CN108562438B - 面对面配对轴承摩擦力矩测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

面对面配对轴承摩擦力矩测量装置及测量方法，包括面对面配对轴承与测量底座，测量装置还包括对面对面配对轴承实现轴向预紧的锁紧螺母和套筒，以及套设在套筒外侧带动套筒转动的载荷块，套筒套设在面对面配对轴承的外侧并与面对面配对轴承的外圈表面相匹配，套筒的底面设有对面对面配对轴承的下方轴承外圈底面进行支撑的端面，锁紧螺母设置在套筒内并压设在面对面配对轴承的上方轴承的外圈端面上，在载荷块上开设的施力槽内设有驱动载荷块以测量底座轴向中心线转动的横向张力计。解决大直径成对轴承启动摩擦力矩的测量问题，该测量装置及方法简单，为纯机械式测量装置，不易受周围环境的影响，测量结果准确可靠。

Description

面对面配对轴承摩擦力矩测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及轴承检测技术领域，具体说的是面对面配对轴承摩擦力矩测量装置，以及利用测量装置实现面对面配对轴承摩擦力矩测量方法。

背景技术

摩擦力矩是滚动轴承的一个重要参数，是影响主机系统的可靠性和精确性的重要因素，尤其对于灵敏度要求极高的轴承，如：陀螺仪轴承、卫星消旋天线轴承、运载火箭轴承、飞行平台轴承等等，而该类型轴承由于使用工况的特殊性，通常都有摩擦力矩要求。本例中的单套轴承内径尺寸40mm，外径尺寸52mm，宽度7mm，外圈带斜坡，轴承属于可分离轴承，使用状态为两套单列轴承进行面对面安装(如图1所示)，通过研磨轴承外圈端面达到预紧，轴承的轴向预紧力30N，其轴向加载方式为外圈端面加载，加载后的成对轴承启动摩擦力矩正反各测五点，摩擦力矩最大值不超过5N.mm。

传统测量摩擦力矩的仪器市场上很少见，大部分都是以测量振动为主，只有很少特殊用途轴承有摩擦力矩要求。部门使用的摩擦力矩测量设备为YZC-Ⅱ，该仪器是专用于测量微型轴承摩擦力矩的，不仅可以测量轴承的启动摩擦力矩，还可以测量单套轴承的动态摩擦力矩，该仪器是根据感应力矩产生的电磁原理制作的，因此测量范围受限于光栅的尺寸，其测量范围内径尺寸2～10mm，轴向载荷不大于10N。从本例中轴承的整体尺寸以及轴向载荷的大小，可知YZC-Ⅱ是不能用来测量该型号轴承的启动摩擦力矩的。

另外该轴承为外圈带低锁口的可分离型轴承，在轴向预载以及测量摩擦力矩的过程中，操作过程中稍有不慎，就会出现散套现象，不仅钢球容易散落丢失，还会延长整个摩擦力矩的测量时间。这个也是操作过程中必须考虑的一点。

该配对轴承的整体尺寸比常规的微型尺寸要大很多，微型轴承的摩擦力矩测量设备无法使用；另外该型号轴承的数量非常有限，没有批量的优势，不足以引进新的摩擦力矩测量设备，因此在不增加新设备的前提下实现大直径成对轴承启动摩擦力矩的测量具有很强的实用性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种面对面配对轴承摩擦力矩测量装置及测量方法，解决大直径成对轴承启动摩擦力矩的测量问题，该测量装置及方法简单，为纯机械式测量装置，不易受周围环境的影响，测量结果准确可靠。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：面对面配对轴承摩擦力矩测量装置，包括面对面配对轴承与测量底座，面对面配对轴承的两套轴承结构尺寸相同，并在轴向方向相贴合套设在测量底座上，所述的测量底座的上端为与面对面配对轴承内圈相贴合的第一圆柱底座，测量底座的下端为设置在第一圆柱底座的下方并对面对面配对轴承的下方轴承内圈底面进行支撑的第二圆柱底座，测量装置还包括对面对面配对轴承实现轴向预紧的锁紧螺母和套筒，以及套设在套筒外侧带动套筒转动的载荷块，套筒套设在面对面配对轴承的外侧并与面对面配对轴承的外圈表面相匹配，套筒的底面设有对面对面配对轴承的下方轴承外圈底面进行支撑的端面， 锁紧螺母设置在套筒内并压设在面对面配对轴承的上方轴承的外圈端面上，锁紧螺母的下端面不与测量底座接触，锁紧螺母的外圆周面与套筒的顶端内壁螺纹配合，锁紧螺母的上表面设有用于力矩扳手推动锁紧螺母对面对面配对轴承施加载荷的盲孔，在载荷块上开设有多个与测量底座轴向中心线垂直的施力槽，在施力槽内设有驱动载荷块以测量底座轴向中心线转动的横向张力计，推动横向张力计使载荷块带动套筒转动，套筒带动面对面配对轴承的外圈旋转。

