專利名稱：一種測量軸承摩擦力矩的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承摩擦力矩的測試裝置，具體是指空間精密角接觸軸承在一定轉(zhuǎn)速、潤滑和預(yù)載條件下其摩擦力矩的高精度、實時在線測試裝置。
背景技術(shù)：
運動部件廣泛應(yīng)用于航天衛(wèi)星及遙感儀器中，完成特定的功能。隨著對空間轉(zhuǎn)動機構(gòu)摩擦、潤滑研究工作的深入，在軌故障的進一步分析和研究以及大量的空間和地面的實踐證明軸承是制約空間運動部件壽命和可靠性的關(guān)鍵零件，對軸承性能的測試和評價也因此而變得至關(guān)重要。軸承摩擦力矩是反映軸承性能的重要參數(shù)之一，尤其是空間應(yīng)用環(huán)境下軸承摩擦力矩具有的特殊性，如微重力導(dǎo)致空間潤滑的供油機理與地面上的不同，失重環(huán)境下只有靠表面張力和毛細作用。高真空導(dǎo)致潤滑劑揮發(fā)耗散和機構(gòu)局部高溫而致使?jié)櫥瑒┦?。溫度交變會直接影響潤滑油粘度的變化。宇宙塵埃直接、高速的沖擊會給測試帶來很大的干擾。空間輻射導(dǎo)致潤滑劑的熱退化、斷鏈、聚合和交叉耦合等。
目前，中國專利專利號為200610052086.8、200510049805.6、200410052708.8、03242670.4等所提供的軸承摩擦力矩的測試方法和裝置都存在一個共同的缺陷，即都未涉及軸承的實際工作中的潤滑狀況和預(yù)載荷條件，因此無法得到軸承實際工作過程中的摩擦狀況。國外已經(jīng)研制出真空球盤摩擦試驗機和軸承組件壽命試驗裝置等相關(guān)平臺，不過大多是從工程角度根據(jù)項目自身的特殊要求來解決特定的問題，從某種意義上說相關(guān)試驗數(shù)據(jù)也屬于工程技術(shù)機密，很難在公開發(fā)表的文章中查到。因此，目前尚無針對空間應(yīng)用的角接觸軸承摩擦力矩的測試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種針對空間應(yīng)用的角接觸軸承摩擦力矩的測試裝置。
本發(fā)明的測試裝置包括由內(nèi)軸1和外殼5構(gòu)成嵌套被測軸承的凹槽體；在槽口內(nèi)側(cè)有一通過螺釘16固定在內(nèi)軸1上的密封蓋6，內(nèi)軸1和密封蓋6之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片15；在槽口外側(cè)有一通過螺釘16固定在外殼5上的壓蓋7，外殼5和壓蓋7之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片15；內(nèi)軸1與傳動軸8采用過盈配合聯(lián)接，傳動軸8通過聯(lián)軸器12與電機聯(lián)接；懸臂梁10的一端開有銷釘孔，外殼5底部開有測量孔，傳力銷釘9分別與銷釘孔、測量孔配合聯(lián)接，用來傳遞載荷；懸臂梁10的另一端通過螺釘16固定在支架17上，在懸臂梁10上，靠近支架17處粘貼有應(yīng)力應(yīng)變傳感器13，傳感器輸出的信號由應(yīng)變采集分析儀器14處理，實現(xiàn)軸承摩擦力矩的測試。
當(dāng)電機通過聯(lián)軸器帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)時，與傳動軸配合聯(lián)接的內(nèi)軸帶動被測軸承的內(nèi)圈隨之一起轉(zhuǎn)動，由于被測軸承內(nèi)、外圈之間摩擦力矩的作用，被測軸承的外圈會因內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動而有被曳動的趨勢，將力矩施加到傳力銷釘上，傳力銷釘又進一步將力矩轉(zhuǎn)換成力施加到懸臂梁上，懸臂梁在力載荷的作用下發(fā)生變形，將力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，利用應(yīng)變采集分析儀器即可實現(xiàn)對軸承摩擦力矩的高精度測試。
本發(fā)明提供的測試裝置不僅可以在線測量實時顯示軸承在不同轉(zhuǎn)速、潤滑和預(yù)載條件下的摩擦力矩，還可以配合低速和高速應(yīng)變采集分析系統(tǒng)得到時域參數(shù)(平均值和波度比)和頻譜特征，全面評價軸承的性能。


