專利名稱：一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量方法及測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軸承摩擦力矩測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量方法及測量儀。

背景技術(shù)：
軸承啟動摩擦性能是軸承動態(tài)性能質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一，是影響軸承壽命及影響主機(jī)系統(tǒng)可靠性和精確性的重要因素，尤其在航天、航空、航海等高尖端技術(shù)使用的軸承，工作在常啟動條件下，其摩擦力矩大小和波動值直接影響到系統(tǒng)工作的壽命、穩(wěn)定性和可靠性，因此對啟動摩擦力矩有極嚴(yán)格的要求。國外對軸承啟動摩擦研究比較重視，而國內(nèi)對軸承啟動摩擦力矩沒有技術(shù)要求，在這方面還存在著不小的差距。近幾年隨著國內(nèi)市場與國際市場的廣泛合作，一些用于電機(jī)、汽車轉(zhuǎn)盤、家用電器、醫(yī)學(xué)器具的軸承，對啟動摩擦力矩技術(shù)指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求。
目前，國內(nèi)軸承生產(chǎn)廠家對軸承啟動摩擦力矩測量，大部分是根據(jù)理論計算或者采用懸掛砝碼的簡易測量方法，造成估算和測量的誤差值較大，尤其是一些主機(jī)廠家要求提供軸承啟動摩擦的準(zhǔn)確技術(shù)參數(shù)，現(xiàn)有的設(shè)備無法滿足對中小型軸承啟動摩擦力矩的檢測分析和性能試驗的要求，無法定量檢測和控制軸承的摩擦性能，所以國內(nèi)急需要解決測量軸承啟動摩擦力矩的儀器。


發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量方法及測量儀，利用該測量方法及測量儀，解決了非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量難題，為分析軸承摩擦性能的影響因素提供可靠的檢測分析數(shù)據(jù)，依此改進(jìn)軸承設(shè)計參數(shù)、改進(jìn)加工工藝和潤滑等加大軸承摩擦力矩的影響因素，從而提高軸承內(nèi)在質(zhì)量。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案 所述的非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量方法，該測量方法依據(jù)能量轉(zhuǎn)換法測量原理，由特制的力矩發(fā)生器產(chǎn)生感應(yīng)電磁力矩作為驅(qū)動力矩，與光電傳感器組成閉環(huán)系統(tǒng)來自動監(jiān)控軸承啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；其次應(yīng)用空氣軸承支承，實現(xiàn)非接觸式自動測量軸承啟動摩擦力矩值；最后在測量時，被測軸承安裝在空氣主軸上，驅(qū)動盤與空氣主軸聯(lián)接，并置于力矩發(fā)生器中，給被測軸承施加軸向載荷后，用計算機(jī)自動控制電氣系統(tǒng)逐步施加輸入功率于力矩發(fā)生器，當(dāng)感應(yīng)電磁力矩的大小通過驅(qū)動盤驅(qū)動空氣主軸旋轉(zhuǎn)時，由驅(qū)動盤所配裝的光電傳感器監(jiān)控被測軸承從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并給出信號，計算機(jī)自動控制停止施加輸入功率，并紀(jì)錄當(dāng)前功率值，依次形成一個閉環(huán)的測量系統(tǒng)，而所紀(jì)錄的功率值即為被測軸承的啟動摩擦力矩值。
所述的非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀，其測量儀主要由加載汽缸、力傳感器、加載套、空氣主軸、空氣軸承、力矩發(fā)生器、驅(qū)動盤、光電傳感器、電氣系統(tǒng)組成，其中被測軸承安裝在空氣主軸上，加載套下端面壓在被測軸承的外圈，上端與力傳感器聯(lián)接，力傳感器套接在加載汽缸的汽缸頭上，施加軸向載荷的大小由力傳感器控制；空氣主軸安裝于空氣軸承內(nèi)，組成支承軸系，空氣主軸的下方聯(lián)接固定驅(qū)動盤，驅(qū)動盤的兩端各自安裝力矩發(fā)生器和光電傳感器。
