专利名称：一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法及测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于轴承摩擦力矩测量技术领域，特别涉及到一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法及测量仪。
背景技术：
轴承启动摩擦性能是轴承动态性能质量的重要技术指标之一，是影响轴承寿命及影响主机系统可靠性和精确性的重要因素，尤其在航天、航空、航海等高尖端技术使用的轴承，工作在常启动条件下，其摩擦力矩大小和波动值直接影响到系统工作的寿命、稳定性和可靠性，因此对启动摩擦力矩有极严格的要求。国外对轴承启动摩擦研究比较重视，而国内对轴承启动摩擦力矩没有技术要求，在这方面还存在着不小的差距。近几年随着国内市场与国际市场的广泛合作，一些用于电机、汽车转盘、家用电器、医学器具的轴承，对启动摩擦力矩技术指标提出了严格要求。
目前，国内轴承生产厂家对轴承启动摩擦力矩测量，大部分是根据理论计算或者采用悬挂砝码的简易测量方法，造成估算和测量的误差值较大，尤其是一些主机厂家要求提供轴承启动摩擦的准确技术参数，现有的设备无法满足对中小型轴承启动摩擦力矩的检测分析和性能试验的要求，无法定量检测和控制轴承的摩擦性能，所以国内急需要解决测量轴承启动摩擦力矩的仪器。
发明内容
为解决现有技术的不足之处，本发明提供了一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法及测量仪，利用该测量方法及测量仪，解决了非接触式轴承启动摩擦力矩测量难题，为分析轴承摩擦性能的影响因素提供可靠的检测分析数据，依此改进轴承设计参数、改进加工工艺和润滑等加大轴承摩擦力矩的影响因素，从而提高轴承内在质量。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案 所述的非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法，该测量方法依据能量转换法测量原理，由特制的力矩发生器产生感应电磁力矩作为驱动力矩，与光电传感器组成闭环系统来自动监控轴承启动运转状态；其次应用空气轴承支承，实现非接触式自动测量轴承启动摩擦力矩值；最后在测量时，被测轴承安装在空气主轴上，驱动盘与空气主轴联接，并置于力矩发生器中，给被测轴承施加轴向载荷后，用计算机自动控制电气系统逐步施加输入功率于力矩发生器，当感应电磁力矩的大小通过驱动盘驱动空气主轴旋转时，由驱动盘所配装的光电传感器监控被测轴承从静态到启动运转状态，并给出信号，计算机自动控制停止施加输入功率，并纪录当前功率值，依次形成一个闭环的测量系统，而所纪录的功率值即为被测轴承的启动摩擦力矩值。
所述的非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪，其测量仪主要由加载汽缸、力传感器、加载套、空气主轴、空气轴承、力矩发生器、驱动盘、光电传感器、电气系统组成，其中被测轴承安装在空气主轴上，加载套下端面压在被测轴承的外圈，上端与力传感器联接，力传感器套接在加载汽缸的汽缸头上，施加轴向载荷的大小由力传感器控制；空气主轴安装于空气轴承内，组成支承轴系，空气主轴的下方联接固定驱动盘，驱动盘的两端各自安装力矩发生器和光电传感器。
所述的非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪，其电气系统包含对加载汽缸的指令控制、力矩发生器的控制、光电传感器的信号处理和控制，这其中 1)加载汽缸的指令控制由计算机给出，经I/O输出，控制加载汽缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，控制加载汽缸完成卸载动作； 2)力矩发生器的控制是对力矩发生器的两路线圈输入电压和电流大小的控制，在设定输入电压为定值，则感应电磁力矩大小在力矩发生器中只与输入的电流大小与有严格的函数关系，再通过D/A转换，前置电路精确控制电流输入精度，逐级施加电流于力矩发生器，直至产生的感应电磁力矩驱动驱动盘、空气主轴、被测轴承转动； 3)光电传感器信号处理和控制是被测轴承从静态到启动运转状态后，光电传感器输出光电信号，进行放大、滤波等信号处理，I/O输入计算机，进行控制停止施加输入功率并纪录，依次与力矩发生器形成闭环回路。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性 1)、解决了非接触式测量轴承启动摩擦力矩的难题； 2)、实现自动监控轴承启动运转状态，完成自动测量功能，有效的解决了瞬态测量的难点； 3)、通过定量测量轴承启动摩擦力矩值，满足对轴承启动摩擦性能检测分析和性能试验的需求，也可为减摩研究提供依据，依次提高轴承的摩擦性能，提高主机系统的可靠性和精确性，这将对国内轴承工业的发展起到积极的促进作用。