圖1為本發(fā)明的軸承摩擦力矩測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的軸承摩擦力矩測試裝置的部分三維局剖裝配圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述本實施例的被測軸承2是DB方式聯(lián)結(jié)的兩個角接觸軸承，軸承由外圈201、內(nèi)圈202和中間嵌有滾珠203構(gòu)成。兩個軸承之間的內(nèi)圈由內(nèi)擋圈3隔開，二個軸承之間的外圈由外擋圈4隔開。
測試時將被測軸承2放在由內(nèi)軸1和外殼5構(gòu)成的凹槽體內(nèi)，用螺釘16將密封蓋6固定在內(nèi)軸1上，內(nèi)軸1和密封蓋6之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片15，墊片的厚度可根據(jù)對軸承施加預(yù)載力的大小決定，并使其抵住被測軸承的內(nèi)圈202。被測軸承的內(nèi)圈202、內(nèi)擋圈3與內(nèi)軸1配合聯(lián)接，由此內(nèi)軸1、被測軸承2的內(nèi)圈202、內(nèi)擋圈3和密封蓋6構(gòu)成一個整體隨傳動軸8一起作旋轉(zhuǎn)運動，稱之為旋轉(zhuǎn)部件。
再用螺釘16將壓蓋7固定在外殼5上，外殼5和壓蓋7之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片15，墊片的厚度可根據(jù)對軸承施加預(yù)載力的大小決定，并使其抵住被測軸承的外圈201。被測軸承的外圈201、外擋圈4與外殼5配合聯(lián)接，由此外殼5、被測軸承的外圈201、外擋圈4和壓蓋7構(gòu)成一個整體保持相對靜止，稱之為靜止部件。
傳動軸8與內(nèi)軸1之間采用過盈配合相聯(lián)接，電機11通過聯(lián)軸器12與傳動軸8聯(lián)接，電機帶動傳動軸8及旋轉(zhuǎn)部件一起旋轉(zhuǎn)，此時被測軸承內(nèi)、外圈之間的摩擦力矩就等價表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)部件、靜止部件之間的摩擦力矩。
懸臂梁10的一端開有銷釘孔，外殼5底部開有測量孔，傳力銷釘9分別與銷釘孔、測量孔配合聯(lián)接，用來傳遞載荷；傳力銷釘9和懸臂梁10會產(chǎn)生相應(yīng)的制動力阻止靜止部件的運動并使之保持平衡狀態(tài)，實現(xiàn)了被測軸承內(nèi)、外圈之間的摩擦力矩以力的形式施加到傳力銷釘9上，并進一步轉(zhuǎn)化為懸臂梁10上的載荷力；懸臂梁10在載荷力的作用下變形，產(chǎn)生應(yīng)變，實現(xiàn)了載荷力轉(zhuǎn)化為應(yīng)變；用粘貼在懸臂梁10表面的高精度應(yīng)力應(yīng)變傳感器13檢測懸臂梁10上產(chǎn)生的應(yīng)變，實現(xiàn)了應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；用應(yīng)變采集分析系統(tǒng)14對應(yīng)力應(yīng)變傳感器10的電學(xué)量進行轉(zhuǎn)化、調(diào)理，最終實現(xiàn)了摩擦力矩的高精度測試。
本發(fā)明的摩擦力矩M和應(yīng)變ε之間的轉(zhuǎn)換公式為M=E·b·h2·d6·(L-x)·ϵ]]>其中E為懸臂梁10材料的彈性模量，L、b、h分別為懸臂梁10的長度、寬度和厚度，d為傳力銷釘9與的傳動軸8的中心軸距，x為傳感器13的粘貼位置到懸臂梁固定在支架端部的距離。
本發(fā)明的測試裝置中的傳力銷釘9的剛度不小于200GPa，以減小因傳力銷釘9變形而引起的附加傳遞誤差。懸臂梁10的材料可以是青銅、黃銅或者不銹鋼，厚度為1～2mm；如果太薄則會導(dǎo)致其固有頻率過低，易發(fā)生振動影響測試結(jié)果，如果太厚則會導(dǎo)致應(yīng)變量過小、信號微弱，不易檢測。電機11可以是直流電機或步進電機，可以分別通過調(diào)節(jié)電壓和占空比得到所需轉(zhuǎn)速。傳感器13可以是電阻式、電容式、電壓式等應(yīng)力應(yīng)變傳感器。
