专利名称：汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，主要适用于汽车轮毂轴承单元和深沟球轴承摩擦力矩的测试和评价。
背景技术：
汽车轮毂轴承单元是汽车中关键零部件之一，其用在汽车的一个重要使用部位，是车轮定位的重要构件。现在国际上已经发展到第五代产品，即HUB、SPINDLE、ABS传感器与轴承成为一体，而我国目前尚处于第三代产品的研发阶段。汽车轮毂轴承单元除承受垂直于路面的载荷外，还要承受转弯力、制动冲击力、驱动力等，除汽车本身的重量是一定的外，其它的力的大小是随机的，汽车轮毂轴承单元的转速也是随机的。国外要求轮毂轴承单元的寿命为十年或16万公里，而国内的轮毂轴承寿命不到其一半。随着汽车性能的不断提升，对汽车轮毂轴承单元的摩擦性能要求也越来越高。国内的汽车轮毂轴承单元生产企业也已开始重视摩擦力矩这一性能指标，但是目前只有国外少数几个轴承强国对汽车轮毂轴承单元的摩擦力矩有所研究和相关的试验设备，但实验设备的价格极其昂贵。在国内，目前还没有使用该类试验设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是充分借鉴国外相关研究成果和试验技术，克服现有国内技术中存在的不足，而提供一种精度和稳定性好、成本低、智能化程度高、使用方便快捷的汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机及其试验方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，包括机身、加载系统、传动系统、测试部件、电气控制系统，测试部件安装在机身平台上，测试部件与传动系统、加载系统、电气控制系统连接，电气控制系统与传动系统、加载系统连接，其特征在于被测轴承安装在测试部件的芯轴上，传动系统与芯轴连接，提供试验所需动力，加载系统与被测轴承外圈接触，提供测试所需载荷，电气控制系统控制电气操作和保护，记录试验参数，监控试验的运行情况，分析试验过程和结果并适时进行控制反馈。
本发明加载系统设置有加载伺服电机、蜗杆、蜗轮、丝杠、弹簧、气浮台、称重传感器，加载伺服电机与蜗杆连接，蜗杆、蜗轮匹配连接，蜗轮与丝杠连接，丝杠与弹簧连接，弹簧与气浮台底板连接，气浮台台面和称重传感器连接，加载伺服电机、称重传感器与电气控制系统连接，加载伺服电机驱动蜗杆，蜗杆驱动蜗轮，蜗轮驱动丝杠，丝杠上升推动弹簧压缩，压缩的弹簧推动气浮台底板上升，实现被试轴承的径向加载，在该加载过程中，加载伺服电机为测试轴承提供加载动力和调节加载速度，蜗杆和蜗轮减速系统实现对被试轴承的稳定、均匀加载，气浮台用于减小加载所引起的额外摩擦力，称重传感器测量出测试载荷的大小并反馈到电气控制系统，弹簧用于缓解测试过程中的冲击。
本发明传动系统设置有传动伺服电机、带轮、主轴、主轴座，传动伺服电机与主轴连接，主轴安装在主轴座里，电气控制系统与传动伺服电机连接，传动伺服电机与主轴通过皮带联接并为主轴提供动力，主轴和测试芯轴连接并实现动力的传递，传动伺服电机的速度可调。
本发明测试部件设置有支架、扭矩传感器、连杆、固定板、固定座、芯轴，被试轴承安装在芯轴上，芯轴与传动系统连接，固定座和固定板把被试轴承的外圈部分固定在连杆上，支架将扭矩传感器固定在机身上，连杆将扭矩传感器与被试轴承联结，扭矩传感器与电气控制系统连接，扭矩传感器用于直接测试被试轴承各种状态下的摩擦力矩，消除中间误差。
本发明电气控制系统设置有工业控制计算机，其通过加载伺服电机控制器、传动伺服电机控制器分别与加载伺服电机、传动伺服电机连接，接受和反馈伺服电机的控制指令，实现对包括测试转速、测试载荷、加载速度在内的试验过程参数的控制和调节，工业控制计算机通过测量信号放大器分别与称重传感器、扭矩传感器连接，测量信号放大器将称重传感器、扭矩传感器测得的信号放大后传送到工业控制计算机中进行模数转换，实现对试验过程和结果进行记录、分析和适时反馈控制。
本发明设计合理、结构紧凑、测试精确，可以精确地测试出汽车轮毂轴承单元的启动摩擦力矩、最大摩擦力矩、平均摩擦力矩、摩擦力矩分布均匀性以及摩擦力矩分布稳定性等参数，测试过程智能、准确、直观、快速。
图1为本发明实施例试验机结构示意图。
图2为本发明实施例加载机构结构示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为本发明实施例测试部件结构示意图。
图5为本发明实施例的试验流程简图。
图1～4中1—机身，2—加载系统，3—传动系统，4—测试部件，5—电气控制系统，6—加载伺服电机，7—蜗杆，8—蜗轮，9—丝杠，10—弹簧，11—气浮台，12—称重传感器，13—支架，14—扭矩传感器，15—连杆，16—固定板，17—固定座，18—芯轴，19—被试轴承。