所述的非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀，其電氣系統(tǒng)包含對加載汽缸的指令控制、力矩發(fā)生器的控制、光電傳感器的信號處理和控制，這其中 1)加載汽缸的指令控制由計算機(jī)給出，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸完成加載動作；測量完成后，給出卸載指令，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸完成卸載動作； 2)力矩發(fā)生器的控制是對力矩發(fā)生器的兩路線圈輸入電壓和電流大小的控制，在設(shè)定輸入電壓為定值，則感應(yīng)電磁力矩大小在力矩發(fā)生器中只與輸入的電流大小與有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，再通過D/A轉(zhuǎn)換，前置電路精確控制電流輸入精度，逐級施加電流于力矩發(fā)生器，直至產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力矩驅(qū)動驅(qū)動盤、空氣主軸、被測軸承轉(zhuǎn)動； 3)光電傳感器信號處理和控制是被測軸承從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，光電傳感器輸出光電信號，進(jìn)行放大、濾波等信號處理，I/O輸入計算機(jī)，進(jìn)行控制停止施加輸入功率并紀(jì)錄，依次與力矩發(fā)生器形成閉環(huán)回路。
由于采用了如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 1)、解決了非接觸式測量軸承啟動摩擦力矩的難題； 2)、實現(xiàn)自動監(jiān)控軸承啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，完成自動測量功能，有效的解決了瞬態(tài)測量的難點； 3)、通過定量測量軸承啟動摩擦力矩值，滿足對軸承啟動摩擦性能檢測分析和性能試驗的需求，也可為減摩研究提供依據(jù)，依次提高軸承的摩擦性能，提高主機(jī)系統(tǒng)的可靠性和精確性，這將對國內(nèi)軸承工業(yè)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。



圖1是非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀電氣控制原理圖。
在圖1中1-加載汽缸；2-力傳感器；3-加載套；4-被測軸承；5-空氣主軸；6-空氣軸承；7-力矩發(fā)生器；8-驅(qū)動盤；9-光電傳感器。

具體實施例方式 如圖1所示本發(fā)明的測量方法首先依據(jù)能量轉(zhuǎn)換法測量原理，用特制的力矩發(fā)生器(7)產(chǎn)生感應(yīng)電磁力矩作為驅(qū)動力矩，與光電傳感器(9)組成閉環(huán)系統(tǒng)來自動監(jiān)控軸承啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；其次應(yīng)用空氣軸承(6)支承，實現(xiàn)非接觸式自動測量軸承啟動摩擦力矩值；最后在測量時，被測軸承(4)安裝在空氣主軸(6)上，驅(qū)動盤與空氣主軸聯(lián)接，并置于力矩發(fā)生器(7)中，給被測軸承(4)施加軸向載荷后，由計算機(jī)自動控制電氣系統(tǒng)逐步施加輸入功率于力矩發(fā)生器(7)，當(dāng)感應(yīng)電磁力矩的大小通過驅(qū)動盤(8)驅(qū)動空氣主軸(6)旋轉(zhuǎn)時，由驅(qū)動盤(8)所配裝的光電傳感器(9)監(jiān)控被測軸承(4)從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并給出信號，計算機(jī)自動控制停止施加輸入功率，并紀(jì)錄當(dāng)前功率值，依次形成一個閉環(huán)的測量系統(tǒng)，而所紀(jì)錄的功率值即為被測軸承的啟動摩擦力矩值。
其中被測軸承(4)安裝在空氣主軸(6)上，加載套(3)下端面壓在被測軸承(4)的外圈，上端與力傳感器(2)聯(lián)接，力傳感器(2)套接在加載汽缸(1)的汽缸頭上，施加軸向載荷的大小由力傳感器(2)控制；空氣主軸(6)安裝于空氣軸承(6)內(nèi)，組成支承軸系，空氣主軸(6)的下方聯(lián)接固定驅(qū)動盤(8)，驅(qū)動盤(8)的兩端各自安裝力矩發(fā)生器(7)和光電傳感器(9)，而它們之間的相互控制由電氣系統(tǒng)完成。
為清楚說明本發(fā)明各部件相互之間的關(guān)系，分述如下 驅(qū)動系統(tǒng)是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的裝置，主要由力矩發(fā)生器(7)和驅(qū)動盤(8)組成。力矩發(fā)生器(7)由兩個電磁體構(gòu)成，驅(qū)動盤(8)置于兩個電磁體的間隙中，當(dāng)電流元件和電壓元件工作時，電磁體的工作磁通穿過驅(qū)動盤(8)產(chǎn)生渦流，由于驅(qū)動盤(8)上的渦流和交變磁通的相互作用而產(chǎn)生驅(qū)動力矩。特制的力矩發(fā)生器(7)已作為另一發(fā)明申請專利。
