CN115077759A - 一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴承动态摩擦力矩的测量设备及其测量方法,包括测量转台和力矩检测机构；所述测量转台包括固定件和转动件，所述固定件形成有上下贯通的中心孔腔，转动件转动式安装在固定件的中心孔腔内，所述力矩检测机构包括轴承支架、测量盘、水平挡杆和力传感器，所述轴承支架固定在所述支撑台的上端面，轴承支架用于和与被测轴承的内圈固定连接，测量盘用于套装在被测轴承的外圈，测量盘可相对轴承支架进行转动，测量盘的侧面固定设置有两个对称的水平挡杆。本装置采用液体静压转台，使得装置摩擦小，测试结果准确，承载大，使用较小的力即可使较大的轴承转动。

Description

一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备及其测量方法

技术领域

本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备及其测量方法。

背景技术

现在机械设备对轴承的性能要求越来越高，不在局限于几何尺寸，已经开始注重轴承的动态性能指标，其中轴承的动态摩擦力矩是一个十分重要的指标。目前测量轴承动态性能的设备多数为只能测量中小型轴承，针对较大型轴承摩擦力矩测量的设备寥寥无几。况且测量轴承摩擦力矩多采用气浮转台来尽可能地排除外部接触性摩擦因素所产生的阻力力矩的影响，但是气浮转台承载力太小，且由于气体的可压缩性会导致转台不稳定，从而影响测试结果的准确性。若直接采用轴支撑，则承载受到了限制，且需要很大的力才能转动轴承，在测试过程中，轴的刚度也会对测试有影响。也有一般支撑转台由于采用传统接触轴承使得在运行过程中摩擦阻力大，静压轴承工作在极低的转速出现爬行和蠕动现象，工作在极高的转速下会产生温升，振动和噪声也较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备及测量方法，本装置采用液体静压转台，使得装置摩擦小，测试结果准确，承载大，使用较小的力即可使较大的轴承转动。

本发明的目的之一通过如下方案实现：一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，包括测量转台和力矩检测机构；所述测量转台包括固定件和转动件，所述固定件形成有上下贯通的中心孔腔，转动件可转动式安装在固定件的中心孔腔内，向转动件与固定件之间通入油液以在两者对置面的间隙形成油膜；所述力矩检测机构包括轴承支架、测量盘、水平挡杆和力传感器，所述轴承支架固定在所述转动件的上端面，轴承支架用于和被测轴承的内圈固定连接，测量盘用于套装在被测轴承的外圈，测量盘可相对轴承支架进行转动，测量盘的侧面固定设置有两个对称的水平挡杆，水平挡杆可与设置在测量盘两侧的力传感器阻挡接触。

作为优选方案，所述转动件动力输入轴与气动夹爪连接，气动夹爪包括夹爪基座和位于夹爪基座上的夹爪，夹爪夹装在动力输入轴的外侧，夹爪与动力输入轴之间预留有一定间隙，以使得动力输入轴端能够相对夹爪上下活动，且夹爪基座与驱动机构传动连接，驱动机构通过气动夹爪能够为转动件提供转动动力。

作为优选方案，所述驱动机构包括同步带轮、同步带和驱动电机，所述同步带轮设置在气动夹爪的下端，所述同步带轮通过同步带与驱动电机实现传动连接。

作为优选方案，还包括液压油供油系统，液压供油系统包括油箱、一级滤油器、低压辅助泵、二级滤油器和多头泵，油箱的出油口与一级滤油器的进口对接连通，一级滤油器的出口与低压辅助泵的进口对接连通，低压辅助泵的出口与二级滤油器进口对接，液压油经过二级滤油器供给多头泵，多头泵用于将油液输送给所述测量转台。

作为优选方案，所述转动件包括中间轴部、上圆盘和下圆盘，其中上圆盘和下圆盘平行设置，且位于中间轴部的两端，中间轴部穿设在固定件的中心孔腔内，所述上圆盘下端面与固定件的对置面之间形成有顶面油腔，下圆盘上端面与固定件的对置面之间形成有底面油腔，中间轴部与固定件的对置面之间形成有侧面油腔。

作为优选方案，所述固定件包括内芯轴、壳体和阀体，所述内芯轴和壳体均为回转体结构，沿壳体的中心轴线形成有上下贯通的孔腔，壳体的孔腔内用于安装所述内芯轴，所述壳体与内芯轴固定连接，在壳体与内芯轴上形成有用于为转动件与固定件之间各油腔供油的油道，所述壳体的外柱面油道进口对应设置有若干凹槽，在凹槽内安装设置有阀体；阀体用于调节转动件与固定件之间各油腔的供油量。

作为优选方案，所述阀体内具有两个供油油道，两个供油油道分别与壳体外侧壁的两个供油孔的进口端对应衔接，所述阀体用于根据测量转台的负载的大小，调节两个供油油道的供油量大小，以使得测量转台能够根据负载的大小，调节转动件与固定件之间顶面油腔、底面油腔处的油液流量和油膜厚度以及侧面油腔的油液流量。