进一步，所述的测量装置还包括安装底座，安装底座包括两个不等径同轴线的圆柱段，上段的安装底座的直径大小与面对面配对轴承内圈内径尺寸相匹配，下段的安装底座的直径大于面对面配对轴承外圈的内径尺寸，并小于套筒的端面的内径0.03-0.1mm。

利用测量装置实现面对面配对轴承摩擦力矩测量方法，包括以下步骤：

步骤一、首先测量单套轴承在轴向X下的凸出量，根据测量出来的凸出量，计算面对面配对轴承需要修研的凸出量数值，根据该数值修研其中一套轴承的外圈端面；

步骤二、按照轴向摩擦力矩与螺纹直径之间的关系，计算使用力矩扳手旋转的数值，即轴向紧固力F的具体数值；

步骤三、使用工艺保持架以及工艺钢球，将两套结构尺寸相同轴承装配完成待用；

步骤四、将安装底座放入套筒内，此时将两套轴承按照面对面的方式，分别单独安装到安装底座上，位于上方的一套轴承为上列轴承，位于下方的一套轴承为下列轴承，将套筒沿轴向方向移动，将两套轴承装入套筒内，并沿轴向继续移动套筒直至彻底与安装底座分离；

步骤五、将锁紧螺母旋入套筒内，直至套筒下端接触上列轴承，此时将力矩扳手插入锁紧螺母的盲孔内，旋转力矩扳手至力矩扳手表盘上的F位置，得到面对面配对轴承轴向预紧组件；

步骤六、将面对面配对轴承轴向预紧组件从上方安装到测量底座上，将载荷块放置在套筒上，横向张力计的表针插入载荷块的施力槽内，横向拨动张力计，当载荷块发生转动时，记下横向张力计上的数值A，单位g；

步骤七、载荷块的半径尺寸为B，单位为cm，则该点的轴承启动摩擦力矩为A*B，单位为g.cm；

步骤八、将横向张力计更换至载荷块上不同位置的施力槽，重复步骤六~七，测量同一方向剩余点的摩擦力矩；

步骤九、反方向测量时，将横向张力计向相反方向转动，按照步骤六~八测量即可，得到正方向和反方向所有点的摩擦力矩。

本发明有益效果是：

1、该测量装置为纯机械式，稳定可靠，不易受周围环境的影响。

2、测量方法简单，对操作人员的技能要求不高，由于使用力矩扳手对成对轴承的外圈施加轴向载荷，因此轴向预载荷更准确，避免了人员差异造成散差大的问题。

3、本发明针对性强，尤其适合于小批量的大直径成对轴承启动摩擦力矩的测量。

附图说明

图1为面对面配对轴承示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明锁紧螺母配合磨削示意图；

图4为本发明面对面配对轴承轴向预紧组件安装示意图；

图5为本发明面对面配对轴承轴向预紧组件示意图；

图中：1、载荷块，11、施力槽，2、套筒，21、端面，3、上列轴承，4、下列轴承，5、锁紧螺母，51、盲孔，6、测量底座，61、第一圆柱底座，62、第二圆柱底座，7、横向张力计，8、安装底座。

具体实施方式

面对面配对轴承摩擦力矩测量装置，包括载荷块1、面对面配对轴承、测量底座6，套筒2、锁紧螺母5和横向张力计7，使用测量底座6对面对面配对轴承进行支撑，使用套筒以及锁紧螺母实现成对轴承的轴向预紧，通过载荷块施加轴向力，使用横向张力计实现大直径成对轴承外圈轴向预载条件下摩擦力矩的测量。

面对面配对轴承的两套轴承结构尺寸相同，并在轴向方向相贴合套设在测量底座6上，如图1所示，两个轴承为对角接触球轴承，如图2所示，在使用时，位于上方的为上列轴承3，位于下方的为下列轴承4，上列轴承3和下列轴承4的外圈紧配合，两个轴承安装在测量底座6上时，同轴线安装。

测量底座6的上端为与面对面配对轴承内圈相贴合的第一圆柱底座61，测量底座6的下端为设置在第一圆柱底座61的下方并对面对面配对轴承的下方轴承内圈底面进行支撑的第二圆柱底座62，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，在测量摩擦力矩时用测量底座来支撑轴向预载后的面对面配对轴承内圈端面，同时防止面对面配对轴承横向晃动，即使用测量底座支撑图5的整个组件，这样预紧后的面对面配对轴承在外力作用下可以自由旋转，保证摩擦力矩的顺利测量。