光電傳感器(9)用于監(jiān)控被測軸承(4)的啟動狀態(tài)，也是組成閉環(huán)測量系統(tǒng)反饋回路的組成部分，由光電傳感器(9)和驅(qū)動盤(8)組成。光電傳感器(9)有光源和光敏元件，驅(qū)動盤(8)有編碼齒，因此又稱為編碼盤，當(dāng)力矩發(fā)生器(7)驅(qū)動驅(qū)動盤(8)從靜止到運(yùn)動的狀態(tài)變化時，光源發(fā)出一定的光通量，射到光敏元件上產(chǎn)生變化，光電傳感器(9)輸出狀態(tài)信號，完成狀態(tài)監(jiān)控功能。
支承軸系不僅要求支承被測軸承(4)的軸向載荷和小的摩擦損耗，而且要保證驅(qū)動被測軸承(4)的啟動摩擦力矩是唯一負(fù)載力矩，采用空氣靜壓軸承做為支承，應(yīng)用1/4位置狹縫徑向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，有效的減少渦流力矩，其摩擦力小的特點為能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)提供了先決條件，保證測量的精度。
如圖2所示本發(fā)明的測量儀其電氣系統(tǒng)包含對加載汽缸(1)的指令控制、力矩發(fā)生器(7)的控制、光電傳感器(9)的信號處理和控制，這其中 1)加載汽缸(1)的指令控制由計算機(jī)給出，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸(1)完成加載動作；測量完成后，給出卸載指令，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸(1)完成卸載動作； 2)力矩發(fā)生器(7)的控制是對力矩發(fā)生器(7)的兩路線圈輸入電壓和電流大小的控制，在設(shè)定輸入電壓為定值，則感應(yīng)電磁力矩大小在力矩發(fā)生器中只與輸入的電流大小與有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，再通過D/A轉(zhuǎn)換，前置電路精確控制電流輸入精度，逐級施加電流于力矩發(fā)生器，直至產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力矩驅(qū)動驅(qū)動盤(8)、空氣主軸(5)、被測軸承(4)轉(zhuǎn)動； 3)光電傳感器(9)信號處理和控制是被測軸承從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，光電傳感器(9)輸出光電信號，進(jìn)行放大、濾波等信號處理，I/O輸入計算機(jī)，進(jìn)行控制停止施加輸入功率并紀(jì)錄，依次與力矩發(fā)生器(7)形成閉環(huán)回路。
具體操作步驟如下首先計算機(jī)給出加載指令，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸(1)完成加載動作，施加軸向載荷于被測軸承(4)；然后執(zhí)行測量指令，經(jīng)I/O輸出，D/A轉(zhuǎn)換，計算機(jī)自動控制前置電路逐步施加輸入功率于力矩發(fā)生器(7)，力矩發(fā)生器(7)產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力矩就會有驅(qū)動驅(qū)動盤(8)轉(zhuǎn)動的趨勢，當(dāng)感應(yīng)電磁力矩的大小能克服負(fù)載力矩時，驅(qū)動盤(8)經(jīng)支承軸系的空氣主軸(5)帶動被測軸承(4)啟動，此時由光電傳感器(9)監(jiān)控到驅(qū)動盤(8)從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，光電傳感器(9)給出信號，信號經(jīng)處理后，經(jīng)I/O輸入計算機(jī)，計算機(jī)自動控制停止施加輸入功率并紀(jì)錄當(dāng)前輸入功率值大小，當(dāng)前輸入功率值的大小就是被測軸承(4)啟動摩擦力矩值。
權(quán)利要求
