本发明专利技术公开一种滚动轴承摩擦力矩动态跟踪测量仪，其采用由一台计算机控制的摩擦力矩采集系统和角位移采集系统来同步采集轴承摩擦力矩和套圈角位移，该仪器摩擦力矩采集系统的固有频率和扭转刚度所具有的特征可满足动态跟踪测量的要求。仪器的数据处理程序对测得的数据作动力学方面的修正，得到动态实际摩擦力矩与轴承套圈相对角位移的精确关系。本发明专利技术的测量仪能直接动态跟踪测取轴承的摩擦力矩，具有结构紧凑，动态响应特性好，跟踪测量结果精准，适应范围广，操作简便，自动化程度高的优点，可用于各类滚动轴承品质的鉴别诊断和分析研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量滚动轴承摩擦力矩的仪器。技术背景摩擦力矩是滚动轴承的一项重要技术指标，它直接影响轴承的运行能耗、温升、旋转精度和平稳性，长期地还将影响轴承的使用寿命。但由于滚动轴承摩擦力矩产生机理的复杂性和实际表现的欠稳定性以及各种应用领域所追求目标的巨大差异，以往对滚动轴承摩擦力矩的测量技术的研究和仪器的开发比较少，即使有也大多是针对某类轴承或某种应用领域的，如针对精密轴承、微小型轴承和对摩擦力矩有明确要求的特种轴承。对于大多数的通用轴承，虽然在技术标准上对摩擦力矩没有明确要求，但在中国技术标准JB/ T10336-2002中，对成品滚动轴承有旋转灵活，平稳、轻快、无阻滞的要求，其检测方法目前仍依靠人工检测，凭经验判断，实践中难以把握。滚动轴承摩擦力矩的来源可以分成两部分稳定部分与变化部分。稳定部分来自设计上可预期的因素，也是不可避免的，如由于材料弹性滞后引起的纯滚动阻力，滚动接触面上的差动滑动摩擦，滚动体自旋运动引起的滑动摩擦，轴承零件相互间的滑动摩擦，润滑剂的粘滞作用等等，如果制造和应用条件达到理想要求，它引起的摩擦力矩基本上是稳定的；变化部分来自各种干扰因素，如制造误差，清洁度，零部件缺陷，环境和外界干扰等等， 其中前3项与制造方有关，后一项与使用方有关。对于制造方，通过对摩擦力矩跟踪测量， 如发现摩擦力矩有异常变化，可以推断有干扰因素存在，从而鉴别出有问题的轴承，对保证轴承质量有重要意义。此外，通过动态跟踪一段时空区段摩擦力矩变化的丰富信息，有助于对问题轴承作出诊断，也有助于对摩擦力矩进行深入研究。从摩擦力矩的测量方式上来看，现有的摩擦力矩测量仪基本都只是收集摩擦力矩 M本身的数据，再从这些离散数据作数学统计，得到最大值、平均值等等，较先进的采用自动数据采集，得到一个时间序列数据M(t)，经过计算机处理，能得到摩擦力矩有效值以及一些频率特性。以上基本上都属于一维数据采集系统，它只能采集摩擦力矩一个序列数据，不能跟踪摩擦力矩M与轴承套圈之间相对旋转角位移θ之间的关系。要得到这种关系，只有采用2维数据采集系统，即同时采集摩擦力矩和相对角位移2个序列的数据M(t)和θ (t)，直接取得它们的相互关系Μ( θ )。虽然从理论上如果已知速度，可以从时间座标转换到位移座标，但实际上由于转速的测量和控制本身存在一定误差，经过不断旋转带来的累积误差不可忽视，因此这种间接得到的Μ( θ )关系的应用价值就大大降低。Μ( θ )关系的应用之一如可以帮助进行轴承零件缺陷的诊断如果在Μ(θ)关系图上发现有周期性的异常，通过在图上量得其波长(△ θ，与转速无关)，与按照滚动轴承运动学原理计算出的该轴承的各种零件缺陷反映的理论波长比较，可确定缺陷所在。要求直接测取摩擦力矩随套圈角位移的关系是本专利技术的仪器的主要目标。现有专利中名称上接近的有CN101509814B《一种微型轴承动态摩擦力矩测量仪的设计方法》和 CN201285334Y《一种用于检测轴承动态摩擦力矩的测量仪》，细读内容，其中动态摩擦力矩是指轴承的动态摩擦力矩，相对启动摩擦力矩而言的，而不是指测量方式动态测量。其主要技术特征是采用阻尼装置，以提高稳定性，包括在传感器的传递路径内使用阻尼器和柔性材料以降低冲击，从而使测量结果变化变得平缓。本专利技术的目标和技术特征要点与上述专利是不同的。要实现滚动轴承摩擦力矩动态测量，必须分析测量系统的动态特性，理清改善动态特性的技术关键点。