應(yīng)變采集分析儀器14采用低速設(shè)備和高速設(shè)備相結(jié)合低速設(shè)備可以采用市售的靜態(tài)或者動態(tài)應(yīng)變儀(如北戴河實用電子技術(shù)研究所研制的SDY2204)，實現(xiàn)對軸承摩擦力矩的長時間檢測，根據(jù)測試的結(jié)果可以計算出其平均值和波度比，作為評價軸承工作性能的時域參數(shù)。
高速設(shè)備可以采用市售的內(nèi)置信號轉(zhuǎn)換和調(diào)理模塊的高速數(shù)據(jù)采集器(如北京瑞博華控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的RBH8223H)，首先通過惠斯通電橋電路將傳感器的信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后進行濾波、放大調(diào)理，之后進行采樣，最后利用快速傅立葉變換算法對結(jié)果進行傅立葉分析，建立摩擦力矩的頻譜特征與工作狀況的對應(yīng)關(guān)系。
本發(fā)明提供的裝置可以根據(jù)需要隨時更換不同的潤滑劑以實現(xiàn)對比試驗的目的，潤滑劑采用液體潤滑劑，在旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件加入潤滑劑后，密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以保證潤滑劑在測試過程中不會泄漏。
權(quán)利要求
1.一種測量軸承摩擦力矩的測試裝置，其特征在于該測試裝置包括內(nèi)軸(1)和外殼(5)構(gòu)成嵌套被測軸承的凹槽體；在槽口內(nèi)側(cè)有一通過螺釘(16)固定在內(nèi)軸(1)上的密封蓋(6)，內(nèi)軸(1)和密封蓋(6)之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片(15)；在槽口外側(cè)有一通過螺釘(16)固定在外殼(5)上的壓蓋(7)，外殼(5)和壓蓋(7)之間置有對軸承施加預(yù)載的墊片(15)；內(nèi)軸(1)與傳動軸(8)采用過盈配合聯(lián)接，傳動軸(8)通過聯(lián)軸器(12)與電機(11)聯(lián)接；懸臂梁(10)的一端開有銷釘孔，外殼(5)底部開有測量孔，傳力銷釘(9)分別與銷釘孔、測量孔配合聯(lián)接，用來傳遞載荷；懸臂梁(10)的另一端通過螺釘(16)固定在支架(17)上，在懸臂梁(10)上，靠近支架(17)處粘貼有應(yīng)力應(yīng)變傳感器(13)，傳感器輸出的信號由應(yīng)變采集分析儀器(14)處理，實現(xiàn)軸承摩擦力矩的測試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量軸承摩擦力矩的測試裝置，該裝置包括內(nèi)軸、外殼、傳力銷釘、懸臂梁、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、應(yīng)變采集分析儀器和電機。當(dāng)電機帶動內(nèi)軸轉(zhuǎn)動時，被測軸承的內(nèi)圈隨之一起轉(zhuǎn)動，由于被測軸承內(nèi)、外圈之間摩擦力矩的作用，將軸承內(nèi)、外圈的力矩信號轉(zhuǎn)換成傳力銷釘?shù)牧π盘?，進一步轉(zhuǎn)換成懸臂梁的應(yīng)變信號，再用應(yīng)力應(yīng)變傳感器進行測量，將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)化為電信號，用應(yīng)變采集分析系統(tǒng)對應(yīng)力應(yīng)變傳感器的電信號進行轉(zhuǎn)化、調(diào)理，最終實現(xiàn)了摩擦力矩的高精度測試。本發(fā)明提供的裝置避免了傳統(tǒng)測量裝置精度低、采樣頻率和顯示頻率低、無法實現(xiàn)實時測量等缺點。還可以配合低速和高速應(yīng)變采集分析系統(tǒng)得到時域參數(shù)和頻譜特征，全面評價軸承的性能。
文檔編號G01L3/10GK101050986SQ20071004061
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者李立齋, 劉曉華, 何彬峰 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所