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专利号: 2019100153673
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:包括基座、驱动系统、径向载荷加载系统、轴向载荷加载系统、力矩载荷加载系统和摩擦力矩测量系统;

其中,所述径向载荷加载系统的第一电动缸安装板(3-14)与所述基座的第二滑动轴承支座(0-2)相连接;所述径向载荷加载系统的第一轴承(3-3)和第二轴承(3-4)与所述驱动系统的输出轴(4-1)相配合;

所述轴向载荷加载系统的轴向加载传递件(2-7)与所述力矩加载系统的第五轴承端盖(11-1)配合,所述轴向载荷加载系统的第二电动缸(2-3)与所述基座的第二电动缸安装板(0-10)相连接;

所述力矩载荷加载系统的第三电动缸安装板(10-9)和滑动轴承连接板(11-10)分别与所述基座的第一滑动轴承支座(0-1)和第三滑动轴承支座(0-5)相连接;所述力矩载荷加载系统的第三轴承支座(10-1)与所述驱动系统的电机支架连接板(4-6)连接;所述力矩载荷加载系统的第五轴承(11-2)与所述驱动系统的输出轴相配合,并通过所述驱动系统的电机支架(4-5)与所述驱动系统相连接;

所述摩擦力矩测量系统的六维力传感器(5-5)与基座的六维力传感器支架(0-3)连接;

所述力矩测量系统的测试轴承(5-2)与所述驱动系统的输出轴相配合。

2.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述基座还包括直线导轨支座(0-6)、直角筋板(0-7)、安装板(0-8)、支座(0-9);所述直线导轨支座(0-6)与所述安装板(0-8)连接,所述支座(0-9)通过所述直角筋板(0-7)与安装板(0-

8)连接,所述第二电动缸安装板(0-10)固定于支座(0-9)上,所述六维力传感器支架(0-3)通过螺栓固定于所述安装板(0-8)上。

3.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述驱动系统还包括驱动电机(4-2)、减速器(4-3)、联轴器(4-4)、电机支架(4-5);所述驱动电机(4-2) 固定于所述电机支架(4-5)上,所述驱动电机(4-2)连接所述减速器(4-3)获得转速,所述减速器(4-3)通过所述联轴器(4-4)使所述驱动系统的输出轴得到稳定输出。

4.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述径向载荷加载系统还包括第一轴承支座(3-2)、第二轴承支座(3-6)、第一轴承支座连接件(3-7)、T形连接件(3-8)、第一轴(3-9)、第一力传感器(3-11)、第一电动缸(3-13)、第一力传感器连接件(3-15)、第七轴承(3-16);

所述第一电动缸(3-13)底端固定于所述第一电动缸安装板(3-14)上,第一电动缸(3-

13)末端依次连接第一力传感器(3-11)、末端呈凹圆形的第一力传感器连接件(3-15)、第一轴(3-9),第一轴(3-9)与第七轴承(3-16)配合,第七轴承(3-16)安装于T形连接件(3-8)中,T形连接件(3-8)依次连接第一轴承支座连接件(3-7)、第二轴承支座(3-6)、第一轴承支座(3-2)。

5.根据权利要求4所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:径向载荷加载系统的第一轴承(3-3)和第二轴承(3-4)对称分布于测试轴承两侧。

6.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述轴向载荷加载系统还包括第六轴承(2-1)、第二电动缸(2-3)、第二电动缸连接件(2-4)、第二力传感器(2-2)、连接块(2-5)、第二轴(2-6);所述第二电动缸(2-3)依次与所述第二电动缸连接件(2-4)、第二力传感器(2-2)、连接块(2-5)、第二轴(2-6)连接,第二轴(2-6)与第六轴承(2-1)配合,第六轴承(2-1)安装于轴向加载传递件中。

7.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述力矩载荷加载系统还包括第三电动缸(10-8)、第三电动缸连接件(10-7)、第三力传感器(10-6)、第三力传感器连接件(10-5)、第三轴(10-2)、第三轴承(10-3)、第四电动缸(11-

