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专利号: 2019106449924
申请人: 上海理工大学
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:2024-11-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种圆锥滚子球基面磨削力测量装置,包括左、右导轮盘、砂轮主轴电机、位移传感器、力传感器、功率传感器,其特征在于:多个所述力传感器固定连接在左、右导轮盘之间,且多个所述力传感器夹分布在左、右导轮盘内侧近边缘处,左、右导轮盘中一个为固定导轮盘,另一个为活动导轮盘,由力传感器测量活动导轮盘对固定导轮盘施加的力,所述左、右导轮盘的外侧外边缘处分别设有位移传感器,用于测量固定导轮盘受力后的变形量;所述功率传感器串联在电源输出端与砂轮主轴电机输入端之间,通过测量砂轮主轴电机的功率来间接测量切向磨削力的大小;所述位移传感器、力传感器、功率传感器分别通过数据采集卡连接电脑及测试程序,由电脑及测试程序对采集到的数据进行计算处理和保存。

2.根据权利要求1所述的圆锥滚子球基面磨削力测量装置,其特征在于:所述力传感器量程为5KN。

3.根据权利要求1所述的圆锥滚子球基面磨削力测量装置,其特征在于:所述位移传感器是一个形状为圆柱体的非接触式电涡流传感器,测量电压范围为0-10伏,测量有效范围为1毫米,测量精度为0.1微米。

4.根据权利要求1所述的圆锥滚子球基面磨削力测量装置,其特征在于:所述位移传感器的测头安装在磁性表座。

5.一种圆锥滚子球基面磨削力测量方法,采用权利要求1-4任一所述的圆锥滚子球基面磨削力测量装置,其特征在于,其步骤如下:

1)导轮盘刚度测量

首先,将左、右导轮盘中任一个作为固定导轮盘,另一个作为活动导轮盘,转动活动导轮盘手轮,使得活动导轮盘向固定导轮盘移动,向力传感器及固定导轮盘施加力,力的大小为ΔF,位移传感器测量的固定导轮盘的形变量为ΔX,刚度大小的计算公式如式(4)所示:同理,将n个力传感器分别安装在左、右导轮盘之间n个不同位置上,然后重复上述步骤,分别测量力传感器放置在n个位置的力和位移的大小,测量得到固定导轮盘形变的位移值分别为ΔX1、ΔX2、…、ΔXn;测量的力的值分别为ΔF1、ΔF2、…、ΔFn,采用最小二乘法对测量数据进行数据处理,由式(7),(8)得到:式中n为测量次数,右导轮盘刚度大小为KR,右导轮盘刚度大小为KL;

2)法向磨削力测量

(1)测量有滚子空转左右导轮盘形变

圆锥滚子正常进出料,砂轮空转不进给,圆锥滚子球基面不磨削,测得左右导轮盘有滚子空转情况下的两个位移传感器的位移数据Xi1,Xi2;

(2)测量正常磨削时左右导轮盘形变

位移传感器位置不变,砂轮进给,球基面正常磨削,测得左右导轮盘正常磨削情况下的两个位移传感器的位移数据Xg1,Xg2;

(3)法向磨削力计算

圆锥滚子进入磨削时,砂轮对圆锥滚子有法向磨削力,使得滚子对两导轮盘有一个正压力FN,导轮盘与圆锥滚子外圆接触面为一个锥面,锥面角度与滚子锥角相匹配,圆锥滚子对导轮盘就有一个沿导轮盘轴的轴向分力FNcosφ,根据静刚度测量结果、导轮盘轴向位移对比测量结果和式(9)可以得到滚子对左右导轮盘的正压力FN的大小。

在计算出滚子对导轮盘的正压力FN的大小后,根据式(3)可以计算得到法向磨削力Fn的大小,Fn=2FNsinφ+2μ0FNcosφ  (3)

式中φ为圆锥滚子的半锥角;μ0为导轮盘与圆锥滚子间摩擦系数;

3)切向磨削力测量

在圆锥滚子球基面磨削时法向磨削力Fn与运动方向垂直,不做功,砂轮主轴电机的输出功率与切向磨削力Fτ的关系可以简化为正相关的;

功率P与切向磨削力Fτ之间的关系如式(10)所示:

式中K为功率系数,vs为砂轮线速度;通过测量砂轮电机的功率P能较为直接的测量得到切向磨削力Fτ的大小。