如图5所示，测量装置还包括对面对面配对轴承实现轴向预紧的锁紧螺母5和套筒2，以及套设在套筒2外侧带动套筒2转动的载荷块1，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，需对配对轴承进行轴向预紧，通过锁紧螺母以及套筒对成对轴承实现轴向预紧，套筒下端台阶支撑下列轴承的外圈端面，锁紧螺母压紧上列轴承的外圈端面，从而实现面对面轴承外圈受载的轴向预紧。

套筒2套设在面对面配对轴承的外侧并与面对面配对轴承的外圈表面相匹配，套筒2的底面设有对面对面配对轴承的下方轴承外圈底面进行支撑的端面21，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，本发明采用了图4中的套筒，其中套筒下端内径尺寸要比轴承外圈的内径尺寸要大，同时还需要保证套筒下端内径尺寸比安装底座下端的直径大0.05mm左右，这样保证套筒在径向方向没有太大的自由活动空间，又可保证轴向运动时轴承能够进入套筒内部，并且被支撑住。另外套筒内与轴承外径配合的尺寸要比轴承的外径尺寸大0.01~0.02mm，这样套筒在向上移动时，两列轴承进入套筒会更容易，不会出现卡滞情况。

锁紧螺母5设置在套筒2内并压设在面对面配对轴承的上方轴承的外圈端面上，锁紧螺母5的下端面不与测量底座6接触，锁紧螺母5的外圆周面与套筒2的顶端内壁螺纹配合，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，锁紧螺母以及套筒上的螺纹采用螺纹磨削的方法加工，保证锁紧螺母与套筒配合时的精度。另外锁紧螺母的施压端面也需要进行精密磨削，其磨削方法如图3所示，其中磨削之前应保证套筒两端面的平行差。锁紧螺母5的上表面设有用于力矩扳手推动锁紧螺母5对面对面配对轴承施加载荷的盲孔51，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，必须对成对轴承施加精确的轴向预紧力，为此在锁紧螺母的上方设置两个盲孔，通过力矩扳手可以精确地在成对轴承的外圈上施加轴向预载荷。

为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，在外圈施加轴向载荷块，其目的有两个：①施加轴向载荷；②辅助的测量装置，在载荷块的顶部开设若干个槽，测量时将横向张力计插入槽内旋转既可。在载荷块1上开设有多个与测量底座6轴向中心线垂直的施力槽11，在施力槽11内设有驱动载荷块1以测量底座6轴向中心线转动的横向张力计7，为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，测量时使用横向张力计，根据成对轴承摩擦力矩的大小以及载荷块外径尺寸，选择分辨率合适的横向张力计，可以更准确的测量摩擦力矩。推动横向张力计7使载荷块1带动套筒2转动，套筒2带动面对面配对轴承的外圈旋转。

测量装置还包括安装底座8，安装底座8包括两个不等径同轴线的圆柱段，上段的安装底座8的直径大小与面对面配对轴承内圈内径尺寸相匹配，下段的安装底座8的直径大于面对面配对轴承外圈的内径尺寸，并小于套筒2的端面21的内径0.03-0.1mm。为实现成对轴承启动摩擦力矩的测量，本发明采用了图4中的安装底座，其作用有两个：①安装底座顶端台阶目的是减少轴承在安装过程中内径与其外径之间的接触长度，可方便快速将轴承安放在安装底座的第二个台阶上。②安装底座下端的直径要比外圈的内径尺寸大，单边尺寸可大约占到外圈宽度的1/5~1/3左右，因为按照面对面模式将轴承放置在安装底座上时，下列轴承的外圈将会掉落，从而造成下列轴承散套，而安装底座下端的直径比外圈的内径尺寸大时，由于有台阶的支撑，下列轴承不会散套，可快速实现面对面轴承的轴向预紧。

利用测量装置实现面对面配对轴承摩擦力矩测量方法，包括以下步骤：

步骤一、首先测量单套轴承在轴向X＞10N（此处选30N）下的凸出量，根据测量出来的凸出量，计算面对面配对轴承需要修研的凸出量数值，根据该数值修研其中一套轴承的外圈端面；

步骤二、按照轴向摩擦力矩与螺纹直径之间的关系，计算使用力矩扳手旋转的数值，即轴向紧固力F的具体数值；

步骤三、使用工艺保持架以及工艺钢球，将两套结构尺寸相同轴承装配完成待用；

步骤四、将安装底座放入套筒内，此时将两套轴承按照面对面的方式，分别单独安装到安装底座上，位于上方的一套轴承为上列轴承，位于下方的一套轴承为下列轴承，将套筒沿轴向方向移动，将两套轴承装入套筒内，并沿轴向继续移动套筒直至彻底与安装底座分离；

步骤五、将锁紧螺母旋入套筒内，直至套筒下端接触上列轴承，此时将力矩扳手插入锁紧螺母的盲孔内，旋转力矩扳手至力矩扳手表盘上的F位置，得到面对面配对轴承轴向预紧组件；