作为优选方案，所述阀体的两个供油油道中，第一供油油道的出口端与壳体外侧壁的的其中一个供油孔的进油端衔接，用于为顶面油腔和侧面油腔供油，第二供油油道的出口端与壳体外侧壁的另外一个供油孔的进油端衔接，用于为所述底面油腔供油。

作为优选方案，所述阀体包括调节阀本体、上端盖和下端盖，其中调节阀本体的中心开设有上下贯通的滑移通道，在滑移通道的两端处还形成有用于安装推杆组件的容纳腔，在滑移通道内安装有阀杆，根据所述推杆组件的推动方向，所述阀杆能够沿滑移通道的长度方向进行移动，其中第一供油油道通过下支路油道连通滑移通道第一端的容纳腔，第二供油油道通过上支路油道连通滑移通道第二端的容纳腔，分别用于向两端容纳腔供入液压油，以通过供入的液压油顶动所述推杆组件，进而推动阀杆在滑移通道中移动，以调节两个所述供油油道的开度。

本发明的目的之二是提供一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量方法，具体步骤如下：

步骤一、首先，启动驱动电机，通过同步带带动气动夹爪旋转，进而带动测量转台的上盘轴旋转；

步骤二、当被测轴承内圈被带动转动时，测量盘和被测轴承的外圈同步转动，安装在测量盘上的水平挡杆碰触到力传感器后，会给被测轴承的外圈一个反向的阻力，使得被测轴承外圈处于相对静止的平衡状态；

步骤三、力传感器实时记录测量力的大小，稳定运行后计算出被测轴承的动摩擦力矩值。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

其一、本发明中测量设备，由检测机构、静压转台、驱动机构和液压系统等部分组成通过自动加载装置对轴承施加载荷，液体静压转台带动被测轴承内圈旋转，在轴承摩擦力矩的作用下轴承外圈随内圈一起转动，力传感器对外圈施加反作用力矩，阻碍轴承外圈的旋转，施加的力矩与轴承摩擦力矩保持动态平衡状态。称重传感器测量施加的实时载荷，力传感器测量试验轴承转动的实时摩擦阻力，测量系统通过力臂计算出被试验轴承的摩擦力矩。具体分析如下：力矩检测机构包括轴承支架、测量盘、水平挡杆和力传感器，两个挡杆呈180°对称安装在测量盘外径上，挡杆设计为两个且对称布置是为了防止轴承产生额外的倾覆力矩，避免影响测量结果，测量盘套放在被测轴承的外圈上，被测轴承的内圈套放在轴承支架上，轴承支架与转轴的上端面固定连接。测量盘和负载对被测轴承进行轴向加载，并且需要保证测量盘和负载能与外圈同步运动。当内圈转动时，测量盘和外圈同步转动，安装在测量盘上的挡杆碰触到力传感器后，会给外圈一个反向的阻力，使得外圈处于相对静止的平衡状态，被测轴承的动态摩擦力矩通过挡杆传递给力传感器。

其二、本发明的测量设备采用了新型结构的转台，该转台摩擦小，测试结果准确，承载大，使用较小的力即可使较大的轴承转动。该液体转台由于在运转过程中固定件和转动件没有实际接触，因此不会产生较高的温度，且该转台以高压油作为润滑剂和承载面，可以承载较重的物体，同时转台具有自适应能力，且稳定性高等优点，使得所测得动态摩擦力矩更加精确。（现有技术中，测量轴承摩擦力矩多采用气浮转台来尽可能地排除外部接触性摩擦因素所产生的阻力力矩的影响，但是气浮转台承载力太小，且由于气体的可压缩性会导致转台不稳定，从而影响测试结果的准确性。）

其三、本方案中，驱动机构由同步带轮、同步带和伺服电机组成，完成系统检测时，被测轴承所需要的在固定转速下运动。采用伺服电动机输出固定转速,通过同步带传动带动气动夹爪和静压测量转台运动，转台带动被测轴承连续平稳运转。由于转台使得被测轴承处于悬浮状态，需要较小的力即可驱动，缩短了加速过程。

附图说明

图1为本发明测量设备中的测试原理图；

图2为测量设备的整体结构图；

图3为驱动机构的结构图；

图4为气动夹爪的结构图；

图5为本发明的力平衡法原理图；

图6为测控系统结构框图；

图7为动摩擦力矩测量模型图；

图8入口流量对静压测量转台承载力的影响关系图；

图9为测量转台的剖视图；

图10为壳体的剖视图；

图11为壳体的立体图；

图12为阀体的剖视图；

图13为内芯轴的剖视图；

图14为由转轴和下盘轴组成的转动件的剖视图；

图15为底部垫板的结构图；

图16为外壳的剖视图；

图中标记：

1、轴承支架，2、测量盘，3、水平挡杆，4、力传感器，5、被测轴承，6、负载；200、液体静压转台；

7、液压油供油系统，701、油箱，702、一级滤油器，703、低压辅助泵，704、压力表一，705、二级滤油器，706、溢流阀，707、多头泵，708、压力表二，709、压力继电器。

