一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪的制作方法

本发明涉及一种轴承游隙及摩擦扭矩测试仪，属于轴承测试领域。

背景技术：

轴承是高精度大力矩执行机构的核心零件，特别大力矩飞轮和控制力矩陀螺等，轴承的失效将直接影响执行机构的正常工作。因此，在高精度大力矩执行机构的设计中，轴承的长寿命设计是一个关键因素。为了保证高精度大力矩执行机构的平稳工作，所采用的轴承都必须施加一定的轴向预紧力，预紧力大小的选择，需从轴承的不同工况来考虑。

空间运动部件的实际工作工况一般来说分为两种情况：火箭发射时的工况和在轨正常工作时的工况。相对于在轨工作时间来说，火箭发射时的工况持续时间是非常短的。然而发射时产生的强烈振动、大冲击会使轴承内产生高的接触应力，可能会造成钢球或轨道永久塑性变形，增加轴承摩擦力矩；另外如果火箭发射时的振动产生的惯性力大大超过轴承的预紧力，轴承可能会瞬间卸载，产生间隙，又反复冲撞，这些也会对轴承造成损伤，从而影响执行机构的轴承在轨运行后工作稳定性和工作寿命。

在实际应用中通过加大轴承的轴向预紧力可以克服上述问题。一般来讲，轴承预紧力是设定一个固定的值来产生适当的刚度，满足发射时的要求。同时，主轴对此类轴承多有高灵敏度和低摩擦力矩的要求，这就要求对其所施加的预紧力必须准确。如果实际预紧力小于设计预紧力，则轴承的刚性不能满足要求；如果实际预紧力大于设计预紧力，则又破坏了轴承的高灵敏度性能，故此对轴承施加的实际预紧力的准确性对于轴承的使用是至关重要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，为测量在不同轴向加载力下轴承的轴向游隙以及摩擦扭矩的变化，以及为轴承的实际安装提供可靠数据。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，包括轴承测试平台主体、音圈电机支撑底座、音圈电机、电机连接件、压力传感器、压力连接件、钢珠、气浮主轴连接件、轴向加载轴、被测轴承外圈固定套、扭矩测量端盖、直线导轨、三爪卡盘、三个位移传感器、扭矩传感器固定架、扭矩传感器、扭矩测量支撑架、被测轴承、被测轴承内圈固定套、密珠轴系、周向加载电机支撑架、周向加载电机、过渡支撑架以及内部整体支撑板，所述轴向加载轴为空气轴承，轴向加载轴包括气浮主轴和空气轴承外套；

所述音圈电机下端通过音圈电机支撑底座固定在轴承测试平台主体上，音圈电机输出端通过电机连接件与压力传感器固定连接，所述压力传感器上端与压力连接件固定连接，所述压力连接件上端与气浮主轴连接件下端之间通过钢珠连接，所述气浮主轴连接件上端与气浮主轴下端固定连接，所述气浮主轴套装在空气轴承外套内，气浮主轴设有中心腔，气浮主轴中心腔上端设有台肩孔，气浮主轴台肩孔内安装有与其间隙配合的被测轴承外圈固定套，所述被测轴承外圈固定套设置在被测轴承外圈固定套内，被测轴承外圈固定套与被测轴承外圈固定套之间设有用于安装被测轴承的环槽，被测轴承外圈固定套上端设置在扭矩测量端盖的内台肩孔内且二者间隙配合，所述密珠轴系的主轴上端固定在被测轴承内圈固定套内，所述周向加载电机固定安装在周向加载电机支撑架内，周向加载电机输出轴与密珠轴系下端固定连接，所述加载电机支撑架设置在气浮主轴的中心腔内，加载电机支撑架下端通过过渡支撑架与内部整体支撑板固定连接，所述直线导轨竖直设置在扭矩测量端盖上方，所述三爪卡盘与直线导轨固定连接，三爪卡盘的三个卡爪上固定有三个位移传感器，所述扭矩测量支撑架下端与轴承测试平台主体上端面固定连接，扭矩传感器固定架一端可拆卸套装在扭矩测量支撑架上，扭矩传感器固定架另一端下部固定有扭矩传感器。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出了一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，较其他轴承测试产品，本发明可以精确地测量被测轴承在不同轴向预紧力作用下的轴承摩擦系数以及轴承轴向游隙的变化，本发明采用全程自动加载，被测轴承安装和拆卸方便，操作人员可以通过简单操作完成对被测轴承的测量，同时在测量轴承摩擦系数的扭矩传感器前端采用了弹簧进行微调整，保证了被测轴承外圈与扭矩传感器的同轴度，测量轴承的轴向游隙采用三个位移传感器均匀分布在被测轴承外圈进行三点同时测量（测量结束后需要将三个位移传感器回复到初始位置）从而更好的保证了测量精度。

附图说明

图1是本发明的一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪的主剖视图;

