一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台

1.本发明属于轴承试验技术领域，具体涉及一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台。


背景技术：

2.目前，随着医疗器械、汽车、航天和军事的发展，精密制造领域提出了越来越高的轴承性能上的要求。而一个运行可靠，反应灵活，动作迅速的机械必然依赖于摩擦转矩小且工作时波动稳定的轴承。所以在轴承或类轴承结构投入生产前的测试与优化过程中，对轴承在不同载荷作用下产生的摩擦转矩的检测越来越重要。但是现有的滚动轴承摩擦转矩测量试验台均只能施加轴向载荷或径向载荷中的一类，例如发明名称一种载荷方向可变的滑动轴承试验台(申请号：202022310507.0，申请日：2020.10.16)的发明专利公开了一种滑动轴承试验台，该实验台无法在同时施加上述两种载荷的情况下测出轴承的摩擦转矩，与实际工作情况不符。有些轴承试验台可以同时施加轴向载荷与径向载荷，但无法在实验中对载荷进行调整，即只能静态测量，例如发明名称动车组传动系轴箱轴承径向与轴向静态加载试验台(申请号：201310275157.0，申请日：2013.07.02)，该实验台只能在实验开始前施加上固定的轴向与径向载荷，开始实验后载荷大小无法动态改变，在测试时无法准确地模拟轴承工况，影响检测效率与预测摩擦转矩精度。
3.因此，现有试验台无法测量成对滚动轴承，无法同时施加径向载荷与轴向载荷，且施加径向载荷在实验过程中无法动态调整；现有实验台无法直接测量轴承内部摩擦力，会受到轴系影响。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台，能够模拟成对滚动轴承在同时承受轴向载荷与径向载荷的工况下内部产生摩擦力的情况，实现对其整体摩擦转矩的高精度测量。
5.本发明是通过下述技术方案实现的：
6.一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台，包括：机架、传动装置、测量装置及加载装置；
7.所述机架支撑在水平面上；
8.所述传动装置和支撑装置并列固定在所述机架上，传动装置上设有主轴，传动装置用于提供转矩与动力，并通过主轴传输出去；
9.所述测量装置包括：测试轴承对、测试轴承座及测试轴承盖；测试轴承对套装在主轴上，测试轴承座套装在测试轴承对外部，其中，测试轴承对的内圈与主轴固定，测试轴承对的外圈与测试轴承座固定；测试轴承盖安装在测试轴承座端面，并对测试轴承对进行轴向压紧，对测试轴承对提高轴向载荷；
10.所述加载装置安装在测量装置的下方，用于给测试轴承对提供径向载荷。
11.进一步的，所述加载装置的数量为两个；每个加载装置均包括：升降平台、压力传感器、钢丝绳、拉力传感器、加载砝码及砝码托盘；
12.所述测试轴承座的外圆周面上设有两个对称的翅板，作为悬臂展开板，每个所述悬臂展开板的末端均加工有安装孔；
13.每个加载装置的钢丝绳的一端与悬臂展开板的一个安装孔连接，另一端为垂直向下的自由端，自由端从上至下依次设置有拉力传感器和砝码托盘，即所述拉力传感器安装于钢丝绳的自由端；所述砝码托盘通过挂钩悬挂于拉力传感器下方，所述加载砝码放置于砝码托盘上，为测试轴承对提供径向载荷；
14.所述升降平台支撑在水平面上，升降平台的上表面安装有压力传感器，且压力传感器位于砝码托盘的正下方，并与砝码托盘接触，升降平台通过压力传感器给砝码托盘提供支撑力；在通过加载砝码无法精确调整给测试轴承对提供的径向载荷时，通过调节升降平台的高度，来调节升降平台给加载砝码的支撑力，进而调节给测试轴承对提供的径向载荷；
15.其中，所述拉力传感器用于测量所施加径向载荷；所述压力传感器用于测量摩擦转矩等效力；两个加载装置分别通过各自的钢丝绳与测试轴承座的两个悬臂展开板连接，且两个加载装置的加载砝码的重量及升降平台的高度完全相同。
16.进一步的，所述测量装置还包括：锥套和圆螺母；
17.所述测试轴承对包括：第一测试轴承和第二测试轴承；
18.所述主轴的端部加工有外螺纹，主轴上加工有圆台面，且该圆台面紧邻所述外螺纹；