8、气动夹爪，81、夹爪基座，82、夹爪；

9、驱动机构，91、同步带，92、同步带轮，93、驱动电机；

11、外壳，111、进油口，112、出油孔，

12、壳体，121、水平供油孔，122、同心圆环槽，123、顶部油槽，125竖直供油孔，126、环形连通槽，127、底部供油孔，128、槽形孔，19、凹槽；

13、内芯轴，131、中空腔体一，132、侧面凹槽，133、油槽孔一，134、密封槽五；

14、转轴，141、上圆盘，142、上转轴部，143、凸缘；

15、阀体，151、分油道一，152、分油道三，153、上支路油道，154、上推杆，155、阀杆，156、分油道四，157、分油道二，158、下推杆，159、下支路油道，1510、调节阀本体，1511、上端盖，1512、下端盖，1513、复位弹簧，1514、连通油道；

16、底部垫板，161、环形凹槽，162、油槽孔二；

17、下盘轴，171、连接盘体，172、连接轴部，173、下转轴部；

18、底座。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

如图所示，如图1-2所示，本实施例提供一种轴承动态摩擦力矩测量设备，包括一个测量转台200，在测量转台200上设置有力矩检测机构，在测量转台200下方设置有驱动机构9，测量转台200还连通有液压油供油系统7。所述测量转台200包括固定件和转动件，所述固定件形成有上下贯通的中心孔腔，转动件可转动式安装在固定件的中心孔腔内，在转动件与固定件之间充有油液，以在转动件与固定件相对转动时，在两者之间形成油膜，使得转动件与固定件不发生直接接触。

本方案中，力矩检测机构包括轴承支架1、测量盘2、水平挡杆3和力传感器4，其中轴承支架1固定安装在转动件的上端面中心，被测轴承5的内圈套放在轴承支架1上，轴承支架1与被测轴承5的内圈固定连接，在被测轴承5的外圈固定有测量盘2，测量盘2可以由两个分体式的盖体夹装在被测轴承5外圈组合而成，测量盘2外侧固定设置有两个对称的水平挡杆3，两个水平挡杆3呈180°对称安装在盖体周围，水平挡杆3设计为两个且对称布置，目的是为了防止轴承产生额外的倾覆力矩，从而避免影响测量结果。水平挡杆3与设置在测量盘2两侧的力传感器4阻挡接触。

其工作原理如下：测量转台200通过下端的气动夹爪8与伺服电机93相连。电机93启动后通过同步带91带动气动夹爪8旋转，进而带动测量转台200的转动件旋转。该机械结构中，被测轴承5安装在轴承支架1上，轴承支架1安装在静压转台200的上盘轴14上，测量盘2和负载6对被测轴承5进行轴向加载，并且需要保证测量盘2和负载6能与外圈同步运动。当被测轴承5内圈转动时，测量盘2和被测轴承5的外圈同步转动，安装在测量盘2上的水平挡杆3碰触到力传感器4后，会给被测轴承5的外圈一个反向的阻力，使得被测轴承5外圈处于相对静止的平衡状态，被测轴承5的动态摩擦力矩通过水平挡杆3传递给力传感器4。

本发明解决了较大尺寸轴承难以测量，测量不准确等问题。该动摩擦力矩测量设备，由测量转台200驱动被测轴承5的内圈旋转，由于被测轴承5的内部自身的摩擦力带动被测轴承5的外圈旋转，力传感器4实时记录测量力的大小，稳定运行后计算出被测轴承的动摩擦力矩值。

本试验机用于测量较大型轴承内部自身的摩擦所引起的阻力力矩，其关键在于尽可能的地排除外部接触性摩擦因素所产生的阻力力矩的影响，因此采用液体静压转台技术将试验轴承悬浮。液体静压测量转台原理是通入液压油后，转台产生油膜承载台面以上的试验工装，使其悬浮起来，试验时被测轴承5会随着转动件悬浮，转动件带动被测轴承5的内圈转动时，被测轴承5的外圈只受到因被测轴承5转动而产生的摩擦力。本试验机采用的是力平衡法测量轴承动态摩擦力矩，测试原理图如图5所示。自动加载装置对轴承施加载荷，测量转台200带动被测轴承5的内圈旋转，在轴承摩擦力矩的作用下，被测轴承5的外圈随内圈一起转动，力传感器4对被测轴承5外圈施加反作用力矩，阻碍被测轴承5的外圈的旋转，施加的力矩与轴承摩擦力矩保持动态平衡状态。称重传感器测量施加的实时载荷，力传感器4测量试验轴承转动的实时摩擦阻力，测量系统通过力臂计算出被试验轴承的摩擦力矩。力平衡法原理如图所示，摩擦力矩为∶M=F*L其中:F为力传感器的输出力，L为力传感器的作用半径。

本方案中，如图3，驱动机构9整体位于底座10的下方，驱动机构9由同步带91、同步带轮92和驱动电机93组成，完成系统检测时，被测轴承5需要的在固定转速下运动。采用伺服驱动电机93输出固定转速,通过同步带91传动带动气动夹爪8和测量转台200运动，测量转台200带动被测轴承5连续平稳运转。由于测量转台200使得被测轴承5处于悬浮状态，需要较小的力即可驱动，能够有效缩短加速过程。且转台的自适应能力即可保证系统平稳地运动，降低振动和噪声,延长机械传动部分寿命。

