滚动轴承摩擦力矩测量技术

1、滚动轴承摩擦力矩测量技术（轴承研讨会资料）洛阳轴研科技股份有限公司仪器开发部2003年3月21日、轴承摩擦力矩测1的目的意义二、轴承摩擦力矩的特性-、一轴承摩擦加的种类及其定义兀 W摩擦力矩的组成部分五、轴承摩擦力矩的影响因素注:轴承摩擦力矩的t算方法-七、轴承摩擦力矩的测量原理和测量方法八、国内外轴承摩擦力矩测量仪简介轴承摩擦力矩测量的目的意义滚动轴承在旋转过程中以定性的粗略判断其轴承摩擦阻力大小。轴承摩擦阻力影响轴承寿命成品的旋转精度等方面转向了轴承的动态性能方面是使用单位最关心的两个重要技.因此的摩擦性能0轴承摩擦力矩的特性摩擦力矩特性曲线图摩擦力矩是轴承内外从式中可以看出轴承在旋转过程

2、中每个位置都具有一个摩擦以在测量过程中提取最大力矩可一种是灵活性检查：采用徒手检提高主机精度，满足使用单位对轴承摩擦陀螺仪轴承、卫星消旋天线轴承、运载大箭轴承、摩擦力矩和振动的测量，这也为了阐明摩擦力矩测量技术首先对轴承摩擦力矩的特性（图进行分析。查的方法，检查轴承在旋转时的阻滞现象轴承摩擦力矩测量技术的研究目的就是研究如何合理评定，准确测量轴承性能指标。轴承摩擦阻力的性能一般按两中方法进行评定性能的技术要求，这对尖端科学技术的发展和国防建设都有着重要意义擦性能。为改进轴承设计参数、改进加工工艺和分析轴承摩擦力矩的影响因素互相接触，故存在着摩擦阻力。另一种是以摩擦力一矩来衡量，这也总之目前世界

3、各国对于精密轴承质量的重点要求，已经由尺寸精度、几何精度由于其外圈、内圈、保持架、钢球、密封圈五大件之间mcp-平均摩擦力矩是一种科学的客观的测量方法。影响主机制导系统的可靠性和精确性的重要因素。角变位的函数J矩值，即被测量轴承摩擦力矩是个随机变量。平均力矩和力矩差值等性能指标，用于分析轴承摩飞行平台轴承等等，均需要更加严格的摩擦力矩测量。圈困难的课题。由于轴承摩擦力矩的影响因素较多，仪器的测量条件必须相对固定，才 承技术条件中除规定力矩4直范围外还必须规定仪器进行相对比较测量，所以一般轴 型号。'在对轴承摩擦力矩要求较高时，提高摩擦力矩测量的可靠性和精确性般采用专用的仪器进行模拟测量

4、，从而鉴于以土因素摩擦力矩的测量技术就是国内外生产广家和科研人员一个比较、轴承摩擦力矩的种类及其定义轴承摩擦力矩定义：轴承在旋转过程曲碍其运动的力矩总和轴承摩擦力矩的种类一.遇静态力矩：（启动力I 轴承两套圈从静止状态到开始相对转动的一瞬间所需克服的摩擦阻力矩）矩。轴承两套相对转动时. 矩、平均力矩和力矩所需克服的摩擦阻力矩。在测量时可提取最大力 差做为评定轴承动态摩擦性能参数。'（g准静态力矩：理论上虽分为静动态两种力矩,”壬的理论，提出了利用.二=方法5种力矩称为准静态力矩但日本学者曾根据静动态力矩成因相近极低转速下测量动态力矩可以近似获得静态力矩的四、轴承摩擦力矩的组成部分.轴承

5、在旋转过程中，钢球在内外沟道中自转和公转运动所产生的纯滚动摩擦。二；二_ 匸轴承在旋转过程中，钢球和内外滚道的接触变形而产生的滑动摩擦 保持架与钢球的接触位置置以及密封件与内外圈接触位1所产生的滑动摩二润滑剂的粘性阻力r _.其它因素，比如轴承巴|不干净、测量环境的振动等。 五、轴承摩擦力矩的影响因素为了减小轴承的摩擦力矩,为了准确可靠的测量轴承的摩擦力矩，必须对摩擦力矩各种影响因素进行分析。设计因素:般轴承尺寸越大其力矩也越大，但轴承结构和设计参数不同，对其力径向游隙和保持架等参数。矩的影响也不同，如沟曲率 . _加工精度因素：轴承摩擦力矩的大小稳定性在很大程度上取决于加工精度（表面粗糙度、