图1是非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪结构示意图； 图2是非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪电气控制原理图。
在图1中1-加载汽缸；2-力传感器；3-加载套；4-被测轴承；5-空气主轴；6-空气轴承；7-力矩发生器；8-驱动盘；9-光电传感器。
具体实施例方式 如图1所示本发明的测量方法首先依据能量转换法测量原理，用特制的力矩发生器(7)产生感应电磁力矩作为驱动力矩，与光电传感器(9)组成闭环系统来自动监控轴承启动运转状态；其次应用空气轴承(6)支承，实现非接触式自动测量轴承启动摩擦力矩值；最后在测量时，被测轴承(4)安装在空气主轴(6)上，驱动盘与空气主轴联接，并置于力矩发生器(7)中，给被测轴承(4)施加轴向载荷后，由计算机自动控制电气系统逐步施加输入功率于力矩发生器(7)，当感应电磁力矩的大小通过驱动盘(8)驱动空气主轴(6)旋转时，由驱动盘(8)所配装的光电传感器(9)监控被测轴承(4)从静态到启动运转状态，并给出信号，计算机自动控制停止施加输入功率，并纪录当前功率值，依次形成一个闭环的测量系统，而所纪录的功率值即为被测轴承的启动摩擦力矩值。
其中被测轴承(4)安装在空气主轴(6)上，加载套(3)下端面压在被测轴承(4)的外圈，上端与力传感器(2)联接，力传感器(2)套接在加载汽缸(1)的汽缸头上，施加轴向载荷的大小由力传感器(2)控制；空气主轴(6)安装于空气轴承(6)内，组成支承轴系，空气主轴(6)的下方联接固定驱动盘(8)，驱动盘(8)的两端各自安装力矩发生器(7)和光电传感器(9)，而它们之间的相互控制由电气系统完成。
为清楚说明本发明各部件相互之间的关系，分述如下 驱动系统是实现能量转换的装置，主要由力矩发生器(7)和驱动盘(8)组成。力矩发生器(7)由两个电磁体构成，驱动盘(8)置于两个电磁体的间隙中，当电流元件和电压元件工作时，电磁体的工作磁通穿过驱动盘(8)产生涡流，由于驱动盘(8)上的涡流和交变磁通的相互作用而产生驱动力矩。特制的力矩发生器(7)已作为另一发明申请专利。
光电传感器(9)用于监控被测轴承(4)的启动状态，也是组成闭环测量系统反馈回路的组成部分，由光电传感器(9)和驱动盘(8)组成。光电传感器(9)有光源和光敏元件，驱动盘(8)有编码齿，因此又称为编码盘，当力矩发生器(7)驱动驱动盘(8)从静止到运动的状态变化时，光源发出一定的光通量，射到光敏元件上产生变化，光电传感器(9)输出状态信号，完成状态监控功能。
支承轴系不仅要求支承被测轴承(4)的轴向载荷和小的摩擦损耗，而且要保证驱动被测轴承(4)的启动摩擦力矩是唯一负载力矩，采用空气静压轴承做为支承，应用1/4位置狭缝径向进气结构，有效的减少涡流力矩，其摩擦力小的特点为能量转换实现提供了先决条件，保证测量的精度。
如图2所示本发明的测量仪其电气系统包含对加载汽缸(1)的指令控制、力矩发生器(7)的控制、光电传感器(9)的信号处理和控制，这其中 1)加载汽缸(1)的指令控制由计算机给出，经I/O输出，控制加载汽缸(1)完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，控制加载汽缸(1)完成卸载动作； 2)力矩发生器(7)的控制是对力矩发生器(7)的两路线圈输入电压和电流大小的控制，在设定输入电压为定值，则感应电磁力矩大小在力矩发生器中只与输入的电流大小与有严格的函数关系，再通过D/A转换，前置电路精确控制电流输入精度，逐级施加电流于力矩发生器，直至产生的感应电磁力矩驱动驱动盘(8)、空气主轴(5)、被测轴承(4)转动； 3)光电传感器(9)信号处理和控制是被测轴承从静态到启动运转状态后，光电传感器(9)输出光电信号，进行放大、滤波等信号处理，I/O输入计算机，进行控制停止施加输入功率并纪录，依次与力矩发生器(7)形成闭环回路。