本方案，同步带91具有运动无滑动，传动比精确等特点，确保了转台运动的准确性和可靠性。驱动电机93位置需要能够调动，以保证同步带91的松紧和水平。必要时也可以设置相应的减震措施，来防止驱动电机93的振动对测量的影响。驱动电机93通过同步带91把运动传递给气动夹爪8，进而使得转台旋转来带动被测轴承5内圈的旋转，完成被测轴承5内圈的驱动功能。

本实施例中，液压油供油系统7包括油箱701、一级滤油器702、低压辅助泵703、压力表一705、二级滤油器704、溢流阀706、多头泵707、压力表二708和压力继电器709，油箱701的出油口与一级滤油器702的进口对接连通，一级滤油器702的出口与低压辅助泵703的进口连通，低压辅助泵703的出口管道与二级滤油器704进口对接，在低压辅助泵703与二级滤油器704之间的管路上设置有压力表一705和溢流阀706，其中压力表一705用于显示该段管路上的油压，溢流阀706用于调节油液压力，液压油在经过二级滤油器704，供给多头泵707，多头泵707将油液输送给液压转台。其中二级滤油器704为精滤油器，多头泵707有四个泵，四个泵经过一分二的管道与测量转台200的八个供油孔相连接。在多头泵707的泵后管道上设置有压力表二708，用于显示该段管路进入液压转台前的油液压力，最后油液经过测量转台200的出油孔排出，并回流至油箱701中。压力继电器709是利用油液的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号，关闭多头泵707的电动机使多头泵707停止工作，起安全保护作用等。压力继电器709的调定值一步设置得较高，正常情况不会运行，主要起到保护系统的作用。

如图所示，本试验机测量动态摩擦力矩需要具有参数设定、数据存储、数据处理等功能。因为LabVIEW具有简单，操作简单，功能完备能够完成本试验机的要求。因此使用LabVIEW平台对控制软件进行编程，整个程序采用模块化设计。

本实施例，如图6，测控系统可以分为电机控制和信号处理两部分，运动控制卡与信号采集卡由工控机控制。运动控制卡控制电机进行运动，传感器信号由信号采集卡完成采集。得到的数据可以由工控机进行分析处理和呈现。如图6为测量系统结构框图，图7为动摩擦力矩测量模型。启动摩擦力矩值用M₁表示。当被测轴承5的内圈启动时，摩擦力矩值会从零逐渐增大直至达到最大值即M_MAX,此时被测轴承5的内外圈则会产生相对运动的趋势，摩擦力矩值逐渐下降直至变成动摩擦力矩，轴承动摩擦力矩值即为内外圈运转平稳后取的平均数据值。

本实施例的测量转台200，参照图9，可以采用如下结构：包括底座18、外壳11、壳体12、内芯轴13、上盘轴14、阀体15、底部垫板6和下盘轴17，其中，底座18、外壳11、壳体12、内芯轴13、阀体15和底部垫板6组成固定件，外壳11与壳体12同心连接于底座18上，内芯轴13安装于壳体12的中心孔内，壳体12与内芯轴13下部通过底部垫板6固定，上盘轴14放置于内芯轴13的中心孔内，内芯轴13的中心孔即为所述固定件的中心孔腔，上盘轴14的底部与下盘轴17连接构成转动件，下盘轴17底部与气动夹爪8相连，气动夹爪8与驱动机构9连接。驱动机构9输出固定转速,从而带动气动夹爪8和测量转台200的转动件运动，测量转台200带动被测轴承5的内圈连续平稳运转。本方案通过测量转台200排除了外部接触性摩擦因素所产生的阻力力矩的影响，在测量轴承的动态性能指标过程中，例如被测轴承5的动态摩擦力矩的测量，保证了测试结果的准确性。

本实施例中，底座18包括安装平台和支腿，支腿位于安装平台的下方，在安装平台的中心形成有中心孔，底座18的安装平台分别通过螺钉与外壳11、壳体12固定连接，其中在外壳11与底座18的对接处的螺钉内侧设置有密封槽一，在壳体12与底座18对称处的螺钉周围设置有密封槽二，密封槽一、二内均用于填充密封材料，用于防止液压油溢出。

本方案中，外壳11为环形筒状结构，其下沿与底座18对接，在外壳11壳体的侧壁上中间位置对称分布着4对进油孔111，每对进油孔111设置有上下两个，共8个进油孔111，在靠近下部位置设置有出油孔112，进油孔111通过供油系统为壳体内提供液压油，出油孔112用于液压油的排出，并回流至供油系统。