6、几何精度、尺寸精度、泰及成品的旋转精度），加工精度越低摩擦力矩越大。测量条件因素:（营）测量负荷：轴承要求在有负荷的情况下进都是在承受负荷条件下工作，所以在测量力矩时也 行，当施加的测量负荷大小、方向（轴向或径向）不同时其摩擦力矩值也不相（园润滑剂:五骨剂 所以测量轴承时对轴承中润相同。的粘度、.数量和清洁度对灵敏轴承处的影响很大, 润骨剂的质量和数量均应有严格规定（唾转速：轴承旋转时需克服空气阻力，并增加了搅拌润滑剂的功率损 耗，所以轴承转速越高则力矩越大。在中高速测量力矩时，瞬时峰值将被旋二 转零件的转动惯量超越或被测量系统吸收而不能真实反映出来，只能测量平力矩只能在极低氐转速和测量系统转

7、动惯量很小的条均摩擦力矩。而最大摩擦件下进行测量。间）测量位置：测量般国内外的昴对轴承施加径向负荷时,義被测轴承处于水平位置，伸1位置是指被测轴承轴线是位于垂直位置或水位置。轴承施加轴向负荷时，其被测轴承处于垂直位置 轴承的测量位置不同同而且存在着本质的差异。零件的运动状态也有所不同,其力矩值不仅大小不被测轴承的清洁度：轴承在测量前残磁较大、"清洗不干净和在测量造成轴承摩擦性能不好，这是厂家生产 并二过程中环境的污染都可能产生异常的摩擦；管理不可忽视的重要环节，对于灵敏轴承测量力矩前必须按照严格的清洗规程, .且轴承:的装配、测量均应在超净的尘埃粒数不方英尺大于工作间里进行。般国外规

8、定超净间的指标为每立机变量,其中相对稳定的力矩部分，是设计因素 和测量条件，而加工条件、清洁度等因素的力矩则是相当分散的，对测量值的影响总之，轴承摩擦力矩是个随也比较大，应予的尽量排除。所，由承摩擦力矩是各种影响因素的综合指标，轴承 设计人员轴承生产厂家、测试操作人员以及仪器的研究人员必须充分重视，才 提供力矩合格的产品。六、轴承摩擦力矩的计算方法从力矩的组成部分和力矩的影响因素来看，轴承的摩擦力矩值就是一个随机二J 变量，应用计算方法。根本不可能获得实际轴承工作时的力矩性能，也不能满足主=机的性能要求，但为了进行理论分析，下面介绍几个经验计算公式:式中:2 PF轴承栽荷滚动轴承摩擦系数轴承内

9、径m承摩擦力矩衮动轴承摩擦钢球中心图dm轴承摩擦力矩系数直径从上述公式可以看出，计算所得至的力矩值是个定值，而且不能区分动态摩擦力矩或静态摩擦力矩。七、轴承摩擦力矩测量原理和测量方法 测量原理：O矩就等于轴承的摩擦力矩。该摩擦力矩值是轴承内外圈角变位的函数外助加的标准力矩与轴承旋转时产生的摩擦力矩相平衡，此时外加的标准力测量原理虽然简单，但要准确可靠地测量出轴承的摩擦性能，确是相当困测量方法难的。轴承摩擦力矩测量仪器除了满足测量原理和技术指标的要求外，电需要根据轴承的不同要求，采用不同的测量方法，所以轴承摩擦力矩测量仪器种类繁多：仅公开报导国内外就有近百种仪器。八、国内外轴承摩擦力矩测量仪月器

10、简介均摩擦力矩测量彳低度（图需按下式计算获得:图4-负荷转盘 5-心轴6-锁紧螺钉1-重锤2-滑轮3-螺钉4 二 nJ二 T 27-轴承8-定位座9-立柱不能直接显示测量结果_盘停止的时间J-负荷转盘的转动惯量;二.D阪丿莎式中:从重锤脱开负荷盘到负荷转盘停时的圈数。重锤从脱开转盘到转匀摩擦力矩;仪器测量原理图3.轴承最大摩擦力矩;r配垂块重心到转轴 的中心距离；P-配重块的质量；最大摩擦力矩测量仪（图测量结果可从读盘上读出，1-配重块2-心轴 3-内圈4-外圈5-负荷块6-刻度盘7-转轴8-9-电机10- 平衡销 11- 螺杆T.I.D-33启动力矩测（图4)原理：采用电涡流驱动仪器用标准游

