CN115541088A - 一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其包括扭矩测试机构、预紧力施加机构、辅助工装和控制器；辅助工装包括芯轴和安装组件，芯轴两端分别连接一个被测轴承，通过被测轴承转动安装于安装组件上；预紧力施加机构包括顶杆、预紧力传感器和加载套，顶杆末端抵接预紧力传感器，经预紧力传感器和加载套向其中一个被测轴承的外圈部传递预紧力，预紧力平行于芯轴轴向且朝向另一个被测轴承；扭矩测试机构包括驱动电机和扭矩传感器，扭矩传感器一端传动连接芯轴一端，另一端传动连接驱动电机的输出轴；预紧力传感器以及扭矩传感器的信号输出端连接控制器。本发明能够对轴承预紧力与摩擦力矩之间的关系进行标定，指导轴承装配和预紧质量的判定。

Description

一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置和方法

技术领域

本发明涉及轴承检测技术领域，特别是一种适用于滚动轴承的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置和方法。

背景技术

滚动轴承是工程机械常用的一种辅助传动元件，在减摩降噪等方面发挥重要的作用。预紧是轴承工程应用过程中必不可少的环节，对轴承使用寿命有着重要的影响。设计轴承预紧质量检验检测方法及相应的标准规范，有助于有效管控轴承装配和预紧的质量，避免轴承使用性能和寿命不稳定影响产品的质量和可靠性。

装配后的滚动轴承一般嵌在零部件内部，直接检测其预紧参数（如预紧力）几乎无法实现，因此，通过检测预紧后轴承内外圈之间的摩擦力矩来间接判定预紧质量是目前最常用的方法。但是，现有相关专利或装置仅解决了装配后轴承摩擦力矩如何检测的问题，并未给出预紧参数和摩擦力矩之间关系，导致检测出的摩擦力矩能否满足预紧需求不得而知，更无法指导轴承装配工艺改进和装配质量管控，使轴承摩擦力矩检测丧失了意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置和方法，能够对轴承预紧力与摩擦力矩之间的关系进行标定，能够建立装配后轴承摩擦力矩与预紧力之间的对应关系，指导轴承装配和预紧质量的判定，解决以往仅能测试出摩擦力矩值的大小而无法判定预紧效果是否满足预紧需求的问题。本发明采用的技术方案如下。

一方面，本发明提供一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，包括扭矩测试机构、预紧力施加机构、辅助工装以及控制器；

所述辅助工装包括芯轴和安装组件，所述芯轴两端分别用于连接一个被测轴承，并通过所述被测轴承转动安装于所述安装组件上；

所述预紧力施加机构包括顶杆、预紧力传感器和加载套，所述顶杆末端用于抵接所述预紧力传感器的一侧，所述预紧力传感器的另一侧连接所述加载套；所述加载套的外周部用于向其中一个被测轴承的外圈部传递预紧力，所述预紧力的方向为平行于芯轴轴向且朝向另一个被测轴承，且所述安装组件限制该另一个被测轴承沿预紧力方向移动；

所述扭矩测试机构包括驱动电机和扭矩传感器，所述扭矩传感器一端传动连接所述芯轴的一端，另一端传动连接所述驱动电机的输出轴；

所述预紧力传感器以及所述扭矩传感器的信号输出端连接所述控制器。

本发明在应用时，可调节顶杆经预紧力传感器和加载套向被测轴承施加的预紧力，同时通过扭矩传感器测得不同预紧力下芯轴转动所需的力矩，即所需测得的摩擦力矩，进而可获得预紧力与摩擦力矩之间的对应关系数据，实现对指定被测轴承预紧力与摩擦力矩关系模型的构建，能够指导轴承装配过程，以及进行预紧质量的判定。

可选的，所述辅助工装中，安装组件包括箱体、衬套和法兰，所述箱体包括相对设置的两个侧壁，各侧壁上分别设有安装孔，其中一个安装孔内活动安装所述衬套，另一个安装孔上固定安装所述法兰；

所述芯轴的第一端外周套接第一被测轴承的内圈部，第一被测轴承的外圈部安装于所述衬套内；所述芯轴的第二端外周套接第二被测轴承的内圈部，第二被测轴承的外圈部安装于所述法兰内；