19.所述锥套同轴套装在主轴上，且锥套的内圈圆锥面与主轴的圆台面配合；所述圆螺母安装在主轴的外螺纹所在端；圆螺母用于对锥套进行轴向限位；
20.所述锥套的外圆周面上设有轴肩b；所述第一测试轴承和第二测试轴承均套装在所述锥套上，并分别位于锥套的轴肩b两侧，第一测试轴承和第二测试轴承的内圈与所述锥套过盈配合；
21.测试轴承座同轴套装在第一测试轴承和第二测试轴承外部，并与第一测试轴承和第二测试轴承的外圈过盈配合；其中，测试轴承座一端的内圆周面设有环形限位凸台，测试轴承盖固定在测试轴承座另一端的端面，且测试轴承盖与所述圆螺母所在位置相对，且测试轴承盖和测试轴承座之间安装有垫片，用于调整测试轴承对的游隙，从而控制轴向载荷的大小；
22.其中，所述第一测试轴承的内圈内侧抵触在锥套上的轴肩b的一端面上，第一测试轴承的外圈外侧抵触在测试轴承座上的环形限位凸台上，所述轴肩b和环形限位凸台实现对第一测试轴承的轴向限位；所述第二测试轴承的内圈内侧抵触在锥套上的轴肩b的另一端面上，第二测试轴承的外圈外侧抵触在测试轴承盖上，所述轴肩b和测试轴承盖实现对第二测试轴承的轴向限位。
23.进一步的，所述测量装置还包括止动垫片；
24.所述止动垫片安装在主轴的外螺纹所在端，并位于圆螺母与锥套之间；止动垫片用于圆螺母的周向定位。
25.进一步的，所述传动装置还包括：伺服电机和电机支架；
26.所述伺服电机通过电机支架固定在机架上；
27.所述主轴的端部加工有轮毂键槽，主轴通过轮毂键与伺服电机的输出轴同轴连接，用于传递扭矩。
28.进一步的，所述试验台还包括支撑装置；所述支撑装置用于对所述主轴进行支撑。
29.进一步的，所述支撑装置包括：轴承座、第一支撑轴承、第二支撑轴承、第一轴承盖及第二轴承盖；
30.所述轴承座固定在机架上；
31.所述第一支撑轴承和第二支撑轴承分别安装在轴承座内腔的两端；所述第一轴承盖和第二轴承盖分别固定在轴承座外部的两端；且第一轴承盖用于对第一支撑轴承进行轴向限位，第二轴承盖用于对第二支撑轴承进行轴向限位；
32.所述主轴依次穿过第一轴承盖、第一支撑轴承、第二支撑轴承及第二轴承盖后，伸出于所述轴承座；所述主轴的中部加工有轴肩a；
33.所述主轴与第一支撑轴承和第二支撑轴承的内圈过盈配合；第一支撑轴承和第二支撑轴承面对面对称安装；所述第一支撑轴承和第二支撑轴承的内侧分别抵触在主轴的轴肩a的两端面上，第一支撑轴承和第二支撑轴承的外侧分别抵触在第一轴承盖和第二轴承盖上；所述轴肩a的两端面及第一轴承盖和第二轴承盖实现对第一支撑轴承和第二支撑轴承的轴向定位。
34.进一步的，所述第一轴承盖和第二轴承盖的端面均设有用于存放垫片的垫片槽，第一轴承盖和第二轴承盖与轴承座的连接处设有垫片。
35.进一步的，所述第一轴承盖和第二轴承盖的中心孔的圆周面上加工有与该中心孔同轴的环形毡圈槽，所述环形毡圈槽内安装有毡圈，当主轴穿过第一轴承盖、和第二轴承盖的中心孔时，所述主轴的外圆周面与所述毡圈的内圆周面紧密贴合，毡圈起到密封作用。
36.进一步的，所述轴承座的底部，即与机架连接处加工为空心结构。
37.有益效果：
38.(1)由于在实际机械结构中，轴承通常成对出现，本发明的结构能够实现对成对的滚动轴承摩擦转矩的测量，使得本发明的结构更贴近实际结构；且本发明能够在同时施加径向载荷与轴向载荷的状态下实现对被测试轴承对(即第一测试轴承和第二测试轴承)摩擦转矩的测量，并允许在测量过程中动态调整径向载荷的大小，允许在试验前调整轴向载荷与径向载荷大小，此设计扩大了被测试轴承对的试验工况范围，更好地模拟了现实工况。
39.(2)本发明通过加载砝码重力施加径向载荷的结构与通过垫片调整游隙施加轴向载荷的结构能够实现测量时屏蔽轴系干扰，试验台测量所得摩擦转矩仅依赖于轴承的内部结构，与所处轴系无关，即该试验台仅测量被测试轴承的内部摩擦转矩，不受外界因素影响，具体为：本发明的加载装置与测量装置通过锥套安装于主轴的圆台面上，加载装置通过钢丝绳悬挂于测试轴承座两端，另一端系有拉力传感器，试验台工作时轴系产生的摩擦力不经过钢丝绳，即压力传感器测得的摩擦力仅与被测试轴承有关，排除了其他干扰。
40.(3)本发明的拉力传感器之下通过挂钩挂有砝码托盘，所述砝码托盘之上放置有加载砝码，所述加载砝码产生的重力通过钢丝绳传递至测试轴承座，从而将等效的径向力施加于第一测试轴承与第二测试轴承，这种加载方式能够实现径向载荷与轴向载荷同时施加，且互不影响，所述拉力传感器用于测量施加径向载荷的大小，所述加载砝码为开口砝