本实施例中，参照图10，壳体12为回转体结构，沿壳体12的中心轴线形成有贯通的中空腔体二，中空腔体二为阶梯孔结构，中空腔体二内用于安装内芯轴13，壳体12与内芯轴13固定连接，壳体12与支撑台141的对置面上形成有至少一个顶部油槽123，优选地，可以设置2-6个，顶部油槽123的结构为扇形，本实施例图中所示为4个扇形油槽，4个扇形油槽呈中心对称布置，以围成整体呈圆环结构的形状，在扇形油槽的外侧分别有若干深度较小的同心圆环槽122，同心圆环槽122为环形槽状结构，设置同心圆环槽122的目的在于阻碍流出油的速度，增大油液的压力，提高测量转台200的承载能力。

本实施例，在顶部油槽123内形成有与其连通的至少一个竖直供油孔125，本实施例图中所示为1个竖直供油孔125，且设置在顶部油槽123的中心，在顶部油槽123和上盘轴14的圆盘141下端面之间围成顶面油腔。在壳体12的环形内壁形成有水平供油孔121，用于为内芯轴13的侧面油腔供油；水平供油孔121贯通壳体12的侧壁，与竖直供油孔125下端对接连通。水平供油孔121与中空腔体二的连接处设置有环形连通槽126，环形连通槽126使得多个水平供油孔121的出口端相通，用于为内芯轴13的所有油槽孔一133均匀供油，实质上，水平供油孔121中段与竖直供油孔125连接，使得水平供油孔121油液一部分供油于顶面油腔，另一部分供油于侧面油腔，底面供油孔127的进口端开设在壳体12的外侧壁上，底部供油孔127的出口端开设在壳体12的底部，且和底部垫板16的油槽孔二162衔接连通，用于为底面油腔供油。底部分布的四个底部供油孔127的出油口分别与底部垫板16的油槽孔二162同心对应，壳体12底部形成有排油腔，在排油腔的侧壁还设有若干槽形孔128，用于将油液排出，进入壳体12和外壳11之间的空间并排出,在水平供油孔121和底部供油孔127的进油端设置有4个凹槽129，用于对应安装阀体15。

如图8所示，显示为测量转台200的承载力和油膜厚度的关系：在流量一定的情况下，油膜厚度越大，承载越小，反之，厚度越小承载越大。转台的承载力和流量的关系如下：在油膜厚度一定的情况下，流量越大承载越大，流量越小承载越小；因此可以通过减小油膜厚度和增大流量的方式来提高转台承载力。

需要说明的是：上盘轴14和壳体12之间的上方油膜、底部垫板6和下盘轴17之间的下方油膜是浮动的，油膜厚度可以变化。而内芯轴13和上盘轴14之间的油膜厚度是固定不变的，因此内芯轴13和上盘轴14之间的油膜只能通过增大流量的方式来增大承载和刚度。

本方案中，如图13，内芯轴13套设于壳体12的中空腔体二内，中空腔体二的上端口形成有台阶，内芯轴13的上端外缘形成有与该所述台阶配合的凸缘，内芯轴13沿轴心线方向有一中空腔体一131，中空腔体一131内壁上设置有4个通有油液的侧面凹槽132，每个侧面凹槽132都有一用于为侧面凹槽132供油的油槽孔一133，装配后，油槽孔一133与壳体12的水平供油孔121相对应；外部设有两个环形密封槽五134，用于防止液压油的外泄；中空腔体一131内用于安装上盘轴14的转轴部142，油槽孔一133贯通内芯轴13的侧壁，侧面凹槽132与转轴部142外壁之间围成侧面油腔。

本方案中，图14中转动件整体包括中间轴部、上圆盘、下圆盘和驱动轴部，其中上圆盘和下圆盘平行设置，且位于中间轴部的两端，中间轴部穿设在固定件的中心孔腔内，驱动轴部垂直设置在下圆盘的下端面中心处，所述上圆盘下端面与固定件的对置面之间形成有顶面油腔，下圆盘上端面与固定件的对置面之间形成有底面油腔，中间轴部与固定件的对置面之间形成有侧面油腔。本方案的转动件可以采用如下结构：转动件包括上盘轴14和下盘轴17，在上盘轴14的转轴部142下端部通过螺钉连接有下盘轴17。

具体地，上盘轴14包括上圆盘141和设置在上圆盘141下方的上转轴部142；其中上转轴部142自上而下穿过于内芯轴13中心的孔腔，工作时，内部通有高压油的顶部油槽121和侧面凹槽132使上盘轴14的底面和侧面悬浮。上圆盘141上端面与被测轴承5的轴承支架1用螺栓连接，进而使得检测机构悬浮。上圆盘141边缘有一向下的环形凸缘143，防止向外喷油，在一个未附图的实施例中，环形凸缘143的内圈侧还设置有与壳体12的同心圆环槽122间隙配合的凸台，凸台与同心圆环槽122间隙配合，能够进一步降低顶部油槽123处油液向外的流速，上转轴部142的外径要与内芯轴13的中心孔内径形成间隙配合。