所述加载套的外周部用于抵接所述衬套，以向所述第一被测轴承的外圈部传递预紧力。

以上技术方案中，当顶杆朝第一被测轴承施加预紧力时，法兰向第二被测轴承的外圈部提供反向预紧力。

可选的，所述法兰外周部固定于所述箱体外侧壁上，法兰内周设有轴承限位槽，所述轴承限位槽用于限制轴承外圈部朝箱体外侧方向移动。

可选的，所述衬套为环形，且其轴向截面为L型，L型衬套的第一侧臂围设于被测轴承的外周侧，第二侧臂用于抵接被测轴承朝向箱体外侧的外圈部端面；

所述加载套的外周部抵接L型衬套的所述第二侧臂。

可选的，所述预紧力施加机构还包括固定壳，所述固定壳固定安装于辅助工装的箱体外侧壁上；所述顶杆采用螺栓，所述预紧力传感器和加载套设置于所述固定壳内，所述顶杆的螺杆螺纹连接所述固定壳，且螺杆末端延伸至固定壳内，并与所述预紧力传感器抵接。

可选的，所述预紧力施加机构还包括传感器套，所述传感器套设有传感器容置槽，所述预紧力传感器的一侧部设置于所述传感器容置槽内，另一侧部抵接所述加载套；所述顶杆末端抵接所述传感器套的外侧。传感器套的设置可使顶杆产生的预紧力能够均匀地作用到预紧力传感器上，减小预紧力测试误差。

可选的，所述加载套朝向所述预紧力传感器的一侧设有用于容置预紧力传感器侧部的凹槽，另一侧为中空设置。凹槽的设置可使得预紧力传感器与加载套之间的相对位置更加稳定，以及将预紧力更均匀的传递至被测轴承的外圈部。加载套的中空设计可避免加载套与芯轴之间发生干涉。

可选的，所述扭矩测试机构和预紧力施加机构安装于一支座上，所述辅助工装安装于一支撑调整机构上；

所述支撑调整机构包括底板、支撑板、前后调整单元、左右调整单元和上下调整单元，所述上下调整单元包括平台板和用于调整平台板上下移动的第一驱动组件；

所述前后调整单元包括固定安装于所述平台板上的第一滑台，所述左右调整单元包括滑动安装于所述第一滑台上的第二滑台，所述支撑板下端滑动安装于所述第二滑台上。

以上技术方案中，前后调整单元可用于调整所述左右调整单元及其上的支撑板前后移动，左右调整单元可用于调整支撑板左右移动，从而带动其上的辅助工装移动至合适的位置，以能够使得芯轴与扭矩传感器的传动轴进行连接。

可选的，所述第一驱动组件包括上下驱动电机、伸缩导向柱、导向座、滑台和斜块，所述平台板通过至少3个所述伸缩导向柱连接所述底板；所述斜块上表面为平面且固定连接所述平台板，下表面为斜坡面；所述驱动电机的输出轴固接一丝杠，丝杠螺纹连接所述滑台，所述滑台的下端滑动连接所述导向座，上端滑动连接所述斜块的斜坡面。当滑台移动，斜块将在滑台的驱动下上升或下降，从而带动平台板上部的组件整体上下移动，即可实现上下调整。

第二方面，本发明提供利用第一方面所述轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置的标定方法，包括：

将被测轴承安装至辅助工装中，使得两被测轴承的内圈部分别连接所述芯轴的一个端部，其中第一被测轴承的外圈部通过衬套活动安装至辅助工装中，第二被测轴承的外圈部通过法兰限位；

将芯轴安装第二被测轴承的一端与扭矩传感器的传动轴通过联轴器固连；

控制顶杆经预紧力传感器和加载套向第一被测轴承的外圈部施加预紧力，通过预紧力传感器采集预紧力的大小；

控制驱动电机运行以带动芯轴转动，通过扭矩传感器采集芯轴转动所需的扭矩；

改变预紧力的大小，获取不同预紧力下对应的芯轴转动所需扭矩，得到预紧力与摩擦力矩之间的关系数据。

有益效果

本发明的能够用于滚动轴承预紧力与摩擦力矩之间关系的标定，获得不同预紧力条件下任一型号滚动轴承摩擦力矩的测试，建立轴承预紧力和摩擦力矩之间关系，为轴承装配和预紧质量的检验提供支撑，并可以为轴承装配工艺改进指明方向。即实现了工程机械主机和核心零部件用滚动轴承装配和预紧质量的精准判定，对提升工程机械滚动轴承使用性能和寿命，降低因装配和预紧不当导致的轴承失效具有重要意义。

