四个励磁线圈的匝数之和；I₀为励磁线圈中的励磁电流；Le为有效磁路长度，Le的取值为单个励磁线圈的长度除以单个励磁线圈的匝数所得值；L为直导线一和两根直导线二的总长；由于W全部转化成被测轴承转动过程中的内能，根据能量守恒定律，得到摩擦力矩M＝W/θ。