一种薄壁角接触球轴承的力矩刚度测量方法和装置

本发明属于角接触球轴承刚度测试，具体涉及一种薄壁角接触球轴承的力矩刚度测量方法和装置。

背景技术：

1、薄壁角接触球轴承作为rv减速器的主轴承，在使用中由于负载存在一定的作用距离，因此会对薄壁角接触球轴承产生一定的负载弯矩，而rv减速器启停过程中也会产生一定的冲击扭矩进而产生额外的负载弯矩。因此，承受负载弯矩的能力，是评价rv减速器用薄壁角接触球轴承性能的一项重要指标。

2、试验中，可通过测量轴承的力矩刚度来评价轴承承受负载弯矩的能力。力矩刚度用于描述轴承沿轴线方向抵抗偏摆的能力，是指引起变形的作用力通过力矩的形式施加在轴承上，轴承在受力时抵抗弹性变形的能力。目前关于力矩刚度的测量方法较少，主要集中在角刚度的测量方法的研究，但角刚度是受单方向的扭矩所产生的抗偏摆的能力，力矩刚度是轴承抵抗复合弯矩偏摆的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种薄壁角接触球轴承的力矩刚度测量方法和装置，用以解决现有技术不能测试轴承抗复合弯矩偏摆能力的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种薄壁角接触球轴承的力矩刚度测量方法，包括如下步骤：

3、1)分别向试验轴承施加轴向和径向上的力，并测得轴向和径向上施加力的大小以及试验轴承的位移，再测得轴向和径向上力的作用点到试验轴承受力点的距离；

4、2)根据得到的试验轴承在轴向和径向上的位移计算试验轴承的偏转角，结合测得的试验轴承轴向和径向上施加力的大小以及施加力的作用点到试验轴承受力点的距离，计算得到试验轴承的力矩刚度。

5、其有益效果为：为解决现有技术不能测试轴承抗复合弯矩偏摆能力的问题，本发明通过对试验轴承精确施加轴向和径向上的力，使轴承发生偏转再通过位移传感器分别测得试验轴承的轴向和径向上的位移，利用公式计算出轴承的力矩刚度，从而得到轴承抵抗复合弯矩偏摆的能力，用以评价轴承性能，本发明只需位移精确测量就可以保证力矩刚度的精确度，减少了因其他参数的采集误差而造成精度低问题，使测得数据更加精确。

6、进一步地，试验轴承在轴向和径向上的位移计算公式如下：

7、

8、

9、其中，y为试验轴承的轴向位移；x为试验轴承的径向位移；a1、a3分别为试验轴承轴向左侧的位移传感器测得的在未施加力和施加力后所对应的位移；a2、a4分别为试验轴承轴向右侧的位移传感器测得的在未施加力和施加力后所对应的位移；b1、b3分别为试验轴承径向左侧的位移传感器测得的在未施加力和施加力后所对应的位移；b2、b4分别为试验轴承径向右侧的位移传感器测得的在未施加力和施加力后所对应的位移。

10、其有益效果为：测量计算得到试验轴承径向和轴向施加力前后的位移量时采用做差绝对值相加取平均值的方式，避免个体误差对试验造成的影响，使测得数据更加精确，提高计算试验轴承力矩刚度时的精确度。

11、进一步地，偏转角的计算公式如下：

12、

13、其中，θ为试验轴承输出轴的偏转角；d为轴承的直径；y为试验轴承的轴向位移；x为试验轴承的径向位移。

14、其有益效果为：根据测量的径向和轴向位移计算试验轴承的偏转角，用以计算力矩刚度。

15、进一步地，试验轴承力矩刚度的计算公式如下：

16、

17、其中，mt为试验轴承力矩刚度；fr为施加在试验轴承径向上的力；fa为施加在试验轴承轴向上的力；l1为径向力作用点到轴承受力点距离；l2为轴向力作用点到轴承受力点距离。

18、其有益效果为：根据在试验轴承轴向和径向上施加的复合力矩，可以测量出轴承抵抗复合弯矩偏摆的能力，用以评价轴承性能。

19、进一步地，若试验轴承的偏转角取最大值时，结合得到的试验轴承的力矩刚度，计算得到该试验轴承的最大负载弯矩，计算公式为：

20、

21、其中，mc为试验轴承的最大负载弯矩；fr为施加在试验轴承径向上的力；fa为施加在试验轴承轴向上的力；l1为径向力作用点到轴承受力点距离；l2为轴向力作用点到轴承受力点距离；(frl1+fal2)max为试验轴承的最大载荷力矩；mt为试验轴承的力矩刚度；θmax为试验轴承的最大偏转角；