附图说明

图1所示为本发明标定装置的一种实施例整体结构示意图；

图2所示为图1实施例中的预紧力施加机构和辅助工装结构示意图；

图3所示为图1实施例中的固定壳的结构示意图；

图4所示为图1实施例中的支撑调整机构的结构示意图；

图5所示为图4支撑调整机构中的上下调整单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1

本实施例介绍一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，所适用的被测轴承为滚动轴承。参考图1所示，装置包括扭矩测试机构1、预紧力施加机构2、辅助工装5以及控制器4。

参考图2，辅助工装5包括芯轴54和安装组件，所述芯轴54两端分别用于连接一个被测轴承，即第一被测轴承521和第二被测轴承522，并通过两被测轴承转动安装于所述安装组件上。考虑到装置的功能为标定某一型号或组合的轴承的预紧力与摩擦力矩之间的关系，因此，该两个被测轴承应当是相同型号的或指定组合的轴承。

具体的，安装组件包括箱体51、衬套55和法兰53，箱体包括相对设置的两个侧壁，各侧壁上分别设有安装孔，其中一个安装孔内活动安装所述衬套，另一个安装孔上固定安装所述法兰。芯轴的第一端外周套接第一被测轴承的内圈部，第一被测轴承的外圈部安装于衬套内；所述芯轴的第二端外周套接第二被测轴承的内圈部，第二被测轴承的外圈部安装于所述法兰内。法兰外周部固定于箱体外侧壁上，法兰内周设有轴承限位槽，轴承限位槽用于限制第二被测轴承外圈部朝箱体外侧方向移动。衬套为环形，且其轴向截面为L型，L型衬套的第一侧臂围设于被测轴承的外周侧，第二侧臂用于抵接被测轴承朝向箱体外侧的外圈部端面。

当外部预紧力通过衬套作用于第一被测轴承的外圈部时，对向的法兰将向第二被测轴承的外圈部施加与预紧力相对的反向作用力，预紧力变化时，两被测轴承内外圈之间的摩擦力矩将随之变化。

参考图2和图3，本实施例中，预紧力施加机构2包括固定壳21、顶杆25、预紧力传感器23传感器套24和加载套22，固定壳固定安装于辅助工装的箱体外侧壁上；预紧力传感器、传感器套和加载套设置于固定壳内，传感器套设有传感器容置槽，加载套朝向预紧力传感器的一侧设有用于容置预紧力传感器侧部的凹槽，另一侧为中空设置。预紧力传感器的一侧部设置于传感器容置槽内，另一侧部位于加载套的凹槽内。进行标定时，顶杆末端抵接传感器套的外侧可使顶杆产生的预紧力能够均匀地作用到预紧力传感器上，减小预紧力测试误差。

顶杆采用螺栓，其螺杆螺纹连接所述固定壳，且螺杆末端延伸至固定壳内，并与所述预紧力传感器抵接。螺杆头部可连接外部旋转驱动机构或由人工调节，以调整螺杆旋进固定壳内的长度，从而改变所施加的预紧力。

在进行预紧力与摩擦力矩的关系标定时，顶杆末端抵接预紧力传感器一侧的传感器套上，预紧力传感器的另一侧抵接加载套凹槽底部；加载套的外周部抵接L型衬套的第二侧臂，以向所述第一被测轴承的外圈部传递预紧力，该预紧力方向平行于芯轴轴向且朝向第二被测轴承，此时，法兰53限制第二被测轴承沿预紧力方向的移动，以在被测轴承的内外圈之间产生摩擦力矩。

如图1，扭矩测试机构包括驱动电机12和扭矩传感器14，扭矩传感器的一侧传动轴通过第一联轴器15传动连接芯轴的一端，另一侧传动轴通过第二联轴器13传动连接驱动电机的输出轴。

本实施例中，驱动电机可由控制器控制启动或关闭，预紧力传感器以及扭矩传感器的信号输出端连接控制器。

参考图4和图5，本实施例中，扭矩测试机构和预紧力施加机构安装于一支座11上，辅助工装安装于一支撑调整机构3上；支撑调整机构3包括底板310、支撑板34、前后调整单元32、左右调整单元33和上下调整单元31，所述上下调整单元包括平台板317和用于调整平台板上下移动的第一驱动组件。