码，允许在试验台工作时增减加载砝码，从而实现径向载荷动态大幅变化。所述砝码托盘下设有压力传感器与升降平台，两零件固接，允许在试验台在工作时调整升降平台高度，从而实现径向载荷动态微量调整。
41.(4)本发明的测试轴承盖与测试轴承座装配完成后从两端挤压第一测试轴承与第二测试轴承，从而产生轴向载荷，所述测试轴承盖与测试轴承座之间安装垫片，通过更改垫片数量与片数调整轴向载荷大小，可实现轴向载荷变量设置，所述锥套与主轴通过锥面配合，对于每对需要测量的被测试轴承对(即第一测试轴承与第二测试轴承)配有相应的锥套，更换被测试轴承对时直接拆卸锥套，不涉及轴承装拆，实现被测试轴承对的便捷拆装，增加了试验台测试时的灵活性。
附图说明
42.图1为本发明的结构组成图；
43.图2为本发明的外形图；
44.图3为传动装置、支撑装置及测量装置的装配示意图；
45.图4为测量装置的示意图；
46.图5为第一轴承盖和第二轴承盖的示意图；
47.图6为测试轴承座的示意图；
48.图7为主轴的结构图；
49.其中，1-机架，21-传动装置，22-支撑装置，23-测量装置，24-加载装置；211-伺服电机，212-电机支架，213-主轴，2131-轮毂键槽，2132-轴肩a，2133-圆台面，2134-外螺纹，214-圆螺母，215-止动垫片，221-轴承座，222-第一支撑轴承，223-第二支撑轴承，224-第一轴承盖，2241-毡圈槽，2242-毡圈，225-第二轴承盖，231-第一测试轴承，232-第二测试轴承，233-测试轴承座，2331-悬臂展开板，234-升降平台，235-压力传感器，236-锥套，2361-内圈圆锥面，2362-轴肩b，241-钢丝绳，242-拉力传感器，243-加载砝码，244-砝码托盘，245-测试轴承盖。
具体实施方式
50.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
51.本实施例提供了一种成对滚动轴承摩擦转矩测量试验台，参见附图1-2，包括：机架1和试验台主体；
52.所述试验台主体包括：传动装置21、支撑装置22、测量装置23及加载装置24；
53.所述机架1支撑在水平面上；所述传动装置21和支撑装置22并列固定在所述机架1上，传动装置21上的主轴213穿过支撑装置22后，与测量装置23连接；加载装置24与测量装置23连接，并位于测量装置23的正下方；
54.参见附图3，所述传动装置21包括：伺服电机211、电机支架212及主轴213；
55.所述电机支架212通过螺栓固定在机架1上，所述伺服电机211通过电机支架212固定在机架1上，电机支架212安装于伺服电机211的外侧，用于固定伺服电机211，伺服电机211作为传动装置21唯一动力元件，用于提供转矩与动力；
56.参见附图7，所述主轴213的一端加工有轮毂键槽2131，主轴213通过轮毂键与伺服
电机211的输出轴同轴连接，用于传递扭矩；所述主轴213的中部加工有轴肩a2132，主轴213的另一端加工有外螺纹2134，主轴213的外螺纹和轴肩a2132之间的加工有圆台面2133，且该圆台面2133紧邻所述外螺纹2134，并与所述轴肩留有间隔；所述主轴213位于整个试验台的中心位置，起到连接各部分(即传动装置21、支撑装置22、测量装置23)并传递转矩的作用；
57.参见附图3，所述支撑装置22包括：轴承座221、第一支撑轴承222、第二支撑轴承223、第一轴承盖224及第二轴承盖225；
58.所述轴承座221通过螺栓固定在机架1上；
59.所述第一支撑轴承222和第二支撑轴承223分别安装在轴承座221内腔的两端；所述第一轴承盖224和第二轴承盖225分别通过螺钉固定在轴承座221外部的两端；且第一轴承盖224用于对第一支撑轴承222进行轴向限位，第二轴承盖225用于对第二支撑轴承223进行轴向限位；
60.所述主轴213的另一端依次穿过第一轴承盖224、第一支撑轴承222、第二支撑轴承223及第二轴承盖225后，伸出于所述轴承座211；