22、当轴承的l1和l2为已知，根据计算得到该轴承的fr和fa的许用范围；当轴承的fr和fa为已知，根据计算得到该轴承的l1和l2的许用范围。

23、其有益效果为：根据测量数据计算得到的试验轴承的力矩刚度和最大偏转角，计算得到该轴承的最大负载弯矩，从而根据实际情况得到径向载荷许用范围和轴向载荷许用范围，或得到径向载荷作用点到轴承受力点的距离和轴向载荷作用点到轴承受力点的距离的许用偏移量。

24、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种薄壁角接触球轴承的力矩刚度测量装置，包括径向加载系统、轴向加载系统、位移测量系统、距离测量系统和计算系统；径向加载系统和轴向加载系统分别用于向试验轴承施加轴向和径向上的力，并测得轴向和径向上施加力的大小；位移测量系统用于测量试验轴承的径向和轴向上的位移；距离测量系统用于测量径向和轴向上施加力的作用点到试验轴承受力点的距离；计算系统用于计算试验轴承的力矩刚度，其具体计算步骤包括：根据得到的试验轴承在轴向和径向上的位移计算试验轴承的偏转角，结合测得的试验轴承轴向和径向上施加力的大小以及施加力的作用点到试验轴承受力点的距离，计算得到试验轴承的力矩刚度。

25、其有益效果为：本发明装置能测量出轴承的相关参数，以计算出轴承的力矩刚度，从而得到轴承抵抗复合弯矩偏摆的能力，用以评价轴承性能，且此结构简单直接，实现对轴承施加精准的力矩，只需位移精确测量就可以保证力矩刚度的精确度，减少了因其他参数的采集误差而造成精度低问题，使测得数据更加精确。

26、进一步地，还包括固定主轴、工作台面、试验轴承外轴套和试验轴承外圈挡板；固定主轴用于固定试验轴承；工作台面用于安装固定径向加载系统、轴向加载系统、位移测量系统和固定主轴；试验轴承外轴套安装在试验轴承外圈上，用于将径向加载系统施加的径向力传给试验轴承；试验轴承外圈挡板安装在试验轴承下方，用于将轴向加载系统施加的轴向力传给试验轴承。

27、其有益效果为：有利于将试验轴承进行固定，并对其传输径向和轴向的力时能产生偏转，有利用得到轴承抵抗复合弯矩偏摆的能力。

28、进一步地，径向加载系统包括：径向加载电缸底座、径向加载电缸、径向力传感器和径向加载头，径向加载电缸安装在径向加载电缸底座上并一起固定安装在工作台面上；径向加载头一侧与径向加载电缸连接，另一侧与试验轴承外轴套连接，用于将径向加载电缸产生的径向力传给试验轴承外轴套；径向力传感器用于测量径向加载头和径向加载电缸之间的力的大小，用以表示径向加载电缸对试验轴承施加径向力的大小。

29、其有益效果为：有利于向试验轴承施加精确的径向力，并在径向上产生偏转，有利于得到轴承抵抗径向弯矩偏摆的能力。

30、进一步地，轴向加载系统包括：轴向加载电缸、轴向加载头和轴向力传感器，轴向加载电缸安装在工作台面上；轴向加载头一侧与轴向加载电缸连接，另一侧与试验轴承外圈挡板连接，用于将轴向加载系统产生的轴向力传给试验轴承外圈挡板；轴向力传感器用于测量轴向加载头和轴向加载电缸之间的力的大小，用以表示轴向加载电缸对试验轴承施加轴向力的大小。

31、其有益效果为：有利于向试验轴承施加精确的轴向力，并在径向上产生偏转，有利于得到轴承抵抗轴向弯矩偏摆的能力。

32、进一步地，位移测量系统包括两组位移传感器，每组位移传感器包含两个传感器，且每个传感器安装在传感器支架上，并一起固定安装在工作台面上，一组位移传感器中的两个传感器与试验轴承之间的距离相等；其中一组位移传感器位于试验轴承径向两侧，用于测量试验轴承的径向位移；另一组位移传感器位于试验轴承外圈正下方，且关于试验轴承轴向对称，用于测量试验轴承的轴向位移。

33、其有益效果为：有利于更直观的反映试验轴承径向和轴向发生的偏转程度，有利于得到轴承抵抗径向弯矩偏摆的能力，从而评价轴承性能。