图2是图1的A处局部放大图；

图3是图1的B处局部放大图；

图4是图3的C处局部放大图。

其中，轴承测试平台主体1、音圈电机支撑底座2、音圈电机3、电机连接件4、压力传感器5、压力连接件6、钢珠7、气浮主轴连接件8、气浮主轴9、空气轴承外套10、被测轴承外圈固定套11、扭矩测量端盖12、直线导轨13、三爪卡盘14、位移传感器15、扭矩传感器固定架16、扭矩传感器17、扭矩测量支撑架18、被测轴承19、被测轴承内圈固定套20、密珠轴系21、周向加载电机支撑架22、周向加载电机23、过渡支撑架24、内部整体支撑板25、弹簧26。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图4所示，一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，包括轴承测试平台主体1、音圈电机支撑底座2、音圈电机3、电机连接件4、压力传感器5、压力连接件6、钢珠7、气浮主轴连接件8、轴向加载轴、被测轴承外圈固定套11、扭矩测量端盖12、直线导轨13、三爪卡盘14、三个位移传感器15、扭矩传感器固定架16、扭矩传感器17、扭矩测量支撑架18、被测轴承19、被测轴承内圈固定套20、密珠轴系21、周向加载电机支撑架22、周向加载电机23、过渡支撑架24以及内部整体支撑板25，所述轴向加载轴为空气轴承，轴向加载轴包括气浮主轴9和空气轴承外套10；

所述音圈电机3下端通过音圈电机支撑底座2固定在轴承测试平台主体1上，音圈电机3输出端通过电机连接件4与压力传感器5固定连接，所述压力传感器5上端与压力连接件6固定连接，所述压力连接件6上端与气浮主轴连接件8下端之间通过钢珠7连接，所述气浮主轴连接件8上端与气浮主轴9下端固定连接，所述气浮主轴9套装在空气轴承外套10内，气浮主轴9设有中心腔，气浮主轴9中心腔上端设有台肩孔，气浮主轴9台肩孔内安装有与其间隙配合的被测轴承外圈固定套11，所述被测轴承外圈固定套20设置在被测轴承外圈固定套11内，被测轴承外圈固定套20与被测轴承外圈固定套11之间设有用于安装被测轴承19的环槽（为了满足不同轴承的测量需求，采用与被测轴承19内外径相应的被测轴承外圈固定套11和被测轴承内圈固定套20完成被测轴承19的固定，被测轴承外圈固定套11与被测轴承19之间以及被测轴承外圈固定套20与被测轴承19之间均采用间隙配合），被测轴承外圈固定套11上端设置在扭矩测量端盖12的内台肩孔内且二者间隙配合，所述密珠轴系21的主轴上端（通过螺栓）固定在被测轴承内圈固定套20内，所述周向加载电机23固定安装在周向加载电机支撑架22内，周向加载电机23输出轴与密珠轴系21下端固定连接，所述加载电机支撑架22设置在气浮主轴9的中心腔内，加载电机支撑架22下端通过过渡支撑架24与内部整体支撑板25固定连接，所述直线导轨13竖直设置在扭矩测量端盖12上方（直线导轨13上固定有手柄，直线导轨13通过手柄驱动上下移动），所述三爪卡盘14与直线导轨13固定连接，三爪卡盘14的三个卡爪上固定有三个位移传感器15，所述扭矩测量支撑架18下端与轴承测试平台主体1上端面固定连接，扭矩传感器固定架16一端可拆卸套装在扭矩测量支撑架18上（二者径向通过顶丝固定），扭矩传感器固定架16另一端下部固定有扭矩传感器17。

具体实施方式二：如图1及图2所示，具体实施方式一所述的一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，所述压力连接件6与气浮主轴连接件8均采用硬质合金材料制成。

具体实施方式三：如图1及图2所示，具体实施方式一所述的一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，所述气浮主轴连接件8下端面中部设有半球形孔洞，所述钢珠7与气浮主轴连接件8的半球形孔洞过盈配合。

具体实施方式四：如图1、图3和图4所示，具体实施方式一、二或三所述的一种轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪，所述轴承游隙及摩擦扭矩综合测试仪还包括弹簧26，所述弹簧26套装在扭矩传感器17的下端。

工作过程是：如图1所示，首先驱动气浮主轴9，然后利用音圈电机3进行加载，通过压力传感器5完成对压力连接件6、钢珠7、气浮主轴连接件8、气浮主轴9以及被测轴承外圈固定套11等额外加载影响因素的测量，然后将被测轴承19安装在与之相匹配的被测轴承外圈固定套11内，然后将安装在气浮主轴9中心腔内的构件安装在其内部，再将轴承内圈固定套20安装在被测轴承19内圈内，通过控制直线导轨13以及三爪卡盘14进行调整从而使三个位移传感器15进入工作范围，利用音圈电机3进行加载，通过压力传感器5所采集的数据以及最初测得的额外加载影响力完成对被测轴承19的外圈固定数值的加载，通过采集三个位移传感器15所采集的被测轴承19外圈轴向变化完成对被测轴承19在固定加载力下轴向游隙的测量。被测轴承19内圈采用周向加载电机23进行周向加载，通过测量由于摩擦所引起的被测轴承19外圈转动的摩擦扭矩从而完成对被测轴承19在固定加载力下摩擦系数的测量。

测量轴承摩擦扭矩时，需要调整直线导轨13以及三爪卡盘14回复到初始位置，然后安装扭矩测量端盖12，调整扭矩传感器固定架16使扭矩传感器17到工作位置进行测量。测量轴承轴向游隙时，需将扭矩测量端盖12取下，然后通过固定在直线导轨13上的三个位移传感器15进行测量。