步骤六、将面对面配对轴承轴向预紧组件从上方安装到测量底座上，将载荷块放置在套筒上，横向张力计的表针插入载荷块的施力槽内，横向拨动张力计，当载荷块发生转动时，记下横向张力计上的数值A，单位g；

步骤七、载荷块的半径尺寸为B，单位为cm，则该点的轴承启动摩擦力矩为A*B，单位为g.cm；

步骤八、将横向张力计更换至载荷块上不同位置的施力槽，重复步骤六~七，测量同一方向剩余点的摩擦力矩；

步骤九、反方向测量时，将横向张力计向相反方向转动，按照步骤六~八测量即可，得到正方向和反方向所有点的摩擦力矩。

Claims (1)

1.面对面大直径配对轴承摩擦力矩测量装置，包括面对面配对轴承与测量底座（6），面对面配对轴承的两套轴承结构尺寸相同，并在轴向方向相贴合套设在测量底座（6）上，其特征在于：所述的测量底座（6）的上端为与面对面配对轴承内圈相贴合的第一圆柱底座（61），测量底座（6）的下端为设置在第一圆柱底座（61）的下方并对面对面配对轴承的下方轴承内圈底面进行支撑的第二圆柱底座（62），测量装置还包括对面对面配对轴承实现轴向预紧的锁紧螺母（5）和套筒（2），以及套设在套筒（2）外侧带动套筒（2）转动的载荷块（1），套筒（2）套设在面对面配对轴承的外侧并与面对面配对轴承的外圈表面相匹配，套筒（2）的底面设有对面对面配对轴承的下方轴承外圈底面进行支撑的端面（21）， 锁紧螺母（5）设置在套筒（2）内并压设在面对面配对轴承的上方轴承的外圈端面上，锁紧螺母（5）的下端面不与测量底座（6）接触，锁紧螺母（5）的外圆周面与套筒（2）的顶端内壁螺纹配合，锁紧螺母（5）的上表面设有用于力矩扳手推动锁紧螺母（5）对面对面配对轴承施加载荷的盲孔（51），在载荷块（1）上开设有多个与测量底座（6）轴向中心线垂直的施力槽（11），在施力槽（11）内设有驱动载荷块（1）以测量底座（6）轴向中心线转动的横向张力计（7），推动横向张力计（7）使载荷块（1）带动套筒（2）转动，套筒（2）带动面对面配对轴承的外圈旋转；

测量装置还包括安装底座（8），安装底座（8）包括两个不等径同轴线的圆柱段，上段的安装底座（8）的直径大小与面对面配对轴承内圈内径尺寸相匹配，下段的安装底座（8）的直径大于面对面配对轴承外圈的内径尺寸，并小于套筒（2）的端面（21）的内径0.03-0.1mm；

利用上述测量装置实现大直径面对面配对轴承摩擦力矩测量方法，包括以下步骤：

步骤一、首先测量单套轴承在轴向X下的凸出量，根据测量出来的凸出量，计算面对面配对轴承需要修研的凸出量数值，根据该数值修研其中一套轴承的外圈端面；

步骤二、按照轴向摩擦力矩与螺纹直径之间的关系，计算使用力矩扳手旋转的数值，即轴向紧固力F的具体数值；

步骤三、使用工艺保持架以及工艺钢球，将两套结构尺寸相同轴承装配完成待用；

步骤四、将安装底座放入套筒内，此时将两套轴承按照面对面的方式，分别单独安装到安装底座上，位于上方的一套轴承为上列轴承，位于下方的一套轴承为下列轴承，将套筒沿轴向方向移动，将两套轴承装入套筒内，并沿轴向继续移动套筒直至彻底与安装底座分离；

步骤五、将锁紧螺母旋入套筒内，直至套筒下端接触上列轴承，此时将力矩扳手插入锁紧螺母的盲孔内，旋转力矩扳手至力矩扳手表盘上的F位置，得到面对面配对轴承轴向预紧组件；

步骤六、将面对面配对轴承轴向预紧组件从上方安装到测量底座上，将载荷块放置在套筒上，横向张力计的表针插入载荷块的施力槽内，横向拨动张力计，当载荷块发生转动时，记下横向张力计上的数值A，单位g；

步骤七、载荷块的半径尺寸为B，单位为cm，则该点的轴承启动摩擦力矩为A*B，单位为g.cm；

步骤八、将横向张力计更换至载荷块上不同位置的施力槽，重复步骤六~七，测量同一方向剩余点的摩擦力矩；

步骤九、反方向测量时，将横向张力计向相反方向转动，按照步骤六~八测量即可，得到正方向和反方向所有点的摩擦力矩。

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