一般受测滚动轴承具有内圈和外圈(对于推力轴承有轴圈和座圈)， 在测量摩擦力矩时，其中之一套圈由驱动装置驱动旋转的称为主动圈，另一个套圈连接到测量力矩或力的传感器或仪表(以下统称为力矩测量单元，它包括传感器或仪表本身和必要的连接件在内)的套圈称为受测圈。图4是包含受测圈、力矩测量单元在内的一测量系统模型。系统内有质量元件即受测圈，有弹性元件即力矩测量单元，这些就构成一个振动系统，它的动力学方程式为J^- + K^ = M(t)(1)上式中，J为受测圈的转动惯量，夂P为力矩测量单元扭转刚度，在力矩测量单元的线性工作区域，下式用于标定力矩测量单元的扭转刚度 =^ ⑵式中Mc为测量摩擦力矩，也是力矩测量单元的输出，识为受测圈的角位移，在线性工作区4可从下式推算Mc门、^ = TTl⑶K<p于是从⑴式可得到实际摩擦力矩M与测量摩擦力矩Mc的关系M = Mc+J^ (4)dt2振动系统的固有频率《 为J￥)/5/ \Λ二sωJ根据振动理论，只有当输入物理量的频率与固有频率之比ω/ωη<< 1或趋近于零时，输出Mc在幅度与相位上才接近于输入Μ。因此提高系统的固有频率是提高测量系统动态性能的关键。有两个途径可以提高固有频率一是提高力矩测量单元的刚度夂，；二是减少系统内的元件的质量，其中受测圈的质量是无法改变的，但如果用负荷块对受测圈加载，且负荷块与受测圈一起运动，这就等于增加的受测圈的质量，从而降低了系统的固有频率。本分析模型已忽略了力矩测量单元的质量，但如果力矩测量单元包含质量较重的元件， 则也会降低系统的固有频率。实际上动态摩擦力矩是一频率范围很广的曲线，不同频率成分经过测量系统传递5得到响应是不同的，远小于固有频率的成分会得到较好的反映，固有频率附近的成分可能会得到放大(共振)，这取决于系统的阻尼的大小，远大于固有频率的成分将被衰减。为防止激烈共振的发生，可以对受测圈施加一定的阻尼(如图4中阻尼器9)，注意所加的阻尼应与传感器和连接件是并列的，不应串联接入传感器和连接件链中。实际上，在摩擦力矩内已存在与运动速度相关的阻尼成分，它也有一定的抑制共振的作用。在设计摩擦力矩动态测量仪时应考虑频率响应范围要求，对于上述振动系统，该频率响应范围下极限可以为0无问题，关键是上极限COsjx，它也是与系统的固有频率0^相关的，可以用关系式表示= kfX ωη。在设计摩擦力矩动态测量仪时为满足频率响应范围要求，则应，其中系数kf与定义频率响应范围的衰减系数和系统阻尼有关，衰减系数一般取0. 707，当忽略阻尼时，kf取1. 55 (最大值)，随着阻尼增加，kf值减小。因轴承两套圈之间的相对角位移θ = θι_ ,式中Q1为主动圈的角位移，可按式(3)推出，故只要测出主动圈的角位移Q1，就可通过本式修正为轴承两套圈之间的相对角位移θ。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种滚动轴承摩擦力矩动态跟踪测量仪，以解决现有滚动轴承摩擦力矩测量仪不能直接动态精确测取被测轴承测量摩擦力矩和套圈角位移之间的对应关系，进而精确得出实际摩擦力矩与套圈相对角位移的关系的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种滚动轴承摩擦力矩动态跟踪测量仪，包括机体及驱动部分、计算机数据采集、 处理、控制和操作部分，所述计算机数据采集、处理、控制和操作部分包括摩擦力矩采集系统、角位移采集系统、计算机及输出设备和操作设备，所述驱动部分安装在所述机体上，用于驱动被测轴承主动圈转动，所述摩擦力矩采集系统与所述机体和计算机连接，用于采集被测轴承测量摩擦力矩Mc，所述摩擦力矩采集系统的固有频率ωη满足 sjx/kf，式中 "sJx为滚动轴承摩擦力矩动态跟踪测量仪的设计频率响应范围上极限，kf为与频率响应范围定义的衰减系数和系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周春茂，
申请(专利权)人：江苏帝达贝轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：
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