一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法，属于轴承测试技术领域。其方法是将试验轴承外圈与力矩传感器和双向气浮轴承内圈连接，试验轴承内圈与驱动系统主轴连接；给双向气浮轴承注入压缩空气，当气浮轴承状态监测器指示轴承支撑面间已完全分离后，伺服电机工作，带动试验轴承转动，根据码盘读取转速；第一伺服电动缸通过第一力传感器对双向气浮轴承施加径向载荷，第二伺服电动缸通过第二力传感器对双向气浮轴承施加轴向载荷，力矩传感器通过滑键与固定支架连接，测得不断变化的摩擦力矩。本发明专利技术可以施加轴向和径向载荷，符合轴承的实际应用状态，全面考核轴承的动态性能，还能应用在球轴承和圆柱滚子轴承的摩擦力矩测试中。

A testing device and method for bearing friction moment under compound load

The invention provides a testing device and a method for friction moment of bearings under compound loads, which belongs to the technical field of bearing testing. The method is to connect the outer ring of the test bearing with the torque sensor and the inner ring of the two-way air bearing. The inner ring of the test bearing is connected with the main shaft of the driving system, and the compressed air is injected into the bi-directional air bearing. When the bearing state monitor indicates that the bearing support surface has been completely separated, the motor work is served to drive the rotation of the test bearing. The first servo electric cylinder uses the first force sensor to apply the radial load to the two-way air bearing, and the second servo electric cylinder applies the axial load to the bi-directional air bearing through the second force sensor, and the torque sensor connects with the fixed support through the sliding key, and the changing friction moment is measured. The invention can apply the axial and radial loads, conform to the actual application state of the bearing, comprehensively assess the dynamic performance of the bearing, and can also be applied to the friction torque test of the ball bearing and cylindrical roller bearing.

【技术实现步骤摘要】
一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法
本专利技术涉及一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法，属于轴承测试

