CN108020365A - 力矩测试装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及测试技术领域，具体涉及一种力矩测试装置及***，包括电机、扭矩传感器、角度检测器、转轴以及测控分析仪，测控分析仪与电机、扭矩传感器和角度检测器分别电连接，转轴与电机连接，待测轴承设置于转轴远离电机的一端，角度检测器设置于转轴并靠近所述电机，扭矩传感器设置于转轴并位于角度检测器与待测轴承之间。测控分析仪控制电机转动，扭矩传感器在电机转动时检测电机的扭矩数据并发送至测控分析仪，角度检测器在电机转动时检测电机的转动数据并发送至测控分析仪，以使测控分析仪根据扭矩数据以及转动数据得到待测轴承的摩擦力矩。通过上述设置实现了对待测轴承的力矩进行可靠的测量。

Description

力矩测试装置及***

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体而言，涉及一种力矩测试装置及***。

背景技术

轴承摩擦阻力是影响轴承寿命，也是影响包括轴承的***的可靠性和精确性的重要因素。现有的轴承摩擦阻力一般按两种方式进行评定，一种是采用徒手检查的方式，无法判断其轴承摩擦阻力大小。另一种是以摩擦力矩的方式来衡量。

目前，轴承摩擦力矩测量技术的研究目的是研究如何合理评定，准确测量轴承的摩擦性能，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，提供一个可靠的手段，从而提高轴承质量，提高主机精度，满足使用单位对轴承摩擦性能的技术要求，这对尖端科学技术的发展和国防建设都有着重要意义。因此，提供一种准确测量力矩的装置或设备是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种力矩测试装置及***，以便对待测轴承的力矩进行精确的测量。

本发明实施例提供一种力矩测试装置，用于对待测轴承的力矩进行测量，所述力矩测试装置包括电机、扭矩传感器、角度检测器、转轴以及测控分析仪，所述测控分析仪与所述电机、扭矩传感器和角度检测器分别电连接；

所述转轴与所述电机连接，所述待测轴承设置于所述转轴远离所述电机的一端，所述角度检测器设置于所述转轴并靠近所述电机，所述扭矩传感器设置于所述转轴并位于所述角度检测器与所述待测轴承之间；

所述测控分析仪控制所述电机转动，所述扭矩传感器在所述电机转动时检测所述电机的扭矩数据并发送至所述测控分析仪，所述角度检测器在所述电机转动时检测所述电机的转动数据并发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪根据所述扭矩数据和转动数据得到所述待测轴承的摩擦力矩。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述转轴包括第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一联轴器和第二联轴器，所述第一转轴的第一端与所述电机连接、第二端通过所述第一联轴器与所述第二转轴的第一端连接，所述第二转轴的第二端通过所述第二联轴器与所述第三转轴的第一端连接，所述待测轴承设置于所述第三转轴的第二端，所述扭矩传感器设置于所述第二转轴，所述角度检测器设置于所述第三转轴。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述力矩测试装置还包括阻矩器，所述阻矩器设置于所述第一转轴。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述力矩测试装置还包括密闭容器和抽真空装置，所述抽真空装置与所述测控分析仪电连接，所述转轴远离所述电机的一端位于所述密闭容器内，且所述抽真空装置设置于所述密闭容器并与外部环境连通。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述待测轴承包括轴心和轴套，所述轴心与所述转轴连接，所述轴套套设于所述轴心，所述轴套远离所述轴心的一侧设置有凸起，所述力矩测试装置还包括应变检测器，所述应变检测器设置于所述密闭容器并能够与所述凸起接触，所述电机在工作时带动所述转轴转动以使所述轴心和轴套转动时与所述应变检测器接触，以使所述应变检测器检测所述待测轴承的应力值并发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪还用于根据所述应力值和所述扭矩数据得到所述待测轴承的启动力矩。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述力矩测试装置还包括温度调节装置，所述温度调节装置与所述测控分析仪电连接，所述温度调节装置设置于所述密闭容器内。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述力矩测试装置还包括通信模块，所述通信模块与所述测控分析仪电连接，所述通信模块还关联有上位机，所述测控分析仪通过所述通信模块与所述上位机通信连接以将所述摩擦力矩传输至所述上位机。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述力矩测试装置还包括电源和开关，所述电源与所述电机和测控分析仪分别电连接，所述开关连接于所述电源与所述电机之间。