本实施例中，下盘轴17的作用是限制上盘轴14的轴向移动；下盘轴17包括下圆盘171、连接轴部172和下转轴部173，连接轴部172和下转轴部173分别设置在下圆盘171的上下两端面轴心位置，上转轴部142自上而下由固定件的中心孔腔穿过，且与所述连接轴部172固定对接，以组成转动件的中间轴部，其中连接轴部172通过螺钉固定连接于上盘轴14的上转轴部142的下端，在下圆盘171上端面和底部垫板6的环形凹槽62之间围成底面油腔。下盘轴17下端的下转轴部173与气动夹爪8连接，气动夹爪8带动下盘轴17旋转。下盘轴17上端连接上盘轴14，进而带动上盘轴14旋转，使得被测轴承5的内圈运动。

本实施例中，如图12，阀体15内具有两个供油油道，与水平供油孔121和底面供油孔127的进口端衔接，阀体15用于根据测量转台200的负载的大小，从而调节两个供油油道供油量大小以及顶面和底面的油膜厚度，以使得测量转台200具有根据负载大小调节自适应能力，阀体15与壳体12连接处油道两侧使用密封圈密封。

阀体15的作用是：来调节顶面油腔和底面油腔的油压大小，使得测量转台200拥有自适应能力。阀体15可采用如下结构：阀体15包括调节阀本体1510、上端盖1511和下端盖1512。其中调节阀本体1510的中心开设形成有上下贯通的滑移通道，在滑移通道用于安装阀杆155，阀杆155能够沿滑移通道的长度方向移动，在滑移通道的两端处还形成有用于安装上推杆154、下推杆158和复位弹簧1513的容纳腔，容纳腔与滑移通道的连接过渡处形成有台阶。阀体15用于自动调控顶面油膜和底面油膜的大小，使其一直处于平衡状态，具有自适应能力，目的在于无论空载还是重载时上盘轴14都处于悬浮状态。

本实施例，上、下推杆154，158均包括推板和位于推板一端面的推杆头，推板的另一端面形成有推板油槽，推杆头穿设通过复位弹簧1513，且推杆头的端部能够伸入滑移通道内，并可推动阀杆155移动。

本方案中，复位弹簧1513的一端与推板接触，另一端与容纳腔与滑移通道过渡处的台阶接触，当上推杆154或下推杆158被液压油推动发生移动时，能够通过压缩复位弹簧1513，从而使得推杆头与阀杆155的一端抵触并推动阀杆155移动，复位弹簧1513能够促使上、下推杆复位。

本实施例，在阀杆155中段外壁形成有环形连通凹槽一和环形连通凹槽二，在环形连通凹槽一和环形连通凹槽二之间设置有隔挡块，分油道一151和分油道二157通过阀杆155中段的环形连通凹槽一实现接通，分油道三152和分油道四156通过阀杆155中段的环形连通凹槽二实现接通。

本方案，参照图12，在调节阀本体1510的侧壁上形成有两个供油油道中，其中第一供油油道由分油道一151和分油道二157对接组成，分油道一151和分油道二157错位相对，其中环形连通凹槽一位于分油道一151和分油道二157的连接处，其中分油道二157为供油端，分油道一151为出油端，第二供油油道由分油道三152和分油道四156组成，分油道三152和分油道四156错位相对，其中环形连通凹槽二位于分油道三152和分油道四156的连接处，其中分油道四156为供油端，分油道三152为出油端，分油道一151和分油道三152位于调节阀本体1510的出油侧，且在两者之间形成隔挡块，分油道二157和分油道四156位于调节阀本体1510的进油侧，且在两者之间形成隔挡块，隔挡块使得第一供油油道和第二供油油道隔离开，避免液压油通过滑移通道串流。

本方案，在上端盖1511开设有用于调节上推杆进退的上支路油道153，在下端盖1512开设有用于调节下推杆进退的下支路油道159。

需要说明的是，当空载时，液压油分油道四156进且分油道三152出，分油道二157进且分油道一151出，壳体12与上盘轴14之间的油膜承载上盘轴14和下盘轴17的重力，而底部垫板6和下盘轴17的油膜所产生的力则需要限制内芯轴13和下盘轴17向上运动。若顶面油膜对上盘轴14向上的力为F1，底面油膜对底部垫板6向下的力为F2，内芯轴13和下盘轴17的重力为G1，负载和被测轴承的重力为G2。空载时F1=F2+G1。因此时顶面油腔对内芯轴13向上的力F1是最小的时候，所以壳体12与上盘轴14之间的油膜达到所设置的最大油膜间隙。而当重载时，F1=F2+G1+G2，壳体12与上盘轴14之间的油膜间隙会随着负载6和被测轴承5的重力G2的增大而减小。

本方案，在调节阀本体1510上还设置有连通油道1514，连通油道1514呈7字形，其一端与分油道二157连通，另一端可与分油道三152连通，当负载较大时，则需要更大的进油量。负载增大时，通过下支路油道159的油压的增大，阀杆155上行，实现了分油道三152和分油道四156之间连接处的开度增大，从而分油道一151和分油道二157连接处的开度缩小，同时，连通油道1514通过环形连通凹槽二开始接通分油道三152，也即连通油道1514的出油口与阀杆155的环形连通凹槽二开始衔接连通。此时分油道四156、连通油道1514同时为分油道三152供油，因此分油道三152的供油流量随之更大，分油道三152接通顶面油腔和侧面油腔进行供油，承载能力也会更大。