1、一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量方法，其特征在于該力矩測量方法依據(jù)能量轉(zhuǎn)換法測量原理，用特制的力矩發(fā)生器(7)產(chǎn)生感應(yīng)電磁力矩作為驅(qū)動力矩，與光電傳感器(9)組成閉環(huán)系統(tǒng)來自動監(jiān)控軸承啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；其次應(yīng)用空氣軸承(6)支承，實現(xiàn)非接觸式自動測量軸承啟動摩擦力矩值；最后在測量時，被測軸承(4)安裝在空氣主軸(6)上，驅(qū)動盤與空氣主軸聯(lián)接，并置于力矩發(fā)生器(7)中，給被測軸承(4)施加軸向載荷后，由計算機(jī)自動控制電氣系統(tǒng)逐步施加輸入功率于力矩發(fā)生器(7)，當(dāng)感應(yīng)電磁力矩的大小通過驅(qū)動盤(8)驅(qū)動空氣主軸(6)旋轉(zhuǎn)時，由驅(qū)動盤(8)所配裝的光電傳感器(9)監(jiān)控被測軸承(4)從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并給出信號，計算機(jī)自動控制停止施加輸入功率，并紀(jì)錄當(dāng)前功率值，依次形成一個閉環(huán)的測量系統(tǒng)，而所紀(jì)錄的功率值即為被測軸承的啟動摩擦力矩值。
2、一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀，其特征在于其測量儀主要由加載汽缸(1)、力傳感器(2)、加載套(3)、空氣主軸(5)、空氣軸承(6)、力矩發(fā)生器(7)、驅(qū)動盤(8)、光電傳感器(9)、電氣系統(tǒng)組成，其中被測軸承(4)安裝在空氣主軸(6)上，加載套(3)下端面壓在被測軸承(4)的外圈，上端與力傳感器(2)聯(lián)接，力傳感器(2)套接在加載汽缸(1)的汽缸頭上，施加軸向載荷的大小由力傳感器(2)控制；空氣主軸(6)安裝于空氣軸承(6)內(nèi)，組成支承軸系，空氣主軸(6)的下方聯(lián)接固定驅(qū)動盤(8)，驅(qū)動盤(8)的兩端各自安裝力矩發(fā)生器(7)和光電傳感器(9)，而它們之間的相互控制由電氣系統(tǒng)完成。
3、一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀，其特征在于其電氣系統(tǒng)包含對加載汽缸(1)的指令控制、力矩發(fā)生器(7)的控制、光電傳感器(9)的信號處理和控制，這其中
1)加載汽缸(1)的指令控制由計算機(jī)給出，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸(1)完成加載動作；測量完成后，給出卸載指令，經(jīng)I/O輸出，控制加載汽缸(1)完成卸載動作；
2)力矩發(fā)生器(7)的控制是對力矩發(fā)生器(7)的兩路線圈輸入電壓和電流大小的控制，在設(shè)定輸入電壓為定值，則感應(yīng)電磁力矩大小在力矩發(fā)生器中只與輸入的電流大小與有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，再通過D/A轉(zhuǎn)換，前置電路精確控制電流輸入精度，逐級施加電流于力矩發(fā)生器，直至產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力矩驅(qū)動驅(qū)動盤(8)、空氣主軸(5)、被測軸承(4)轉(zhuǎn)動；
3)光電傳感器(9)信號處理和控制是被測軸承從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，光電傳感器(9)輸出光電信號，進(jìn)行放大、濾波等信號處理，I/O輸入計算機(jī)，進(jìn)行控制停止施加輸入功率并紀(jì)錄，依次與力矩發(fā)生器(7)形成閉環(huán)回路。
全文摘要
一種非接觸式軸承啟動摩擦力矩測量儀，主要由加載汽缸(1)、力傳感器(2)、加載套(3)、空氣主軸(5)、空氣軸承(6)、力矩發(fā)生器(7)、驅(qū)動盤(8)、光電傳感器(9)、電氣系統(tǒng)組成，力矩發(fā)生器產(chǎn)生感應(yīng)電磁力矩作為驅(qū)動力矩，光電傳感器自動監(jiān)控軸承啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；測量時，被測軸承安裝在空氣主軸上，驅(qū)動盤與空氣主軸聯(lián)接，并置于力矩發(fā)生器中，施加軸向載荷后，電氣系統(tǒng)逐步施加輸入功率于力矩發(fā)生器，當(dāng)感應(yīng)電磁的大小通過驅(qū)動盤驅(qū)動空氣主軸旋轉(zhuǎn)時，由驅(qū)動盤所配裝的光電傳感器監(jiān)控被測軸承從靜態(tài)到啟動運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并給出信號，停止施加輸入功率，并紀(jì)錄當(dāng)前功率值，當(dāng)前功率值即為被測軸承的啟動摩擦力矩值。
文檔編號G01L3/22GK101303261SQ20071005438
公開日2008年11月12日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者高奮武, 李國斌, 王宗克, 劉金秀, 廖家祥 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司