轴承摩擦力矩实验测定方法的研究

【摘要】：正含轴承多体系统的建模需要精确的轴承摩擦力矩模型。Palmgren给出的轴承摩擦力矩的模型被广泛使用,其摩力矩的大小与轴承的转速、载荷、尺寸及润滑剂有关,其中转速和载荷是影响轴承摩擦力矩的两个最主要因素。擦然而,要利用该模型确定机械系统中某一给定轴承的摩擦力矩,模型中的相关系数还要靠实验方法测定。本文以628型滚动轴承(深沟球轴承)为例,设计制作了一个实验装置,利用单摆的动力学特性,测量滚动轴承摩擦力矩与其转速及载荷之间的关系。首先,基于平衡力矩法,设计实验装置,测量轴承在同一载荷不同转速下的摩擦力矩。该实验中,将轴承的内圈与电机轴固连,外圈与摆杆固连,通过给定电机的转速,测量摆杆的平衡位置(与铅垂线的夹角),进而计算出该转速下的摩擦力矩。该方法舍去了传统平衡力矩法中的支撑点,避免了因支撑带来的误差,使得测量结果更加精确。根据实验测量结果,可确定Palmgren轴承摩擦力矩模型的相关参数,拟合出轴承摩擦力矩与转速相关的计算公式。实验结果表明,在转速为100~3500r/min的范围内,轴承摩擦力矩随转速的增加而增大,且呈非线性关系。其次,测量轴承摩擦力矩与载荷的关系。将被测轴承的内圈固定,外圈与不同质量的摆杆固连,引入图像处理的方法,利用高速摄像机记录单摆的运动,通过编程处理单摆运动图像的相关数据,计算其不同时刻的角加速度。依据单摆的动力学特征,当单摆运动到铅垂位置时,轴承摩擦力矩仅与单摆对转轴的转动惯量和角加速度的大小有关,由此计算出不同载荷下轴承的摩擦力矩,进而确定Palmgren轴承摩擦力矩模型中的相关系数。实验结果表明,在轻载(远小于额定载荷)条件下,轴承由载荷因素产生的轴承摩擦力矩远小于其总摩擦力矩(2%),在近似计算中可以忽略不计;在重载条件下,轴承摩擦力矩随载荷增大而增大。总之,本文给出的实验方法改进了原有的平衡力矩法测量轴承摩擦力矩的实验方法,并首次引入了图像处理方法测量轴承摩擦力矩与轴承转速及载荷的关系,可减小实验误差,为轴承摩擦力矩的测量,提供一种有效的途径。本文给出的实验方法均是测量轴承的动摩擦力矩,轴承的静摩擦力矩还有待于进一步研究。