本方案中，空载时，由于压力油的作用，顶面油膜最大，底面油膜最小，底面油膜压力增大进而限制上盘轴14向上运动。另外当空载时，则通过上支路油道153的油压相应增大，阀杆155下行，实现了分油道三152和分油道四156之间连通油道处的开度减小，从而分油道一151和分油道二157连接处的开度增大，此时连通油道1514与分油道三152之间是关闭的，从而使得油液更多向底部垫板16和下盘轴17之间进行供应，通过增大流量来增大下方油膜压力。因此，顶面油腔和底面油腔是通过改变流量和油膜厚度来实现自适应调节，而侧面油腔只能通过改变流量来实现自适应调节。

当负载增大时，上盘轴14与壳体12之间所需的油压需要进一步增大，则通过下支路油道159的油压的增大，阀杆155上行，实现了分油道三152和分油道四156之间连通油道处通道开度增大，从而分油道一151和分油道二157连接处通道开度缩小，从而使得油液更多向上盘轴14和壳体12之间进行供应，此方法是通过增加流量来增加转台承载力。另外就是当负载增大时，会使得顶面油膜厚度减小，进而提高承载。

本方案的转台的工作原理如下：阀体15使得转台具有自适应能力，空载时分油道一151与分油道二157相通，分油道一151接通底面油腔，分油道三152和分油道四156相通，分油道三152接通侧面油腔和顶面油腔。当负载增大时，则需要更大的油膜来承载，则分油道三152里面的压力油压力增大，分油道三152与下支路油道159连通，因此分油道三152里的油压也会增大，进而推动下推杆158向上移动，下推杆158推动阀杆155向上移动，反之则相反。因此该转台依靠阀体15来调节平衡，具有自适应能力。

底部垫板6的作用是：连接内芯轴13和壳体12使之固定成为一体，参照图15，底部垫板6位于内芯轴13的下端，其内外侧分别与内芯轴13和壳体12通过螺钉固定连接，底部垫板6为空心环状结构，其中心通孔处用于穿设上盘轴14的转轴部142，底部垫板16下端面形成有一环形凹槽161，在环形凹槽161内设置有上下贯通的油槽孔二162，油槽孔二162沿底部垫板16中心轴线对称设置，用于为环形凹槽161供油。油槽孔二162的上端与底面供油孔127的出油口相衔接。在底部垫板6的的环形凹槽161的背侧，油槽孔二162的上方进油端均环绕设置有密封槽三，密封槽三为围绕油道衔接口的小密封环，在靠近底部垫板6的中心通孔处整个周向环绕设置有密封槽四，用于防止油液从底部垫板6与壳体12、内芯轴13的连接处泄漏。

如图所示，气动夹爪8通过四个夹爪82夹持下盘轴17的下端的夹持部，下盘轴17的下端为转动件的动力输入轴，气动夹爪8的下端设置同步带轮92，同步带轮92通过皮带连接无刷电机93，电机93为气动夹爪8提供旋转的动力，气动夹爪8夹持下盘轴17旋转，因此带动上盘轴14的上圆盘141旋转，进而使得被测轴承15的内圈旋转。本测试装置选用气动夹爪8是因为上盘轴14和下盘轴17组成的转动件是处于浮动的状态，若使用现有技术中的轴直接进行固定连接，会使得轴上下移动，进而影响测试精度。因此，正常情况下，气动夹爪8的夹爪端与下盘轴17的下轴端之间是具有间隙的，目的是能够带动下盘轴17转动即可，而下盘轴17保持相对气动夹爪8能够上下移动。在后续该转台用于其他测试场合时，减少了轴刚度对测试的影响，进而能够提高测试精度。气动夹爪8包括夹爪基座81和4个夹爪82，4个夹爪82设置在夹爪基座81上能够分别向夹紧方向或松开方向开合，以实现与下盘轴17传动连接或相脱离。再者是因为气动夹爪8为转台提供动力后，转台平稳运行后，可以通过气动开关来控制气动夹爪8的松开，当夹爪82松开下盘轴17的下端时，夹爪8将与下盘轴17脱离而无动力传动，测量转台200能够在自身惯性作用下转动，能够用于测量其他数据参数，使得测量转台的实现用途更多。