第一驱动组件包括上下驱动电机311、伸缩导向柱316、导向座314、滑台312和斜块315，所述平台板通过至少3个所述伸缩导向柱连接所述底板；所述斜块上表面为平面且固定连接所述平台板，下表面为斜坡面；所述上下驱动电机的输出轴固接一丝杠313，丝杠螺纹连接所述滑台，所述滑台的下端滑动连接所述导向座，上端滑动连接所述斜块的斜坡面。当滑台移动，斜块将在滑台的驱动下上升或下降，从而带动平台板上部的组件整体上下移动，即可实现上下调整。

所述前后调整单元包括固定安装于所述平台板上的第一滑台，所述左右调整单元包括滑动安装于所述第一滑台上的第二滑台，所述支撑板下端滑动安装于所述第二滑台上。前后调整单元可用于调整所述左右调整单元及其上的支撑板前后移动，左右调整单元可用于调整支撑板左右移动，从而带动其上的辅助工装移动至合适的位置，以能够使得芯轴与扭矩传感器的传动轴进行连接。滑台为现有技术，也可采用其它形式的滑动连接组合结构如导轨等。

通过前后、左右、上下调整单元可实现支撑板的位置调整，从而对安装于其上的辅助工装进行位置调整，使得芯轴、传感器传动轴与驱动电机输出轴位于同一直线上，减少测试误差。

本实施例在进行预紧力与摩擦力矩标定时，通过对顶杆的螺栓头部进行操作可调节顶杆旋入固定壳内的长度，从而改变顶杆经预紧力传感器和加载套向被测轴承施加的预紧力大小，此时通过预紧力传感器可测得相应的预紧力数据。控制驱动电机运行以带动芯轴转动，则可通过扭矩传感器测得芯轴转动所需的力矩，即摩擦力矩。由此可获得不同预紧力与摩擦力矩之间的对应关系数据，能够用于指导轴承装配过程，以及进行预紧质量的判定。

实施例2

基于实施例1所介绍的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，本实施例在进行轴承预紧力与摩擦力矩的标定时，标定方法包括以下步骤：

S1，将被测轴承安装至辅助工装中，使得两被测轴承的内圈部分别连接所述芯轴的一个端部，其中第一被测轴承的外圈部通过衬套活动安装至辅助工装中，第二被测轴承的外圈部通过法兰限位；

S2，通过支撑调整机构调整支撑板的位置，使得芯轴与扭矩传感器的传动轴和驱动电机轴位于一条直线上，将芯轴安装第二被测轴承的一端与扭矩传感器的传动轴通过联轴器固连，扭矩传感器的另一侧传动轴通过联轴器固连驱动电机的输出轴；

S3，控制顶杆经预紧力传感器和加载套向第一被测轴承的外圈部施加预紧力，通过预紧力传感器采集预紧力的大小。由实施例1，此处具体为：操作螺栓的头部旋转改变其螺杆旋入固定壳的长度，同时获取预紧力传感器的数据，当达到预设的预紧力时停止对螺杆的操作，此时可控制驱动电机运行以带动芯轴转动，通过扭矩传感器采集芯轴转动所需的扭矩，该扭矩值即当前预紧力对应的摩擦力矩；

S4，改变预紧力的大小，由实施例1具体即，继续对螺栓进行旋转操作，以改变预紧力，获取不同预紧力下对应的芯轴转动所需扭矩，基于所获取的数据即可得到预紧力与摩擦力矩之间的关系数据。

若顶杆未采用螺栓，还可采用其它预紧力施加形式，如顶杆直接连接直线驱动机构，以能够驱动顶杆朝向预紧力传感器移动不同的距离，实现不同预紧力的施加。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，包括扭矩测试机构、预紧力施加机构、辅助工装以及控制器；

所述辅助工装包括芯轴和安装组件，所述芯轴两端分别用于连接一个被测轴承，并通过所述被测轴承转动安装于所述安装组件上；

所述预紧力施加机构包括顶杆、预紧力传感器和加载套，所述顶杆末端用于抵接所述预紧力传感器的一侧，所述预紧力传感器的另一侧连接所述加载套；所述加载套的外周部用于向其中一个被测轴承的外圈部传递预紧力，所述预紧力的方向为平行于芯轴轴向且朝向另一个被测轴承，且所述安装组件限制该另一个被测轴承沿预紧力方向移动；