可选的，在上述力矩测试装置中，所述角度检测器为光电编码器。

本发明还提供一种力矩测试***，包括上位机以及上述的力矩测试装置，所述力矩测试装置与所述上位机通信连接。

本发明提供的一种力矩测试装置及***，通过设置电机、扭矩传感器、角度检测器、转轴以及测控分析仪，以在对待测轴承进行测量力矩时，所述测控分析仪控制所述电机转动，所述扭矩传感器在所述电机转动时检测所述电机的扭矩数据并发送至所述测控分析仪，所述角度检测器在所述电机转动时检测所述电机的转动数据并发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪根据所述扭矩数据和转动数据得到所述待测轴承的摩擦力矩，实现了对待测轴承的力矩进行可靠的测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种力矩测试装置的连接框图。

图2为本发明实施例提供的一种力矩测试装置的应用示意图。

图3为本发明实施例提供的一种力矩测试装置的另一应用示意图。

图4为本发明实施例提供的一种力矩测试***的连接框图。

图标：10-力矩测试***；100-力矩测试装置；110-电机；120-扭矩传感器；130-角度检测器；140-转轴；141-第一转轴；143-第二转轴；145-第三转轴；147-第一联轴器；149-第二联轴器；150-测控分析仪；160-阻矩器； 170-密闭容器；180-抽真空装置；190-应变检测器；210-温度调节装置；220- 通信模块；230-电源；240-开关；300-待测轴承；500-上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合图1和图2所示，本发明提供的一种力矩测试装置100，所述力矩测试装置100包括电机110、扭矩传感器120、角度检测器130、转轴140 以及测控分析仪150，所述测控分析仪150与所述电机110、扭矩传感器120 和角度检测器130分别电连接。

所述转轴140与所述电机110连接，所述待测轴承300设置于所述转轴140远离所述电机110的一端，所述角度检测器130设置于所述转轴140 并靠近所述电机110，所述扭矩传感器120设置于所述转轴140并位于所述角度检测器130与所述待测轴承300之间。

所述力矩测试装置100在对待测轴承300的力矩进行测量时，所述测控分析仪150控制所述电机110转动，所述扭矩传感器120在所述电机110 转动检测所述电机110的扭矩数据并发送至所述测控分析仪150，所述角度检测器130在所述电机110转动时检测所述电机110的转动数据并发送至所述测控分析仪150，所述测控分析仪150根据所述扭矩数据和转动数据得到所述待测轴承300的摩擦力矩。

通过上述设置以在所述力矩测试装置100对所述待测轴承300进行测试时，通过控制所述电机110工作在不同的状态下，例如：正转、反转、正向加速转动、逆向加速转动以及往复转动等状态，对所述待测轴承300 的力矩进行测量。

具体的，在不同载荷测试条件下，通过所述测控分析仪150控制所述电机110以正转、反转、正向加速转动、逆向加速转动以及往复转动等不同的运动方式驱动待测轴承300运转，并在待测轴承300运转过程获得所述扭矩传感器120测量得到的扭矩数据，以及角度检测器130检测到的角度数据，并将电机110的转速、角度与摩擦力数据关联起来以得到摩擦力矩。

其中，所述电机110可以是步进式电机。所述角度检测器130可以是角度检测传感器，也可以是光电编码器。可选的，在本实施例中，所述角度检测器130为光电编码器。

请结合图3，所述转轴140可以由多根轴采用联轴器进行连接构成，也可以一体成型。可选的，在本实施例中，所述转轴140包括第一转轴141、第二转轴143、第三转轴145、第一联轴器147和第二联轴器149，所述第一转轴141的第一端与所述电机110连接、第二端通过所述第一联轴器147 与所述第二转轴143的第一端连接，所述第二转轴143的第二端通过所述第二联轴器149与所述第三转轴145的第一端连接，所述待测轴承300设置于所述第三转轴145的第二端，所述扭矩传感器120设置于所述第二转轴143，所述角度检测器130设置于所述第三转轴145。

通过上述设置以在进行测量时，便于安装所述角度检测器130以及所述扭矩传感器120，以对安装于所述转轴140的待测轴承300进行测量。

所述测控分析仪150是控制所述电机110以及获取扭矩传感器120和角度检测器130采集的数据的关键电路***。可以是采用ARM嵌入式微处理器和FPGA(可编程逻辑器件)构成所述测控分析仪150的核心处理单元。 ARM微处理器负责整个测试过程中数据信号的采集和接收，如扭矩传感器 120和角度检测器130产生的数据。FPGA芯片可构建出并行运算的数字***，拥有更快的处理速度，以实现保持较高采样频率信号的采集与处理。同时，FPGA芯片中的电路***还要实现产生控制所述电机110转动的时序信号。进而在对待测轴承300的力矩测试过程，实现实时处理，避免了在信号采集与对所述电机110驱动任务中出现时间资源瓶颈，进而有效提高所述力矩测试装置100的整体性能。