具体实施例方式参见图1，本发明实施例汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，包括试验机机身1、加载系统2、传动系统3、测试部件4、电气控制系统5以及用来保证试验系统在正常情况下充分润滑和降温的润滑系统，测试部件4安装在机身1平台上，测试部件4与传动系统3、加载系统2、控制系统5连接，电气控制系统5与传动系统3、加载系统2连接，被试轴承19安装在测试部件4的芯轴18上，传动系统3与芯轴18连接，提供试验所需动力，加载系统2与被试轴承19外圈接触，提供测试所需载荷，电气控制系统5控制电气操作和保护，记录试验参数，监控试验的运行情况，分析试验过程和结果并适时进行控制反馈。
参见图2，本发明实施例的加载系统2可以包括加载伺服电机6、蜗杆7、蜗轮8、丝杠9、弹簧10、气浮台11、称重传感器12，加载伺服电机6与蜗杆7连接，蜗杆7与蜗轮8匹配连接，蜗轮8与丝杠9连接，丝杠9与弹簧10连接，弹簧10与气浮台11底板连接，气浮台11台面和称重传感器12连接，加载伺服电机6、称重传感器12与电气控制系统5连接，加载伺服电机6驱动蜗杆7，蜗杆7驱动蜗轮8，蜗轮8驱动丝杠9，丝杠9上升推动弹簧10压缩，压缩的弹簧10推动气浮台11底板上升，实现被试轴承19的径向加载，在该加载过程中，加载伺服电机6为测试轴承19提供加载动力和调节加载速度，蜗杆7和蜗轮8减速系统实现对被试轴承19的稳定、均匀加载，气浮台11大大减小加载所引起的额外摩擦力，称重传感器12可以测量出测试载荷的大小并反馈到电气控制系统5，弹簧10用于缓解测试过程中的冲击。当加载伺服电机6反向旋转则实现卸载。
参见图3，测试部件4测试部件设置有支架13、扭矩传感器14、连杆15、固定板16、固定座17、芯轴18等，被试轴承19安装在芯轴18上，芯轴18与传动系统3连接，固定座17和固定板16把被试轴承19的外圈部分固定在连杆15上，支架13将扭矩传感器14固定在试验机机身1上，连杆15将扭矩传感器14与被试轴承19联结，扭矩传感器14与电气控制系统5连接，高精度的扭矩传感器14可以直接测试被试轴承19各种状态下的摩擦力矩，消除了中间误差，使得测试精度大大提高。
本发明电气控制系统5设置有工业控制计算机，其通过加载伺服电机控制器、传动伺服电机控制器分别与加载伺服电机6、传动伺服电机连接，接受和反馈伺服电机的控制指令，实现对包括测试转速、测试载荷、加载速度在内的各种试验过程参数的控制和调节，工业控制计算机通过测量信号放大器分别与称重传感器12、扭矩传感器14连接，测量信号放大器将称重传感器12、扭矩传感器14测得的信号放大后传送到工业控制计算机中进行模数转换，实现对试验过程和结果进行记录、分析和适时反馈控制，这种控制的实现可采用通常的控制技术。
本发明传动系统3设置有传动伺服电机、带轮、主轴、主轴座，传动伺服电机与主轴连接，主轴安装在主轴座里，电气控制系统3与传动伺服电机连接，传动伺服电机与主轴通过皮带联接并为主轴提供动力，主轴和测试芯轴连接并实现动力的传递，传动伺服电机的速度可以调节。
参见图5，本发明实施例的试验方法包括以下步骤准备被试轴承19、进行试部件4的装配和加载系统2、传动系统3的调整，设置被试轴承的总测试时间T、记录间隔ΔT、转速n、载荷F，工业控制计算机检测、存储测试结果(被试轴承17的动态摩擦力矩最大值Mmax、动态摩擦力矩平均值Mav、启动摩擦力矩最大值Mmax’、启动摩擦力矩平均值Mav’)，并对转速n、载荷F进行相应的反馈，从而适时控制加载系统2、传动系统3，试验结束，则依次关闭试验机系统。
本发明可测量的被试轴承的内径范围为φ20～φ60mm；被试轴承转速范围为0～2000r/min；芯轴的同轴度≤20μm；可测量的最大摩擦力矩3000N·mm，测量示值误差为±0.5N·mm，测量示值稳定性为0.5N·mm/4h；可施加的最大径向载荷6kN，加载误差应小于±2％。
准备工作包括试验芯轴18的安装、被试轴承19的安装和固定、加载系统2位置的调整、测试部件4的调整、上电、工业控制计算机的初始化、工业控制计算机的设置、变频器的初始化等操作。先将测试芯轴18装入主轴，将用固定板16和固定座17固定好的被试轴承19装到芯轴18上并用螺钉压紧，使之与芯轴18成为一体，调整加载系统2的位置，使加载中心线与被试轴承19处于同一垂直平面内并使得称重传感器12处在加载中心线上，将连杆15的一端套在固定座17上的销轴上，并将其转到水平位置，将连杆15的另一端顺利滑入扭矩传感器14的接口滑槽，并用螺钉固定。然后接通电源，在工业控制计算机内对其信息栏进行试验日期、被试轴承19型号、被试轴承19编号、检查员姓名等信息的初始化，对被试轴承19的总测试时间t、记录间隔t1、转速n、载荷F等参数进行设置，对变频器进行初始化。