所述扭矩测试机构包括驱动电机和扭矩传感器，所述扭矩传感器一端传动连接所述芯轴的一端，另一端传动连接所述驱动电机的输出轴；

所述预紧力传感器以及所述扭矩传感器的信号输出端连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述辅助工装中，安装组件包括箱体、衬套和法兰，所述箱体包括相对设置的两个侧壁，各侧壁上分别设有安装孔，其中一个安装孔内活动安装所述衬套，另一个安装孔上固定安装所述法兰；

所述芯轴的第一端外周套接第一被测轴承的内圈部，第一被测轴承的外圈部安装于所述衬套内；所述芯轴的第二端外周套接第二被测轴承的内圈部，第二被测轴承的外圈部安装于所述法兰内；

所述加载套的外周部用于抵接所述衬套，以向所述第一被测轴承的外圈部传递预紧力。

3.根据权利要求2所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述法兰外周部固定于所述箱体外侧壁上，法兰内周设有轴承限位槽，所述轴承限位槽用于限制轴承外圈部朝箱体外侧方向移动。

4.根据权利要求2所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述衬套为环形，且其轴向截面为L型，L型衬套的第一侧臂围设于被测轴承的外周侧，第二侧臂用于抵接被测轴承朝向箱体外侧的外圈部端面；

所述加载套的外周部抵接L型衬套的所述第二侧臂。

5.根据权利要求2所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述预紧力施加机构还包括固定壳，所述固定壳固定安装于辅助工装的箱体外侧壁上；所述顶杆采用螺栓，所述预紧力传感器和加载套设置于所述固定壳内，所述顶杆的螺杆螺纹连接所述固定壳，且螺杆末端延伸至固定壳内，并与所述预紧力传感器抵接。

6.根据权利要求1或5所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述预紧力施加机构还包括传感器套，所述传感器套设有传感器容置槽，所述预紧力传感器的一侧部设置于所述传感器容置槽内，另一侧部抵接所述加载套；所述顶杆末端抵接所述传感器套的外侧。

7.根据权利要求6所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述加载套朝向所述预紧力传感器的一侧设有用于容置预紧力传感器侧部的凹槽，另一侧为中空设置。

8.根据权利要求1所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述扭矩测试机构和预紧力施加机构安装于一支座上，所述辅助工装安装于一支撑调整机构上；

所述支撑调整机构包括底板、支撑板、前后调整单元、左右调整单元和上下调整单元，所述上下调整单元包括平台板和用于调整平台板上下移动的第一驱动组件；

所述前后调整单元包括固定安装于所述平台板上的第一滑台，所述左右调整单元包括滑动安装于所述第一滑台上的第二滑台，所述支撑板下端滑动安装于所述第二滑台上。

9.根据权利要求8所述的轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置，其特征是，所述第一驱动组件包括上下驱动电机、伸缩导向柱、导向座、滑台和斜块，所述平台板通过至少3个所述伸缩导向柱连接所述底板；所述斜块上表面为平面且固定连接所述平台板，下表面为斜坡面；所述驱动电机的输出轴固接一丝杠，丝杠螺纹连接所述滑台，所述滑台的下端滑动连接所述导向座，上端滑动连接所述斜块的斜坡面。

10.利用权利要求1-9任一项所述轴承预紧力与摩擦力矩的关系标定装置的标定方法，其特征是，包括：

将被测轴承安装至辅助工装中，使得两被测轴承的内圈部分别连接所述芯轴的一个端部，其中第一被测轴承的外圈部通过衬套活动安装至辅助工装中，第二被测轴承的外圈部通过法兰限位；

将芯轴安装第二被测轴承的一端与扭矩传感器的传动轴通过联轴器固连；

控制顶杆经预紧力传感器和加载套向第一被测轴承的外圈部施加预紧力，通过预紧力传感器采集预紧力的大小；

控制驱动电机运行以带动芯轴转动，通过扭矩传感器采集芯轴转动所需的扭矩；

改变预紧力的大小，获取不同预紧力下对应的芯轴转动所需扭矩，得到预紧力与摩擦力矩之间的关系数据。

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