61.所述主轴213与第一支撑轴承222和第二支撑轴承223的内圈过盈配合；第一支撑轴承222和第二支撑轴承223面对面对称安装；所述第一支撑轴承222和第二支撑轴承223的内侧分别抵触在主轴213的轴肩a2132的两端面上，第一支撑轴承222和第二支撑轴承223的外侧分别抵触在第一轴承盖224和第二轴承盖225上；所述轴肩a2132的两端面及第一轴承盖224和第二轴承盖225实现对第一支撑轴承222和第二支撑轴承223的轴向定位；
62.其中，参见附图5，所述第一轴承盖224和第二轴承盖225的端面均设有用于存放垫片的垫片槽，第一轴承盖224和第二轴承盖225与轴承座211的连接处设有成组垫片，用于调节第一支撑轴承222和第二支撑轴承223的轴向游隙；
63.所述第一轴承盖224和第二轴承盖225的中心孔的圆周面上加工有与该中心孔同轴的环形毡圈槽2241，所述环形毡圈槽2241内安装有毡圈2242，当主轴213穿过第一轴承盖224、和第二轴承盖225的中心孔时，所述主轴213的外圆周面与所述毡圈2242的内圆周面紧密贴合，毡圈2242起到密封作用；
64.所述轴承座211作为整个试验台的主要支撑件，为了减少轴承座211的重量，减少制造成本，同时便于试验台的安装，在不影响强度与刚度的情况下将轴承座211的底部，即与机架1连接处加工为空心结构2211；
65.参见附图4，所述测量装置23包括：第一测试轴承231、第二测试轴承232、测试轴承座233、测试轴承盖245、锥套236、圆螺母214及止动垫片215；
66.所述锥套236同轴套装在主轴213上，且锥套236的内圈圆锥面2361与主轴213的圆台面2133配合；所述圆螺母214和止动垫片215均安装在主轴213的外螺纹2134所在端，止动垫片215位于圆螺母214与锥套236之间；圆螺母214用于对锥套236进行轴向限位；止动垫片215用于防止圆螺母214在工作过程中转动，实现圆螺母214的周向定位；所述锥套236的外圆周面上设有轴肩b2362；所述锥套236起到支撑第一测试轴承231和第二测试轴承232的作用；
67.所述第一测试轴承231和第二测试轴承232均套装在所述锥套236上，并分别位于锥套236的轴肩b2362两侧，第一测试轴承231和第二测试轴承232的内圈与所述锥套236过
盈配合；测试轴承座233同轴套装在第一测试轴承231和第二测试轴承232外部，并与第一测试轴承231和第二测试轴承232的外圈过盈配合；其中，测试轴承座233一端的内圆周面设有环形限位凸台，测试轴承座233的另一端安装有测试轴承盖245，即测试轴承盖245通过螺钉固定在测试轴承座233的端面，且测试轴承盖245与所述圆螺母214所在位置相对，且测试轴承盖245和测试轴承座233之间安装有垫片，用于调整一对测试轴承(即第一测试轴承231和第二测试轴承232)的游隙，从而控制轴向载荷的大小；
68.其中，所述第一测试轴承231的内圈内侧抵触在锥套236上的轴肩b2362的一端面上，第一测试轴承231的外圈外侧抵触在测试轴承座233上的环形限位凸台上，所述轴肩b2362和环形限位凸台实现对第一测试轴承231的轴向限位；所述第二测试轴承232的内圈内侧抵触在锥套236上的轴肩b2362的另一端面上，第二测试轴承232的外圈外侧抵触在测试轴承盖245上，所述轴肩b2362和测试轴承盖245实现对第二测试轴承232的轴向限位；
69.其中，参见附图6，所述测试轴承座233的外圆周面上设有两个对称的翅板2331，作为悬臂展开板2331，每个所述悬臂展开板2331的末端均加工有与加载装置连接的安装孔；
70.所述加载装置的数量为两个，两个加载装置完全相同，每个加载装置均包括：升降平台234、压力传感器235、钢丝绳241、拉力传感器242、加载砝码243及砝码托盘244；
71.所述钢丝绳241的一端与悬臂展开板2331的安装孔连接，另一端为垂直向下的自由端，自由端从上至下依次设置有拉力传感器242和砝码托盘244，即所述拉力传感器242安装于钢丝绳241的自由端，起到测量所施加径向载荷的作用；所述砝码托盘244通过挂钩悬挂于拉力传感器242下方，所述加载砝码243放置于砝码托盘244上，为第一测试轴承231和第二测试轴承232提供径向载荷；所述加载砝码243的重量可在有限范围内调整；