技术介绍
轴承摩擦力矩测试是高端轴承研发过程中的重要环节，是对轴承设计理论、材料技术和润滑技术评价与验证的必要手段。通过测量轴承的启动摩擦力矩和稳定运转摩擦力矩，可判断轴承摩擦表面的结构缺陷、轴承内部磨损、润滑剂异物颗粒污染状态等，还可用于在试制加工过程中的精度分析、实验前后的形貌和性能变化分析、失效模式分析等。现有精密摩擦力矩测试仪器主要具有低转速小载荷高测量精度等特点，或以航天轴承应用测试为目标，主要用于高精度小尺寸轴承，并且测试时只能施加轴向载荷，无法施加径向载荷，与轴承的实际应用状态不符，不能全面考核轴承的动态性能，并且无法用于圆柱滚子轴承的摩擦力矩测试。为满足高端轴承的研制需求，在进行摩擦力矩测试的同时模拟实际变载情况，施加轴向载荷和径向载荷极其必要，并能够用于球轴承和圆柱滚子轴承摩擦力矩测试。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，包括：机械系统、驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感器系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统，所述机械系统对驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统进行集成，所述驱动系统带动试验轴承实现位置和转速可控的转动，所述伺服加载系统与径向和轴向气浮加载系统实现对试验轴承轴向和径向的低摩擦低耦合加载，所述传感器系统实现对试验轴承加载载荷和摩擦力矩的监测以及气浮轴承的状态监测，所述驱动控制系统实现对试验轴承旋转速度与位置的控制以及复合加载载荷的控制，所述数据采集与分析系统通过力矩传感器实现对复合载荷下轴承摩擦力矩的测量并将其转换成电信号并进行数据分析。所述驱动控制系统包括伺服电机和码盘，所述伺服电机为试验轴承内圈提供转动力矩，所述码盘读取位置和转速。所述传感系统包括力矩传感器和气浮轴承状态监测器，所述力矩传感器与试验轴承外圈固连，测量试验轴承内外圈转动所产生的摩擦力矩；所述气浮轴承状态监测器设置在双向气浮轴承上，检测气浮轴承内外圈支撑面是否保持分离状态。所述伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统构成的加载系统由第一伺服电动缸、第一力传感器、径向加载头、轴向加载头、第二伺服电动缸和第二力传感器构成；其中，径向加载由第一伺服电动缸提供动力，通过第一力传感器实现加载力的闭环控制，将加载力通过低耦合径向加载头作用在双向气浮轴承上；轴向加载装置由第二伺服电动缸提供动力，通过第二力传感器实现加载力的闭环控制，将加载力通过低耦合轴向加载头作用在双向气浮轴承上；设在加载头前端的滚动体可自由滚动，消除了同时施加轴、径向载荷时的相互干扰，实现了低耦合加载；力矩传感器通过滑键与固定支架连接，从而在限制力矩传感器的旋转的同时，方便力矩传感器做轴向移动。一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置的测试方法，按照下述步骤进行：步骤一：安装试验轴承，确认试验轴承外圈与力矩传感器和双向气浮轴承内圈连接无误后，将试验轴承内圈与驱动系统主轴连接；步骤二：给双向气浮轴承注入压缩空气，当气浮轴承状态监测器指示轴承支撑面之间已完全分离后，控制伺服电机开始工作，带动试验轴承转动，根据码盘显示读取转数；步骤三：第一伺服电动缸为径向加载提供动力，通过第一力传感器将加载力通过低耦合径向加载头对双向气浮轴承不断施加载荷，第二伺服电动缸为轴向加载提供动力，通过第二力传感器将加载力通过低耦合轴向加载头对双向气浮轴承不断施加载荷，力矩传感器通过滑键与固定支架连接，即可测得不断变化的摩擦力矩。本专利技术的有益效果为：本专利技术不仅能够施加轴向载荷，还可以施加径向载荷，符合轴承的实际应用状态，全面的考虑了轴承的动态性能。本专利技术能够应用在球轴承和圆柱滚子轴承的摩擦力矩测试中。本专利技术设置有监测系统可以监测工作状态，防止因轴承内外圈气浮支撑面之间有短暂的接触导致实验结果的不准确。本专利技术加载头前端设有自由转动的滚动体，可实现同时施加轴、径向载荷时由于摩擦力引起的相互影响，实现低耦合复合加载。附图说明图1为本专利技术一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置的结构示意图。图中的附图标记，1为码盘，2为伺服电机，3为试验轴承，4为第一伺服电动缸，5为第一力传感器，6为径向加载头，7为轴向加载头，8为力矩传感器，9为滑键，10为第二伺服电动缸，11为第二力传感器，12为双向气浮轴承，13为气浮轴承状态监测器。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。如图1所示，本实施例所涉及的一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，包括：机械系统、驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感器系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统，所述机械系统对驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统进行集成，所述驱动系统带动试验轴承3实现位置和转速可控的转动，所述伺服加载系统与径向和轴向气浮加载系统实现对试验轴承3轴向和径向的低摩擦低耦合加载，所述传感器系统实现对试验轴承3加载载荷和摩擦力矩的监测以及气浮轴承的状态监测，所述驱动控制系统实现对试验轴承3旋转速度与位置的控制以及复合加载载荷的控制，所述数据采集与分析系统通过力矩传感器8实现对复合载荷下轴承摩擦力矩的测量并将其转换成电信号并进行数据分析。所述驱动控制系统包括伺服电机2和码盘1，所述伺服电机2为试验轴承3内圈提供转动力矩，所述码盘1读取位置和转速。所述传感系统包括力矩传感器8和气浮轴承状态监测器13，所述力矩传感器8与试验轴承3外圈固连，测量试验轴承3内外圈转动所产生的摩擦力矩；所述气浮轴承状态监测器13设置在双向气浮轴承12上，检测气浮轴承内外圈支撑面是否保持分离状态。所述伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统构成的加载系统由第一伺服电动缸4、第一力传感器5、径向加载头6、轴向加载头7、第二伺服电动缸10和第二力传感器11构成；其中，径向加载由第一伺服电动缸4提供动力，通过第一力传感器5实现加载力的闭环控制，将加载力通过低耦合径向加载头6作用在双向气浮轴承12上；轴向加载装置由第二伺服电动缸10提供动力，通过第二力传感器11实现加载力的闭环控制，将加载力通过低耦合轴向加载头7作用在双向气浮轴承12上；设在加载头前端的滚动体可自由滚动，消除了同时施加轴、径向载荷时的相互干扰，实现了低耦合加载；力矩传感器8通过滑键9与固定支架连接，从而在限制力矩传感器8的旋转的同时，方便力矩传感器8做轴向移动。一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置的测试方法，按照下述步骤进行：步骤一：安装试验轴承3，确认试验轴承3外圈与力矩传感器8和双向气浮轴承12内圈连接无误后，将试验轴承3内圈与驱动系统主轴连接；步骤二：给双向气浮轴承12注入压缩空气，当气浮轴承状态监测器13指示轴承支撑面之间已完全分离后，控制伺服电机2开始工作，带动试验轴承3转动，根据码盘1显示读取转数；步骤三：第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，包括：机械系统、驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感器系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统，所述机械系统对驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统进行集成，所述驱动系统带动试验轴承(3)实现位置和转速可控的转动，所述伺服加载系统与径向和轴向气浮加载系统实现对试验轴承(3)轴向和径向的低摩擦低耦合加载，所述传感器系统实现对试验轴承(3)加载载荷和摩擦力矩的监测以及气浮轴承的状态监测，所述驱动控制系统实现对试验轴承(3)旋转速度与位置的控制以及复合加载载荷的控制，所述数据采集与分析系统通过力矩传感器(8)实现对复合载荷下轴承摩擦力矩的测量并将其转换成电信号并进行数据分析。

【技术特征摘要】
1.一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，包括：机械系统、驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感器系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统，所述机械系统对驱动系统、伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统、传感系统、驱动控制系统和数据采集与分析系统进行集成，所述驱动系统带动试验轴承(3)实现位置和转速可控的转动，所述伺服加载系统与径向和轴向气浮加载系统实现对试验轴承(3)轴向和径向的低摩擦低耦合加载，所述传感器系统实现对试验轴承(3)加载载荷和摩擦力矩的监测以及气浮轴承的状态监测，所述驱动控制系统实现对试验轴承(3)旋转速度与位置的控制以及复合加载载荷的控制，所述数据采集与分析系统通过力矩传感器(8)实现对复合载荷下轴承摩擦力矩的测量并将其转换成电信号并进行数据分析。2.根据权利要求1所述的一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述驱动控制系统包括伺服电机(2)和码盘(1)，所述伺服电机(2)为试验轴承(3)内圈提供转动力矩，所述码盘(1)读取位置和转速。3.根据权利要求1所述的一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述传感系统包括力矩传感器(8)和气浮轴承状态监测器(13)，所述力矩传感器(8)与试验轴承(3)外圈固连，测量试验轴承(3)内外圈转动所产生的摩擦力矩；所述气浮轴承状态监测器(13)设置在双向气浮轴承(12)上，检测气浮轴承内外圈支撑面是否保持分离状态。4.根据权利要求1所述的一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置，其特征在于，所述伺服加载系统、径向和轴向气浮加载系统构成的加载系统由第一伺服电动缸(4)、第一力传感器(5)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑德志，高翔，古乐，王黎钦，张传伟，赵小力，解志杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23