圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机的制作方法

本发明涉及轴承检测设备，确切的说是用于检测圆锥滚子轴承的摩擦力矩的测量设备。

背景技术：

圆锥滚子轴承属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥形滚道。圆锥滚子轴承摩擦力矩包括轴承的内外圈相对转动时需要克服的摩擦力矩（动摩擦力矩）以及轴承内外圈从静止到开始相对转动的瞬间所需克服的最大摩擦力矩（启动摩擦力矩）。随着技术的发展，对圆锥滚子轴承的要求越来越高，圆锥滚子轴承的摩擦力矩影响着设备的噪声、能量损失、工作寿命等等。

目前，对于圆锥滚子轴承的摩擦力矩检测设备结构设计不合理，导致检测结果不准确。

技术实现要素：

本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种结构设计合理，检测准确可靠的圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机，包括机架，设于机架上的轴向加载装置和旋转主轴装置，轴向加载装置包括加载轴以及加载机构，旋转主轴装置包括旋转主轴、主轴支承机构以及驱动电机，旋转主轴的驱动端设有与待测圆锥滚子轴承配合的待测轴承安装座，加载轴的加载端和旋转主轴的驱动端之间经待测圆锥滚子轴承构成同轴且可相对转动的连接，其特征在于：所述的旋转主轴上设有非接触法兰式扭矩传感器，非接触法兰式扭矩传感器的转子轴向一端与旋转主轴同轴固定连接并随旋转主轴同步转动，非接触法兰式扭矩传感器的转子轴向另一端同轴固定连接所述待测轴承安装座，非接触法兰式扭矩传感器的定子相应的配合于转子的侧方。

通过采用上述技术方案，采用非接触法兰式扭矩传感器和旋转主轴配合，非接触法兰式扭矩传感器的转子一端和旋转主轴连接同步转动，另一端连接的待测轴承组件随同非接触法兰式扭矩传感器的转子一起旋转；待测圆锥滚子轴承和扭矩传感器组成的轴系中，只有一个旋转部件，从而避免产生相应的附加力矩，提高检测结果的精确度；另外可实现不同轴向载荷情况下的摩擦力矩检测，相应的在撤销轴向载荷时，还可实现待测圆锥滚子轴承启动力矩的测量。

优选的，所述的主轴支承机构包括旋转主轴座、第一支承轴承和第二支承组件，旋转主轴上靠近动力输入一端经第一支承轴承支承于旋转主轴座上，第二支承组件包括用于支承旋转主轴的第二支承件，该支承件位于第一支承轴承和非接触法兰式扭矩传感器的转子之间，支承件位于旋转主轴靠近与非接触法兰式扭矩传感器的转子连接的一端，所述第二支承件与旋转主轴之间成可支承、脱离的离合式配合，第二支承件配合有驱动其支承和脱离旋转主轴的离合操动机构。该结构设计下，在需要时通过第二支承件对旋转主轴进行支承，如摩擦力矩检测之前，需要启动旋转主轴，第二支承件对旋转主轴进行支承以保证稳定的启动和工作，之后，撤离第二支承件，旋转主轴，保证旋转主轴转动稳定可靠。

优选的，所述第二支承件为沿轴向活动设置于旋转主轴座上的第二支承轴承，第二支承轴承的内圈孔为上小、下大的锥台形孔，旋转主轴沿轴向设有与锥台形孔相适配的锥形支承部，离合操动机构驱动第二支承轴承轴向移动以使锥台形孔支承和脱离旋转主轴的锥形支承部上。该结构设计下，第二支承件为轴承设计，并以锥形配合，具有结构简单，配合稳定可靠的优点。

优选的，所述旋转主轴座上设有分离轴承座圈，第二支承轴承的外圈固定安装在分离轴承座圈上，分离轴承座圈轴向滑动配合于旋转主轴座上，分离轴承座圈轴向对应第二支承轴承的锥台形孔小端的一端设有驱动第二支承轴承的锥台形孔支承配合于锥形支承部上的复位弹簧，所述离合操动机构的驱动端与第二支承轴承的内圈对应锥台形孔大端的一端顶推配合。该结构设计下，分离轴承座圈对第二支承轴承形成安装，第二支承轴承安装可靠以及动作稳定可靠，第二支承轴承依靠弹簧形成复位和对旋转主轴进行支承，保证支承可靠；另外，离合操作机构对分离轴承座圈的内圈进行顶推达到脱离，具有脱离可靠，复位弹簧顶推第二支承轴承的外圈处，具有结构布置合理。

