[发明专利]一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种复合载荷下轴承摩擦力矩测试装置和方法，属于轴承测试技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。