试验开始前，开动气阀使得气浮台11浮起，启动加载系统2对被试轴承19缓慢加载至设定的载荷，启动传动系统3带动被试轴承19以设定转速旋转。试验开始后，工业控制计算机对试验过程进行检测并对试验结果(被试轴承17的动态摩擦力矩最大值Mmax、动态摩擦力矩平均值Mav、启动摩擦力矩最大值Mmax’、启动摩擦力矩平均值Mav’、摩擦力矩的测量曲线)进行检测和存储。
当试验时间t达到预置的总试验时间T时，停止传动系统3，使加载伺服电机6反向旋转，实现对被试轴承19的卸载，关闭气阀，关闭电气控制系统5，取下连杆15，取下被试轴承19、芯轴18，试验结束。
权利要求
1.一种汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，包括机身、加载系统、传动系统、测试部件、电气控制系统，测试部件安装在机身平台上，测试部件与传动系统、加载系统、电气控制系统连接，电气控制系统与传动系统、加载系统连接，其特征在于被测轴承安装在测试部件的芯轴上，传动系统与芯轴连接，提供试验所需动力，加载系统与被测轴承外圈接触，提供测试所需载荷，电气控制系统控制电气操作和保护，记录试验参数，监控试验的运行情况，分析试验过程和结果并适时进行控制反馈。
2.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，其特征在于加载系统设置有加载伺服电机、蜗杆、蜗轮、丝杠、弹簧、气浮台、称重传感器，加载伺服电机与蜗杆连接，蜗杆、蜗轮匹配连接，蜗轮与丝杠连接，丝杠与弹簧连接，弹簧与气浮台底板连接，气浮台台面和称重传感器连接，加载伺服电机、称重传感器与电气控制系统连接，加载伺服电机驱动蜗杆，蜗杆驱动蜗轮，蜗轮驱动丝杠，丝杠上升推动弹簧压缩，压缩的弹簧推动气浮台底板上升，实现被试轴承的径向加载，在该加载过程中，加载伺服电机为测试轴承提供加载动力和调节加载速度，蜗杆和蜗轮减速系统实现对被试轴承的稳定、均匀加载，气浮台用于减小加载所引起的额外摩擦力，称重传感器测量出测试载荷的大小并反馈到电气控制系统，弹簧用于缓解测试过程中的冲击。
3.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，其特征在于传动系统设置有传动伺服电机、带轮、主轴、主轴座，传动伺服电机与主轴连接，主轴安装在主轴座里，电气控制系统与传动伺服电机连接，传动伺服电机与主轴通过皮带联接并为主轴提供动力，主轴和测试芯轴连接并实现动力的传递，传动伺服电机的速度可调。
4.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，其特征在于测试部件设置有支架、扭矩传感器、连杆、固定板、固定座、芯轴，被试轴承安装在芯轴上，芯轴与传动系统连接，固定座和固定板把被试轴承的外圈部分固定在连杆上，支架将扭矩传感器固定在机身上，连杆将扭矩传感器与被试轴承联结，扭矩传感器与电气控制系统连接，扭矩传感器用于直接测试被试轴承各种状态下的摩擦力矩，消除中间误差。
5.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机，其特征在于电气控制系统设置有工业控制计算机，其通过加载伺服电机控制器、传动伺服电机控制器分别与加载伺服电机、传动伺服电机连接，接受和反馈伺服电机的控制指令，实现对包括测试转速、测试载荷、加载速度在内的试验过程参数的控制和调节，工业控制计算机通过测量信号放大器分别与称重传感器、扭矩传感器连接，测量信号放大器将称重传感器、扭矩传感器测得的信号放大后传送到工业控制计算机中进行模数转换，实现对试验过程和结果进行记录、分析和适时反馈控制。
全文摘要
本发明涉及一种汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机。该汽车轮毂轴承单元摩擦力矩试验机包括机身、加载系统、传动系统、测试部件、电气控制系统，测试部件安装在机身平台上，测试部件与传动系统、加载系统、电气控制系统连接，电气控制系统与传动系统、加载系统连接，被测轴承安装在测试部件的芯轴上，传动系统与芯轴连接，提供试验所需动力，加载系统与被测轴承外圈接触，提供测试所需载荷，电气控制系统控制电气操作和保护，记录试验参数，监控试验的运行情况，分析试验过程和结果并适时进行控制反馈。本发明设计合理、结构紧凑，测试过程智能、准确、直观、快速。
文档编号G01L5/00GK101034025SQ200610053940
公开日2007年9月12日 申请日期2006年10月24日 优先权日2006年10月24日
发明者李兴林, 张燕辽, 李俊卿, 王兆盛, 曹茂来, 张仰平 申请人:杭州轴承试验研究中心有限公司