15)、第四电动缸安装板(11-6)、第一立柱连接件(11-4)、第四电动缸连接件(11-14)、第四轴承(11-9)、第四力传感器(11-13)、第四轴(11-8)、第四轴承支座(11-12)、连接板(11-3)、第二立柱连接件(11-7)、轴承支座支撑板(11-5)、第五轴承支座(11-16);

所述第三电动缸(10-8)依次与所述第三电动缸连接件(10-7)、第三力传感器(10-6)、第三力传感器连接件(10-5)连接,所述力传感器连接件(10-5)与第三轴(10-2)固连,所述第三轴(10-2)与第三轴承(10-3)配合,第三轴承(10-3)安装于第三轴承支座(10-1)中;

所述第四电动缸(11-15)底端依次与所述第四电动缸安装板(11-6)、第一立柱连接件(11-4)、滑动轴承连接板(11-10)连接,所述第四电动缸(11-15)末端依次与所述第四电动缸连接件(11-14)、第四力传感器(11-13)、第四轴(11-8)连接,第四轴(11-8)与第四轴承(11-9)配合,第四轴承(11-9)安装于第四轴承支座(11-12)中,第四轴承支座(11-12)依次与连接板(11-3)、第二立柱连接件(11-7)、轴承支座支撑板(11-5)、第五轴承支座(11-16)连接,第五轴承(11-2)安装于第五轴承支座(11-16)中。

8.根据权利要求7所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:力矩载荷加载系统的第三轴(10-2)和第四轴(11-8)的轴线到测试轴承两端面的中间对称平面距离相等。

9.根据权利要求1所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于:所述摩擦力矩测量系统还包括测试轴承支座连接件(5-4)、测试轴承支座(5-3);所述测试轴承支座连接件(5-4)的一端与所述六维力传感器(5-5)末端连接,另一端与所述测试轴承支座(5-3)连接,所述测试轴承与所述测试轴承支座(5-3)配合。

10.一种低速角接触球轴承加载测量方法,基于如权利要求1-9任一项所述的一种低速角接触球轴承摩擦力矩测量装置,其特征在于,包括以下步骤:

(1)加载初始时刻,由于零部件自身重力作用,测试轴承所受载荷不为零,此时,通过第一电动缸(3-13)、第二电动缸(2-3)、第三电动缸(10-8)、第四电动缸(11-15),第一力传感器(3-11)、第二力传感器(2-2)、第三力传感器(10-6)、第四力传感器(11-13)和六维力传感器(5-5)构成的闭环反馈控制系统,当六维力传感器Z方向力为测试轴承端盖(5-1)、测试轴承(5-2)、测试轴承支座(5-3)和测试轴承支座连接件(5-4)的重力之和,其他力和力矩均为零时,即实现测试轴承的零载荷校正;

(2)启动驱动电机(4-2),经过减速器(4-3)使测试轴承获得设定转速;

(3)对于径向载荷加载系统,控制第一电动缸(3-13),使其末端产生的设定的径向载荷依次通过第一力传感器(3-11)、第一力传感器连接件(3-15)、第一轴(3-9)、T形连接件(3-

8)、第一轴承支座连接件(3-7)、第一轴承支座(3-2)、第二轴承支座(3-6)、位列于测试轴承两侧对称位置的第一轴承(3-3)和第二轴承(3-4)、系统输出轴(4-1),施加到测试轴承(5-

2)上,六维力传感器(5-5)的信号作为反馈控制信号,控制第一电动缸(3-13)、第二电动缸(2-3)、第三电动缸(10-8)和第四电动缸(11-15),使测试轴承所受载荷为设定的径向载荷;