本方案的工作原理如下：高压油通过外壳11上的两个进油孔111进入外壳11，液压油经过阀体15后进入转台内部壳体12，通过壳体12上的两个水平供油孔121供油给油腔。其中水平供油孔121在壳体中一分二，一部分液压油通过竖直供油孔125为4个扇形油槽供油，多余的油通过壳体12上同心圆环槽122流出，同心圆环槽122目的在于减小油的流出速度，以增大油压。水平供油孔121的出口端供油于侧面油腔，来限制上盘轴14的径向移动，进而增加转台的稳定性。底部供油孔127经过底部垫板16为环形凹槽161供油；在空载时，壳体12与上盘轴14之间的油膜厚度达到最大，随着载荷的增大，壳体12与上盘轴14之间的油膜厚度越来越小。壳体12与上盘轴14之间的油通过壳体12与外壳11的缝隙，排到壳体12与外壳11之间，而下盘轴17和底部垫板16之间的油，通过下盘轴17和底部垫板16的缝隙，向两侧排到下盘轴17和底座18之间，而下盘轴17与底座18之间的油会通过壳体12的槽型孔28，排出进入与壳体12与外壳11之间间隙，最终通过外壳11上的出油孔112流出进行再利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：包括测量转台和力矩检测机构；所述测量转台包括固定件和转动件，所述固定件形成有上下贯通的中心孔腔，转动件可转动式安装在固定件的中心孔腔内，向转动件与固定件之间通入油液以在两者对置面的间隙形成油膜；所述力矩检测机构包括轴承支架、测量盘、水平挡杆和力传感器，所述轴承支架固定在所述转动件的上端面，轴承支架用于和被测轴承的内圈固定连接，测量盘用于套装在被测轴承的外圈，测量盘可相对轴承支架进行转动，测量盘的侧面固定设置有两个对称的水平挡杆，水平挡杆可与设置在测量盘两侧的力传感器阻挡接触。

2.如权利要求1所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述转动件动力输入轴与气动夹爪连接，气动夹爪包括夹爪基座和位于夹爪基座上的夹爪，夹爪夹装在动力输入轴的外侧，夹爪与动力输入轴之间预留有一定间隙，以使得动力输入轴端能够相对夹爪上下活动，且夹爪基座与驱动机构传动连接，驱动机构通过气动夹爪能够为转动件的提供转动动力。

3.如权利要求2所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备及方法，其特征在于：所述驱动机构包括同步带轮、同步带和驱动电机，所述同步带轮设置在气动夹爪的下端，所述同步带轮通过同步带与驱动电机实现传动连接。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：还包括液压油供油系统，液压供油系统包括油箱、一级滤油器、低压辅助泵、二级滤油器和多头泵，油箱的出油口与一级滤油器的进口对接连通，一级滤油器的出口与低压辅助泵的进口连通，低压辅助泵的出口与二级滤油器进口对接，液压油经过二级滤油器供给多头泵，多头泵用于将油液输送给所述测量转台。

5.如权利要求4所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述转动件包括中间轴部、上圆盘和下圆盘，其中上圆盘和下圆盘平行设置，且位于中间轴部的两端，中间轴部穿设在固定件的中心孔腔内，所述上圆盘下端面与固定件的对置面之间形成有顶面油腔，下圆盘上端面与固定件的对置面之间形成有底面油腔，中间轴部与固定件的对置面之间形成有侧面油腔。

6.如权利要求5所述的任一项大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述固定件包括内芯轴、壳体和阀体，所述内芯轴和壳体均为回转体结构，沿壳体的中心轴线形成有上下贯通的孔腔，壳体的孔腔内用于安装所述内芯轴，所述壳体与内芯轴固定连接，在壳体与内芯轴上形成有用于为转动件与固定件之间各油腔供油的油道，所述壳体的外柱面油道进口对应设置有若干凹槽，在凹槽内安装设置有阀体；阀体用于调节转动件与固定件之间各油腔的供油量。

7.如权利要求6所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述阀体内具有两个供油油道，两个供油油道分别与壳体外侧壁的两个供油孔的进口端对应衔接，所述阀体用于根据测量转台的负载的大小，调节两个供油油道的供油量大小，以使得测量转台能够根据负载的大小，调节转动件与固定件之间顶面油腔、底面油腔处的油液流量和油膜厚度以及侧面油腔的油液流量。

8.如权利要求7所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述阀体的两个供油油道中，第一供油油道的出口端与壳体外侧壁的的其中一个供油孔的进油端衔接，用于为顶面油腔和侧面油腔供油，第二供油油道的出口端与壳体外侧壁的另外一个供油孔的进油端衔接，用于为所述底面油腔供油。

9.如权利要求7所述的一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量设备，其特征在于：所述阀体包括调节阀本体、上端盖和下端盖，其中调节阀本体的中心开设有上下贯通的滑移通道，在滑移通道的两端处还形成有用于安装推杆组件的容纳腔，在滑移通道内安装有阀杆，根据所述推杆组件的推动方向，所述阀杆能够沿滑移通道的长度方向进行移动，其中第一供油油道通过下支路油道连通滑移通道第一端的容纳腔，第二供油油道通过上支路油道连通滑移通道第二端的容纳腔，分别用于向两端容纳腔供入液压油，以通过供入的液压油顶动所述推杆组件，进而推动阀杆在滑移通道中移动，以调节两个所述供油油道的开度。

10.一种大尺寸轴承动态摩擦力矩的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、首先，启动驱动电机，通过同步带带动气动夹爪旋转，进而带动测量转台的上盘轴旋转；

步骤二、当被测轴承内圈被带动转动时，测量盘和被测轴承的外圈同步转动，安装在测量盘上的水平挡杆碰触到力传感器后，会给被测轴承的外圈一个反向的阻力，使得被测轴承外圈处于相对静止的平衡状态；

步骤三、力传感器实时记录测量力的大小，稳定运行后计算出被测轴承的动摩擦力矩值。

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