优选的，所述加载机构的动力输出端与离合操动机构的操作端连接并协同作用，该协同作用为在加载机构驱动加载轴对待测圆锥滚子轴承施加额定载荷及以上载荷量时经离合操作机构驱动第二支承轴承脱离旋转主轴。该结构设计下，采用同一动力输出，结构紧凑，而且达到可靠的协同作用，工作可靠。

优选的，所述离合操动机构包括轴承分离驱动滑座、轴承分离拨杆以及顶推滑套，顶推滑套上下滑动配合于旋转主轴座上，顶推滑套与第二支承轴承的内圈轴向下端部顶推配合，顶推滑套配合有驱动顶推滑套轴向移动的分离拨叉，分离拨叉成可沿上下摆动的转动设置在机架上，分离拨叉包括拨叉臂以及驱动臂，拨叉臂和驱动臂分设于分离拨叉转动支点两侧，分离拨叉的拨叉臂与顶推滑套联动连接，分离拨叉的驱动臂上设有联动槽，联动槽包括沿其延伸方向依次分布的上槽体和下槽体，上槽体和下槽体沿上下错位布置且过渡连接，轴承分离拨杆沿上下方向延伸布置且枢装于机架上，轴承分离拨杆下端设有滑移导向配合于联动槽内的下联动头，轴承分离拨杆经下联动头与分离拨叉的驱动臂联动连接，轴承分离驱动滑座经加载机构驱动升降活动，轴承分离驱动滑座上设有上下延伸的拨杆驱动导槽，拨杆驱动导槽包括沿着上下依次布置的第一槽和第二槽，第一槽和第二槽沿对应轴承分离拨杆摆动方向呈错位排布并过渡连接，轴承分离拨杆上端设有滑移导向配合于拨杆驱动导槽内的上联动头，轴承分离拨杆经上联动头与轴承分离驱动滑座联动连接。上述技术方案下，离合操动机构工作原理为，加载机构在驱动加载轴加载时，加载机构同时驱动轴承分离驱动滑座升降活动，轴承分离拨杆的上联动头在拨杆驱动导槽内相对导向滑移，拨杆驱动导槽包括对应轴承分离拨杆摆动方向错位布置的在第一槽和第二槽，这样在轴承分离拨杆的上联动头在第一槽和第二槽切换时实现驱动轴承分离拨杆摆动，轴承分离拨杆摆动动作下，下联动头在联动槽内导向滑移，下联动头在上槽体和下槽体切换过程中，由于上槽体和下槽体上下错位布置且过渡连接，下联动头作用下，轴承分离拨杆的摆动驱动分离拨叉摆动，进而分离拨叉拨动顶推滑套升降滑动，从而经顶推滑套对第二支承轴承进行轴向顶推和在复位弹簧的弹簧力下复位；具有结构紧凑，便于安装调试和工作可靠的优点。

优选的，所述加载机构包括加载电机、加载丝杠副以及载荷滑块，加载丝杠副包括相互配合的加载丝杠和加载螺母，所述加载电机的电机轴与加载丝杠传动连接，加载螺母固定安装于载荷滑块上，载荷滑块定位升降滑动配合于机架上，载荷滑块上安装有缓冲加载缸，缓冲加载缸包括固定于载荷滑块上的固定缸筒，固定缸筒上固定安装有载荷导轴，所述加载轴轴向滑动导向配合于固定缸筒内，加载轴内沿轴向设有导轴孔和碟簧腔，载荷导轴相对于滑动配合于导轴孔，载荷导轴穿过碟簧腔，碟簧腔下端具有支撑底壁，碟簧腔上端口设有限位端盖，载荷导轴设有位于碟簧腔内的环形凸缘，碟簧腔内设有由若干碟簧片叠成的缓冲碟簧柱，缓冲碟簧柱一端抵接于载荷导轴的环形凸缘上，缓冲碟簧柱另一端抵接于碟簧腔底部，载荷导轴的环形凸缘相对于与缓冲碟簧柱抵接一端的另一端与限位端盖止挡限位配合。该结构设计下，加载电机驱动加载丝杠转动并驱动加载螺母以带动载荷滑块升降，固定缸筒和载荷导轴随载荷滑块同步升降，在加载时，载荷导轴的环形凸缘压缩缓冲碟簧柱，经缓冲碟簧柱推动加载轴实施加载，缓冲碟簧柱替换加载时的缓冲，保证加载稳定可靠；卸载时，在缓冲碟簧柱的作用下，实现稳定的卸载；导轴和固定缸筒保证加载轴的安装和活动稳定可靠，保证加载可靠，且在加载轴内设有缓冲碟簧柱，整体结构紧凑。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机结构示意图一；