具体操作步骤如下首先计算机给出加载指令，经I/O输出，控制加载汽缸(1)完成加载动作，施加轴向载荷于被测轴承(4)；然后执行测量指令，经I/O输出，D/A转换，计算机自动控制前置电路逐步施加输入功率于力矩发生器(7)，力矩发生器(7)产生的感应电磁力矩就会有驱动驱动盘(8)转动的趋势，当感应电磁力矩的大小能克服负载力矩时，驱动盘(8)经支承轴系的空气主轴(5)带动被测轴承(4)启动，此时由光电传感器(9)监控到驱动盘(8)从静态到启动运转状态，光电传感器(9)给出信号，信号经处理后，经I/O输入计算机，计算机自动控制停止施加输入功率并纪录当前输入功率值大小，当前输入功率值的大小就是被测轴承(4)启动摩擦力矩值。
权利要求
1、一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法，其特征在于该力矩测量方法依据能量转换法测量原理，用特制的力矩发生器(7)产生感应电磁力矩作为驱动力矩，与光电传感器(9)组成闭环系统来自动监控轴承启动运转状态；其次应用空气轴承(6)支承，实现非接触式自动测量轴承启动摩擦力矩值；最后在测量时，被测轴承(4)安装在空气主轴(6)上，驱动盘与空气主轴联接，并置于力矩发生器(7)中，给被测轴承(4)施加轴向载荷后，由计算机自动控制电气系统逐步施加输入功率于力矩发生器(7)，当感应电磁力矩的大小通过驱动盘(8)驱动空气主轴(6)旋转时，由驱动盘(8)所配装的光电传感器(9)监控被测轴承(4)从静态到启动运转状态，并给出信号，计算机自动控制停止施加输入功率，并纪录当前功率值，依次形成一个闭环的测量系统，而所纪录的功率值即为被测轴承的启动摩擦力矩值。
2、一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪，其特征在于其测量仪主要由加载汽缸(1)、力传感器(2)、加载套(3)、空气主轴(5)、空气轴承(6)、力矩发生器(7)、驱动盘(8)、光电传感器(9)、电气系统组成，其中被测轴承(4)安装在空气主轴(6)上，加载套(3)下端面压在被测轴承(4)的外圈，上端与力传感器(2)联接，力传感器(2)套接在加载汽缸(1)的汽缸头上，施加轴向载荷的大小由力传感器(2)控制；空气主轴(6)安装于空气轴承(6)内，组成支承轴系，空气主轴(6)的下方联接固定驱动盘(8)，驱动盘(8)的两端各自安装力矩发生器(7)和光电传感器(9)，而它们之间的相互控制由电气系统完成。
3、一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪，其特征在于其电气系统包含对加载汽缸(1)的指令控制、力矩发生器(7)的控制、光电传感器(9)的信号处理和控制，这其中
1)加载汽缸(1)的指令控制由计算机给出，经I/O输出，控制加载汽缸(1)完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，控制加载汽缸(1)完成卸载动作；
2)力矩发生器(7)的控制是对力矩发生器(7)的两路线圈输入电压和电流大小的控制，在设定输入电压为定值，则感应电磁力矩大小在力矩发生器中只与输入的电流大小与有严格的函数关系，再通过D/A转换，前置电路精确控制电流输入精度，逐级施加电流于力矩发生器，直至产生的感应电磁力矩驱动驱动盘(8)、空气主轴(5)、被测轴承(4)转动；
3)光电传感器(9)信号处理和控制是被测轴承从静态到启动运转状态后，光电传感器(9)输出光电信号，进行放大、滤波等信号处理，I/O输入计算机，进行控制停止施加输入功率并纪录，依次与力矩发生器(7)形成闭环回路。
全文摘要
一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量仪，主要由加载汽缸(1)、力传感器(2)、加载套(3)、空气主轴(5)、空气轴承(6)、力矩发生器(7)、驱动盘(8)、光电传感器(9)、电气系统组成，力矩发生器产生感应电磁力矩作为驱动力矩，光电传感器自动监控轴承启动运转状态；测量时，被测轴承安装在空气主轴上，驱动盘与空气主轴联接，并置于力矩发生器中，施加轴向载荷后，电气系统逐步施加输入功率于力矩发生器，当感应电磁的大小通过驱动盘驱动空气主轴旋转时，由驱动盘所配装的光电传感器监控被测轴承从静态到启动运转状态，并给出信号，停止施加输入功率，并纪录当前功率值，当前功率值即为被测轴承的启动摩擦力矩值。
文档编号G01L3/22GK101303261SQ20071005438
公开日2008年11月12日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者高奋武, 李国斌, 王宗克, 刘金秀, 廖家祥 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司