(4)对于轴向载荷加载系统,控制第二电动缸(2-3),使其末端产生的设定的轴向载荷依次通过第二电动缸连接件(2-4)、第二力传感器(2-2)、连接块(2-5)、第二轴(2-6)、轴向加载传递件(2-7)、第五轴承端盖(11-1)、第五轴承支座(11-16)、系统输出轴(4-1),施加到测试轴承(5-2)上,其中连接块(2-5)、第六轴承(2-1)和第二轴(2-6)构成一个转动副,使得施加轴向载荷时不对测试轴承产生附加力矩载荷;测试轴承(5-2)通过测试轴承支座(5-

3)、测试轴承支座连接件(5-4)、六维力传感器(5-5)、六维力传感器支架(0-3)与基座的安装板(0-8)连接,因此轴向加载过程中测试轴承不会产生轴向位移;力矩载荷加载系统和径向载荷加载系统下方会连接到第一滑动轴承支座(0-1)、第二滑动轴承支座(0-2)、第三滑动轴承支座(0-5)上,不会对轴向载荷加载系统产生轴向约束,轴向加载系统施加的轴向力传递到测试轴承(5-2),六维力传感器(5-5)的信号作为反馈控制信号,控制第一电动缸(3-

13)、第二电动缸(2-3)、第三电动缸(10-8)和第四电动缸(11-15),使测试轴承(5-2)所受载荷为设定的轴向载荷;

(5)对于力矩载荷加载系统,第三电动缸(10-8)末端产生的载荷将依次通过第三电动缸连接件(10-7)、第三力传感器(10-6)、第三力传感器连接件(10-5)、第三轴(10-2)、第三轴承(10-3)、第三轴承支座(10-1)、电机支架连接板(4-6)、电机支架(4-5),施加到系统输出轴(4-1)上,第四电动缸(11-15)末端产生的载荷将依次通过第四电动缸连接件(11-14)、第四力传感器(11-13)、第四轴(11-8)、第四轴承支座(11-12)、连接板(11-3)、第二立柱连接件(11-7)、轴承支座支撑板(11-5)、第五轴承支座(11-16)、第五轴承(11-2)施加到系统输出轴上;由于力矩载荷加载系统的第三轴(10-2)和第四轴(11-8)的轴线到测试轴承(5-

2)两端面的中间对称平面距离相等,第三电动缸(10-8)和第四电动缸(11-15)对系统输出轴(4-1)施加的大小相等、方向相反的力,使测试轴承(5-2)获得设定的力矩载荷;由于第三力传感器连接件(10-5)、第三轴(10-2)和第三轴承(10-3)构成一个转动副,第四力传感器(11-13)、第四轴(11-8)和第四轴承(11-9)也构成一个转动副,使力矩载荷加载系统只对测试轴承(5-2)产生力矩载荷;力矩载荷加载系统和径向载荷加载系统下方会连接到第一滑动轴承支座(0-1)、第二滑动轴承支座(0-2)、第三滑动轴承支座(0-5)上;第一力传感器连接件(3-15)、第一轴(3-9)和第七轴承(3-16)构成一个转动副;连接块(2-5)、第六轴承(2-

1)和第二轴(2-6)构成一个转动副,力矩载荷加载系统不受径向载荷加载系统和轴向载荷加载系统的干扰,六维力传感器(5-5)的信号作为反馈控制信号,控制第一电动缸(3-13)、第二电动缸(2-3)、第三电动缸(10-8)和第四电动缸(11-15),使测试轴承(5-2)所受载荷为设定的力矩载荷;

(6)对于联合载荷加载,径向载荷加载系统、轴向载荷加载系统、力矩载荷加载系统三者之间相互独立,互不干扰;六维力传感器(5-5)的信号作为反馈控制信号,控制第一电动缸(3-13)、第二电动缸(2-3)、第三电动缸(10-8)和第四电动缸(11-15),使测试轴承(5-2)所受载荷为设定的联合载荷;

(7)六维力传感器(5-5)的Y轴方向力矩即为测试轴承(5-2)摩擦力矩,对六维力传感器(5-5)、第一力传感器(3-11)、第二力传感器(2-2)、第三力传感器(10-6)和第四力传感器(11-13)的信号进行实时采集与存储。