图2为本发明具体实施例圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机结构示意图二；

图3为本发明具体实施例俯视图；

图4为沿图3中a-a线剖切的剖视图；

图5为沿图3中b-b线剖切的剖视图；

图6为图4中c部分局部放大视图；

图7为本发明具体实施例离合操动机构结构示意图。

具体实施方式

参见附图1至7，本发明公开的一种圆锥滚子轴承动态摩擦力矩特性测量机，包括机架1，设于机架1上的轴向加载装置2和旋转主轴装置3，轴向加载装置2包括加载轴21以及加载机构22，加载轴21的载荷输出端设有加载头211，加载头211和待测圆锥滚子轴承9连接，旋转主轴装置3包括旋转主轴31、主轴支承机构以及驱动电机32，驱动电机32驱动旋转主轴31转动，驱动电机32和旋转主轴31的传动部分可以为传动带和带轮配合，或者减速齿轮副等等，其为本领域常规技术，故不再一一列举，旋转主轴31的驱动端设有与待测圆锥滚子轴承9配合的待测轴承安装座311，加载轴21的加载端和旋转主轴31的驱动端之间经待测圆锥滚子轴承9构成同轴且可相对转动的连接，所述的旋转主轴31上设有非接触法兰式扭矩传感器4，非接触法兰式扭矩传感器4的转子41轴向一端与旋转主轴31同轴固定连接并随旋转主轴31同步转动，本具体实施例中，非接触法兰式扭矩传感器4的转子41和旋转主轴31之间经连接法兰312进行连接，非接触法兰式扭矩传感器4的转子41轴向另一端同轴固定连接所述待测轴承安装座311，非接触法兰式扭矩传感器4的定子42相应的配合于转子41的侧方。本具体实施例中的检测采用，待测圆锥滚子轴承的外圈轴向加载，即加载头和待测圆锥滚子轴承的外圈配合，待测轴承安装座供待测圆锥滚子轴承的内圈固定安装。采用非接触法兰式扭矩传感器和旋转主轴配合，非接触法兰式扭矩传感器的转子一端和旋转主轴连接同步转动，另一端连接的待测轴承组件随同非接触法兰式扭矩传感器的转子一起旋转；待测圆锥滚子轴承和扭矩传感器组成的轴系中，只有一个旋转部件，从而避免产生相应的附加力矩，提高检测结果的精确度；另外可实现不同轴向载荷情况下的摩擦力矩检测，相应的在撤销轴向载荷时，还可实现待测圆锥滚子轴承启动力矩的测量。加载头可随加载轴升降以和待测圆锥滚子轴承离合。以便于更好的实现待测圆锥滚子轴承安装和无轴向载荷情况下进行启动摩擦力矩检测。

本具体实施例进一步的，所述的主轴支承机构包括旋转主轴座33、第一支承轴承34和第二支承组件35，旋转主轴31上靠近动力输入一端经第一支承轴承34支承于旋转主轴座33上，第二支承组件35包括用于支承旋转主轴34的第二支承件351，该第二支承件351位于第一支承轴承34和非接触法兰式扭矩传感器4的转子41之间，第二支承件351位于旋转主轴33靠近与非接触法兰式扭矩传感器4的转子41连接的一端，所述第二支承件351与旋转主轴33之间成可支承、脱离的离合式配合，第二支承件351配合有驱动其支承和脱离旋转主轴31的离合操动机构36。在需要时通过第二支承件对旋转主轴进行支承，如摩擦力矩检测之前，需要启动旋转主轴，第二支承件对旋转主轴进行支承以保证稳定的启动和工作，之后，撤离第二支承件，旋转主轴，保证旋转主轴转动稳定可靠。