为避免电机110在低电压、低扭矩输出时存在不稳定力矩区域的问题，可选的，所述力矩测试装置100还包括阻矩器160，所述阻矩器160设置于所述第一转轴141。通过设置所述阻矩器160以实现吸收所述电机110的低电压力矩输出能量，进而有效提高对待测轴承300力矩测量的准确性和分辨率。

为进一步提高对待测轴承300进行力矩测量的准确性，可选的，在本实施例中，所述力矩测试装置100还包括密闭容器170和抽真空装置180，所述抽真空装置180与所述测控分析仪150电连接，所述转轴140远离所述电机110的一端位于所述密闭容器170内，且所述抽真空装置180设置于所述密闭容器170并与外部环境连通。

通过上述设置以实现在不同的空气密度下测量待测轴承300的力矩，进而以进一步提高对待测轴承300进行力矩测量的准确性。

可以理解，所述抽真空装置180也可以是与外部控制设备连接，以在外部控制设备的控制下调节所述密闭容器170中的空气密度。

请结合图4，进一步提高对待测轴承300进行力矩测量的准确性，可选的，在本实施例中，所述力矩测试装置100还包括温度调节装置210，所述温度调节装置210与所述测控分析仪150电连接，所述温度调节装置210 设置于所述密闭容器170内。

通过设置所述温度调节装置210，以实现在不同温度下测量待测轴承 300的力矩，以进一步提高了对待测轴承300进行力矩测量的准确性。

可以理解，所述温度调节装置210也可以是与外部控制设备连接，以在外部控制设备的控制下调节所述密闭容器170中的温度。

在本实施例中，所述待测轴承300包括轴心和轴套，所述轴心与所述转轴140连接，所述轴套套设于所述轴心，所述轴套远离所述轴心的一侧设置有凸起，所述力矩测试装置100还包括应变检测器190，所述应变检测器190设置于所述密闭容器170并能够与所述凸起接触，所述电机110在工作时带动所述转轴140转动以使所述轴心和轴套转动时与所述应变检测器190接触，以使所述应变检测器190检测所述待测轴承300的应力值并发送至所述测控分析仪150，所述测控分析仪150还用于根据所述应力值和所述扭矩数据得到所述待测轴承300的启动力矩。

其中，所述应变检测器190可以是应变片，所述电机110在转动过程中，带动所述转轴140以及设置于转轴140端部的待测轴承300转动，进而使设置于轴套的凸起转动，所述凸起在转动过程中会与所述应变片接触进而使应变片发生形变以得到应力值。

具体的，在对待测轴承300进行测量时，缓慢增大所述电机110的电压，并在待测轴承300开始转动时，停止电机110运转，以得到应变检测器190检测到的应力值，并从扭矩传感器120上采样得到在整个过程中的扭矩数据，可以得到待测轴承300的最大启动力矩值。如此数次取平均值则得到待测轴承300的启动力矩平均值数据。

通过上述设置以实现对待测轴承300的启动力矩进行测量，进而进一步提高了所述力矩测试装置100的实用性。

可以理解，通过设置所述阻矩器160，以在进行测量启动力矩时，该阻距器160能够吸收所述电机110的低电压力矩输出能量，进而提高启动力矩测量的准确性和分辨率。

可选的，所述力矩测试装置100还包括通信模块220，所述通信模块220与所述测控分析仪150电连接，所述通信模块220还关联有上位机500，所述测控分析仪150通过所述通信模块220与所述上位机500通信连接以将所述摩擦力矩以及所述启动力矩传输至所述上位机500。

通过上述设置以实现将对待测轴承300的力矩发送至所述上位机500，以便于用户实时查看所述力矩数据。

其中，所述通信模块220可以是通信接口、总线接口或无线通信模块，当所述通信模块220为通信接口或总线接口时，所述上位机500通过所述通信接口或总线接口与所述测控分析仪150连接，当所述通信模块220为无线通信模块时，所述无线通信模块可以是蓝牙、WiFi或GPRS，所述上位机500通过所述无线通信模块与所述测控分析仪150通信连接。

可选的，在本实施例中，所述力矩测试装置100还包括电源230和开关240，所述电源230与所述电机110和测控分析仪150分别电连接，所述开关240连接于所述电源230与所述电机110之间，以使所述电源230能够对所述电机110和测控分析仪150进行供电。