11、丝进行.标。技术指标被测轴承尺一种微型轴承摩擦缺点是测量系统工技术指标8mm3（图6本所产品）轴向负荷75400g（图5）力矩范围01.3gem图4力矩测量仪，主要测量轴承范围：内径示值稳定性要特点：（1）1-轴向负荷 24 内更换套5-被测轴承6 扭簧丝7应变丝误英'T.L.D-33型仪器测量原理图可以垂直和水平两个位置测量（2）备有部分典型曲线图5. M992B微型轴承摩擦力矩测量仪#. 7.力矩电艺复杂、易损坏。轴向负荷： 14力矩测量范围：0122.225mmgf cmn) Lj4 .日本机械试型轴承摩扌察力矩测量仪图5日本机械试仪测量原理图旋转台 3 外更换套- _主.轴 转

12、 速：”-2r/min二-示值0|4Mpa轴承传感器5-垫圈6-拉力弹簧9-衔铁10-7本所产品）（图技术指标830mm04力矩测量范围050mN m15Noe5r/min5mN示值稳定性0.25mN m/4hio0114二图摩擦力矩测量仪结升降手轮1轴向负荷块4被测轴承78本所产品）技术指标6力矩测量范围0.550mN m14气源压力轴向负荷2.5m/4h量轴承范围：成对角接触球轴承13.硅码测量轴承范围：内径16.校准支架8.校准轮5.升降机构6. M9908A轴承摩擦力矩6 .驱动主轴10 .吊线9 .测量主轴15 .测量系统支座12 .滚珠轴承2 .电机14 .整体式应变扭矩传感器11

13、 .支承内径：门1050mm平衡片簧 12-1-销 2-空气轴承主轴7-空气轴承8-吊丝 11内更换套3-外更换套4-图6 M 992仪器测量原理图15示值误差M695型成对角接触轴!摩擦力矩测量仪（图3 .同步带腔/，-aLnr轴向负荷:100500N速:示值稳定性:一 .1传感器5r/min0.5、示值误差Mn/4h0.42.5 (8).被测轴承6.11( 17).同步带轮 12.H5MPa空气轴承 3.轴向加载环 7.支承 13.8. PM9906型轴承摩擦力矩测量仪图8M695仪器测量原理图空气轴承转子 4(9).内更换套汽缸 10(16 )密珠轴承内更换件14.力矩机组15.转动主轴

14、(图9本所指标)技术指标:- 主轴一转-速10矗m2000rPm测量轴承范围：内径:测量力矩种类：平均摩擦力矩力矩测量范围：050mN m外径：:T3：47mm17mm宽度：414mm0100mN m轴向负荷：050N_0.5N图9 PM9906测量仪原理示意图示值误差： 0.5气源压力：0.51%F-Mpa九、轴承摩擦力矩测量技术的发展趋势01.轴向加载机构 02 驱动主轴03空气主轴04.轴承更换套05.被测轴承 06.07.力矩传感器08.09.电机10.标准力矩系统速度传感器负荷传感器1 .鉴于轴承摩擦力矩是个随机变量而且分散度较大的特性，人们最为关心的是测量值的真实性和可性，并不过于

15、追求仪器的测量精度。2 .动态摩擦力矩的测量,采用极低速连续旋转的测量方法，几乎可以获得测量过程中每一个接触点的摩擦力矩值，一般情况下可以用来代替静态力矩的测量。3 .在轴承摩擦力矩要求特另S严格的情况下，其仪器的测量条件多采用拟测量，从而获得更可靠的测量结果4在仪器的功能方面，则要求能够自动完成测量过程、先进的数据处理和测量结果显示、输出功能具有这些功能的仪器将完全取代原有的机械式仪器。4轴承摩擦力矩影响困素的研究与开发:濟想的轴承摩擦力矩测量仪器:不仅应具有合理的先进的测量功能，还应具有轴承摩擦力矩影响因素的分析辰土功能，从而为改进轴承设计参数、改进加工工艺、提高轴承质量、提供可靠的手段。

16、轴承摩擦力矩影响因素分析方法：典型曲线分析法和频谱分析法。摩擦力矩变化曲线与典型曲线相比较，确定轴承将仪器测量得到1典型曲线分析方法:摩擦力矩的主要影响因素。阿后对其进行修正，使轴承达到力矩性能要求，这是一种定性的分析方法。典型曲线的制定方法;在经过严格检查的轴承中，挑选出仅某一力矩影响因素是变化的，H他影响困素都是基本一致的数套轴承，然后将这些套轴承中的某一影响阳做为主变量在仪器上进行测量所得力矩变化曲线，即为某一力矩影响因素的典型曲线。另一种比较简便的方法，是在大量的摩擦力矩测量中积累资料进行分析，找出规律性曲线形,犬，确定为该影响因素的典型曲线。本向研制的M992B微型轴承摩擦力矩勺测量仪就是根据这种方法制