所述第二支承件351为沿轴向活动设置于旋转主轴座上的第二支承轴承351，第二支承轴承351的内圈孔为上小、下大的锥台形孔3511，旋转主轴31沿轴向设有与锥台形孔3511相适配的锥形支承部313，离合操动机构驱动第二支承轴承351轴向移动以使锥台形孔3511支承和脱离旋转主轴31的锥形支承部313上。锥台形孔的形成为滚动轴承配内圈座，滚动轴承内圈固定在内圈座上，内圈座的内孔采用锥台形孔；当然也可采用滚动轴承内圈直接加工出锥台形孔，即滚动轴承内圈和内圈座为一体式结构。该结构设计下，第二支承件为轴承设计，并以锥形配合，具有结构简单，配合稳定可靠的优点。当然作为对旋转的主轴形成支承的方案，还可采用沿径向活动以实现离合动作的支承部件，如周向布置的顶针，或者弧形环，为保证滚动摩擦，旋转主轴上可固定滚动轴承等等。

进一步的，所述旋转主轴座33上设有分离轴承座圈352，第二支承轴承351的外圈固定安装在分离轴承座圈352上，分离轴承座圈352轴向滑动配合于旋转主轴座33上，分离轴承座圈352轴向对应第二支承轴承351的锥台形孔3511小端的一端设有驱动第二支承轴承351的锥台形孔3511支承配合于锥形支承部313上的复位弹簧353，在分离轴承座圈352上设有沿周向排布有多个复位弹簧353，当然复位弹簧也可采用一个大弹簧设计；所述离合操动机构的驱动端与第二支承轴承351的内圈对应锥台形孔3511大端的一端顶推配合。分离轴承座圈对第二支承轴承形成安装，第二支承轴承安装可靠以及动作稳定可靠，第二支承轴承依靠弹簧形成复位和对旋转主轴进行支承，保证支承可靠；另外，离合操作机构对分离轴承座圈的内圈进行顶推达到脱离，具有脱离可靠，复位弹簧顶推第二支承轴承的外圈处，具有结构布置合理。为使得分离轴承座圈动作可靠，在分离轴承座圈上设有导向销轴，导向销轴固定在旋转主轴座上，分离轴承座圈设有与导向销轴滑动导向配合的导孔。

为使得轴向加载和旋转主轴的驱动实现协同，所述加载机构22的动力输出端与离合操动机构36的操作端连接并协同作用，该协同作用为在加载机构22驱动加载轴21对待测圆锥滚子轴承9施加额定载荷及以上载荷量时经离合操作机构36驱动第二支承轴承351脱离旋转主轴31。采用同一动力输出，结构紧凑，并实现在检测需要时，轴向加载至检测所需载荷后，保证第二支承轴承脱开旋转主轴，保证检测可靠。