72.所述升降平台234支撑在水平面上，升降平台234的上表面通过螺栓安装有压力传感器235，且压力传感器235位于砝码托盘244的正下方，并与砝码托盘244接触，升降平台234通过压力传感器235给砝码托盘244提供支撑力，压力传感器235起到测量摩擦转矩等效力的作用；在通过加载砝码243无法精确调整给第一测试轴承231和第二测试轴承232提供的径向载荷时，通过调节升降平台234的高度，来调节升降平台234给加载砝码243的支撑力，进而调节给第一测试轴承231和第二测试轴承232提供的径向载荷；
73.其中，所述拉力传感器242采用大量程拉力传感器，压力传感器235采用高精度压力传感器，所述加载砝码243为开口砝码；两个加载装置分别通过各自的钢丝绳241与测试轴承座233的两个悬臂展开板2331连接，且两个加载装置的加载砝码243的重量及升降平台234的高度完全相同。
74.工作原理：所述试验台的设计目标为测得第一测试轴承231和第二测试轴承232在轴向载荷与径向载荷作用下的摩擦转矩之和。
75.给第一测试轴承231和第二测试轴承232施加径向载荷过程如下：通过加载砝码243产生重力并施加给砝码托盘244，由于拉力传感器242的两端分别与砝码托盘244与及钢丝绳241相接，因此拉力传感器上所示力值即为钢丝绳241上的拉力值，即施加在测试轴承座233上的方向向下的拉力大小，该拉力传递至第一测试轴承231和第二测试轴承232，即为径向载荷；其中，调整砝码托盘244上加载砝码243的个数和大小即可调整径向载荷，若调整砝码托盘244，无法达到所需的径向载荷时，由于加载砝码243所产生的重力有一部分转递至压力传感器235，从而施加给升降平台234，此时，调整升降平台234的高度即可调整此部
分的压力，从而实现无极调整径向载荷大小。
76.给第一测试轴承231和第二测试轴承232施加轴向载荷过程如下：由于所述测试轴承座233与测试轴承盖245之间设置有垫片，因此，通过调节所述垫片的数量和厚度，可以调节第一测试轴承231和第二测试轴承232之间的游隙，进而调节轴向载荷的大小，具体为：减少安装好的垫片的片数或厚度，会导致第一测试轴承231和第二测试轴承232之间的游隙减小，从而使得测试轴承座233和测试轴承盖245产生向内的挤压力，该挤压力分别通过第一测试轴承231和第二测试轴承232传递至锥套236的轴肩b2362上，从而实现轴向载荷的施加，减少的垫片越厚，所施加的轴向载荷越大。
77.测量第一测试轴承231和第二测试轴承232在轴向载荷与径向载荷作用下的摩擦转矩之和的过程如下：在上述已经施加完径向载荷和轴向载荷的状态下，启动伺服电机211，伺服电机211产生的转矩通过主轴213传递至锥套236，使得第一测试轴承231和第二测试轴承232的内圈按照给定转速旋转；如无周向外力施加给第一测试轴承231和第二测试轴承232的外圈，则在第一测试轴承231和第二测试轴承232的内部摩擦转矩的作用下，外圈会以同样的转速与内圈同方向旋转；但第一测试轴承231和第二测试轴承232的外圈与测试轴承座233相固接，测试轴承座233的外圆周面的两个悬臂展开板2331分别与加载装置连接，此时测试轴承座233会保持固定不动；因此，测试轴承座233会施加给第一测试轴承231和第二测试轴承232一个阻碍其外圈运动的力矩，根据牛顿第二定律，该力矩的大小等同于第一测试轴承231和第二测试轴承232内部的摩擦转矩；且所述力矩通过测试轴承座233的悬臂展开板2331转化为力的大小，并被压力传感器235所捕捉，即第一测试轴承231和第二测试轴承232内部的摩擦转矩大小与压力传感器235示数的变化量成正比关系，实验数据经过处理即可得到所测摩擦转矩的大小，其中，试验台工作时第一测试轴承231和第二测试轴承232同时同速转动，两个所述压力传感器235测得的压力变化量为第一测试轴承231和第二测试轴承232同时产生。
78.综上所述、以上仅为本发明的较佳实施例而已、并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内、所作的任何修改、等同替换、改进等、均应包含在本发明的保护范围之内。