其中，所述电源230可以是发电设备或蓄电池，在此不作具体限定，根据实际需求进行设置即可。

在上述基础上，本发明还提供一种力矩测试***10，所述力矩测试***10包括力矩测试装置100和上位机500，所述力矩测试装置100与所述上位机500通信连接。

由于所述力矩测试***10包括所述力矩测试装置100，因此所述力矩测试***10具有所述力矩测试装置100相同或相应的技术特征，在此不作一一赘述。

综上，本发明提供的一种力矩测试装置100及***，通过设置电机110、扭矩传感器120、角度检测器130、转轴140以及测控分析仪150，以实现对待测轴承300力矩进行可靠的测量。通过设置阻矩器160、密闭容器170、抽真空装置180以及温度调节装置210以进一步提高对待测轴承300的力矩测试结果的准确性，通过设置应变检测器190以实现测量待测轴承300 的启动力矩，进而提高了所述力矩测试装置100及力矩测试***10的实用性。通过设置关联有上位机500的通信模块220以便于用户实时查看待测轴承300的力矩测量结果。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和***，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种力矩测试装置，用于对待测轴承的力矩进行测量，其特征在于，所述力矩测试装置包括电机、扭矩传感器、角度检测器、转轴以及测控分析仪，所述测控分析仪与所述电机、扭矩传感器和角度检测器分别电连接；

所述转轴与所述电机连接，所述待测轴承设置于所述转轴远离所述电机的一端，所述角度检测器设置于所述转轴并靠近所述电机，所述扭矩传感器设置于所述转轴并位于所述角度检测器与所述待测轴承之间；

所述测控分析仪控制所述电机转动，所述扭矩传感器在所述电机转动时检测所述电机的扭矩数据并发送至所述测控分析仪，所述角度检测器在所述电机转动时检测所述电机的转动数据并发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪根据所述扭矩数据和转动数据得到所述待测轴承的摩擦力矩。

2.根据权利要求1所述的力矩测试装置，其特征在于，所述转轴包括第一转轴、第二转轴、第三转轴、第一联轴器和第二联轴器，所述第一转轴的第一端与所述电机连接、第二端通过所述第一联轴器与所述第二转轴的第一端连接，所述第二转轴的第二端通过所述第二联轴器与所述第三转轴的第一端连接，所述待测轴承设置于所述第三转轴的第二端，所述扭矩传感器设置于所述第二转轴，所述角度检测器设置于所述第三转轴。

3.根据权利要求2所述的力矩测试装置，其特征在于，所述力矩测试装置还包括阻矩器，所述阻矩器设置于所述第一转轴。

4.根据权利要求1所述的力矩测试装置，其特征在于，所述力矩测试装置还包括密闭容器和抽真空装置，所述抽真空装置与所述测控分析仪电连接，所述转轴远离所述电机的一端位于所述密闭容器内，且所述抽真空装置设置于所述密闭容器并与外部环境连通。

5.根据权利要求4所述的力矩测试装置，其特征在于，所述待测轴承包括轴心和轴套，所述轴心与所述转轴连接，所述轴套套设于所述轴心，所述轴套远离所述轴心的一侧设置有凸起，所述力矩测试装置还包括应变检测器，所述应变检测器设置于所述密闭容器并能够与所述凸起接触，所述电机在工作时带动所述转轴转动以使所述轴心和轴套转动时与所述应变检测器接触，以使所述应变检测器检测所述待测轴承的应力值并发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪还用于根据所述应力值和所述扭矩数据得到所述待测轴承的启动力矩。

6.根据权利要求5所述的力矩测试装置，其特征在于，所述力矩测试装置还包括温度调节装置，所述温度调节装置与所述测控分析仪电连接，所述温度调节装置设置于所述密闭容器内。

7.根据权利要求1所述的力矩测试装置，其特征在于，所述力矩测试装置还包括通信模块，所述通信模块与所述测控分析仪电连接，所述通信模块还关联有上位机，所述测控分析仪通过所述通信模块与所述上位机通信连接以将所述摩擦力矩传输至所述上位机。

8.根据权利要求1所述的力矩测试装置，其特征在于，所述力矩测试装置还包括电源和开关，所述电源与所述电机和测控分析仪分别电连接，所述开关连接于所述电源与所述电机之间。

9.根据权利要求1所述的力矩测试装置，其特征在于，所述角度检测器为光电编码器。

10.一种力矩测试***，其特征在于，包括上位机以及权利要求1-9任意一项所述的力矩测试装置，所述力矩测试装置与所述上位机通信连接。