所述离合操动机构36包括轴承分离驱动滑座361、轴承分离拨杆362以及顶推滑套363，顶推滑套363上下滑动配合于旋转主轴座33上，顶推滑套363与第二支承轴承351的内圈轴向下端部顶推配合，顶推滑套363配合有驱动顶推滑套363轴向移动的分离拨叉364，分离拨叉364成可沿上下摆动的转动设置在机架1上，分离拨叉364包括拨叉臂3641以及驱动臂3642，拨叉臂3641和驱动臂3642分设于分离拨叉364转动支点两侧，分离拨叉364的拨叉臂3641与顶推滑套363联动连接，在顶推滑套363的侧壁上设有卡槽3631，分离拨叉364的拨叉臂3641上设有滚轮3643，该滚轮3643卡在卡槽3631内并可在卡槽3631内滚动实现离拨叉364的拨叉臂3641与顶推滑套363联动连接，分离拨叉364在摆动时，滚轮3643在卡槽3631内滚动并实现驱动联动，分离拨叉364的驱动臂3642上设有联动槽3644，联动槽3644包括沿其延伸方向依次分布的上槽体3644-1和下槽体3644-2，上槽体3644-1和下槽体3644-2沿上下错位布置且过渡连接，上槽体3644-1和下槽体3644-2的行程和偏移位置等尺寸本领域技术人员根据实际情况可自行进行选择加工，轴承分离拨杆362沿上下方向延伸布置且枢装于机架1上，轴承分离拨杆362下端设有滑移导向配合于联动槽3644内的下联动头3621，轴承分离拨杆362经下联动头3621与分离拨叉364的驱动臂3642联动连接，轴承分离驱动滑座361经加载机构22驱动升降活动，轴承分离驱动滑座361上设有上下延伸的拨杆驱动导槽3611，拨杆驱动导槽3611包括沿着上下依次布置的第一槽3611-1和第二槽3611-2，第一槽3611-1和第二槽3611-2沿对应轴承分离拨杆362摆动方向呈错位排布并过渡连接，第一槽3611-1和第二槽3611-2的行程和偏移位置等尺寸本领域技术人员根据实际情况可自行进行选择加工，轴承分离拨杆362上端设有滑移导向配合于拨杆驱动导槽3611内的上联动头3622，轴承分离拨杆362经上联动头3622与轴承分离驱动滑座361联动连接。其中上联动头3621和下联动头3622均采用固定销轴上安装滚轮结构设置。上述技术方案下，离合操动机构工作原理为，加载机构在驱动加载轴加载时，加载机构同时驱动轴承分离驱动滑座升降活动，轴承分离拨杆的上联动头在拨杆驱动导槽内相对导向滑移，拨杆驱动导槽包括对应轴承分离拨杆摆动方向错位布置的在第一槽和第二槽，这样在轴承分离拨杆的上联动头在第一槽和第二槽切换时实现驱动轴承分离拨杆摆动，轴承分离拨杆摆动动作下，下联动头在联动槽内导向滑移，下联动头在上槽体和下槽体切换过程中，由于上槽体和下槽体上下错位布置且过渡连接，下联动头作用下，轴承分离拨杆的摆动驱动分离拨叉摆动，进而分离拨叉拨动顶推滑套升降滑动，从而经顶推滑套对第二支承轴承进行轴向顶推和在复位弹簧的弹簧力下复位；具有结构紧凑，便于安装调试和工作可靠的优点。

另外，所述加载机构22包括加载电机221、加载丝杠副以及载荷滑块222，加载丝杠副包括相互配合的加载丝杠223和加载螺母224，所述加载电机221的电机轴与加载丝杠223传动连接，加载螺母224固定安装于载荷滑块222上，载荷滑块222定位升降滑动配合于机架1上，载荷滑块222经两根导柱滑动导向配合于机架1上，载荷滑块222上安装有缓冲加载缸，缓冲加载缸包括固定于载荷滑块222上的固定缸筒225（其可采用分体加工后固定装配，也可采用整体成型），固定缸筒225上固定安装有载荷导轴226，所述加载轴21轴向滑动导向配合于固定缸筒225内，加载轴21内沿轴向设有导轴孔212和碟簧腔213，载荷导轴226相对于滑动配合于导轴孔212，载荷导轴212穿过碟簧腔213，碟簧腔213下端具有支撑底壁，碟簧腔213上端口设有限位端盖2131，载荷导轴226设有位于碟簧腔213内的环形凸缘2261，碟簧腔213内设有由若干碟簧片叠成的缓冲碟簧柱227，缓冲碟簧柱227一端抵接于载荷导轴226的环形凸缘2261上，缓冲碟簧柱227另一端抵接于碟簧腔213底部，载荷导轴226的环形凸缘2261相对于与缓冲碟簧柱227抵接一端的另一端与限位端盖2131止挡限位配合。加载电机驱动加载丝杠转动并驱动加载螺母以带动载荷滑块升降，固定缸筒和载荷导轴随载荷滑块同步升降，在加载时，载荷导轴的环形凸缘压缩缓冲碟簧柱，经缓冲碟簧柱推动加载轴实施加载，缓冲碟簧柱替换加载时的缓冲，保证加载稳定可靠；卸载时，在缓冲碟簧柱的作用下，实现稳定的卸载；导轴和固定缸筒保证加载轴的安装和活动稳定可靠，保证加载可靠，且在加载轴内设有缓冲碟簧柱，整体结构紧凑。