一种滚动轴承摩擦力矩测量装置的制作方法

1.本发明属于航空发动机动和轴承测试技术领域，具体涉及一种滚动轴承摩擦力矩测量装置。


背景技术：

2.航空发动机主轴承工作转速高，载荷大，工况多变，轴承发热功率大，对润滑冷却系统的设计带来了极大的困难。准确评估轴承的摩擦力矩，提供精确的冷却滑油流量，对避免过大的设计裕度导致的结构臃肿，降低发动机结构质量具有重要意义。此外，准确评估轴承摩擦力矩可以为轴承腔温度场分析提供精细的边界条件。
3.现有技术主要涉及低速轴承的摩擦力矩测量，且主要是用于脂润滑或者自润滑轴承，同时，现有技术方案多采用扭矩传感器测量，由于存在轴系干扰，很难在高速环境下应用。
4.因此，需要提供一种能够解决航空发动机高速滚动轴承工作状态下的摩擦力矩测量问题的装置。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种滚动轴承摩擦力矩测量装置，以解决航空发动机高速滚动轴承工作状态下的摩擦力矩测量的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，一种滚动轴承摩擦力矩测量装置，用于对待测滚动轴承的摩擦力矩进行测量，所述测量装置包括用于固定所述待测滚动轴承的轴承座、用于对所述待测滚动轴承加载并测量载荷大小的两组拉力杆组件、连接在所述拉力杆组件另一端的横梁、用于连接所述拉力杆组件和所述轴承座以及所述横梁的轴承转接组件、以及用于控制所述横梁上下运动的导向组件，
7.所述两组拉力杆组件与所述待测滚动轴承连接的一端的间距为a，所述两组拉力杆组件与所述横梁连接的一端的间距为b，则a＜b，
8.所述两组拉力杆组件的中心线延长线的交点高于所述待测滚动轴承的轴线。
9.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述轴承转接组件包括用于连接所述拉力杆组件和所述横梁的上轴承转接组件和用于连接所述拉力杆组件和所述轴承座的下轴承转接组件，
10.所述拉力杆组件包括与下轴承转接组件固定的拉力杆、与上轴承转接组件固定的力传感器以及用于连接所述拉力杆和所述力传感器的传感器转接盘。
11.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述横梁侧面设有与所述导向组件相配合的引导面。
12.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述轴承转接组件包括与所述轴承座或所述横梁固定的短轴、套设在所述短轴上的轴承、用于固定所述轴承的转接座以及用于固定所述短轴的开口销。
13.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述导向组件包括基座、设置在所述基座上用于给所述横梁提供向上的力的加载杆组件、与所述基座连接的导向座以及设置在所述导向座上侧固定连接的顶板，
14.所述导向座内设有用于放置所述横梁的凹槽，所述横梁在所述加载杆组件的作用下在凹槽内上下移动，凹槽的内侧设有用于限制所述横梁水平位置的引导槽。
15.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述基座与所述加载杆组件之间设有用于密封的膜片。
16.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述测量装置还包括用于将测量装置固定的壳体。
17.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述加载杆组件包括与所述基座固定连接的加载导向座、穿过所述加载导向座中心通孔的加载活塞以及与所述加载活塞连接的加载杆，所述加载杆顶部的球头与所述横梁接触。
18.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述基座设有用于容纳高压油液的腔体，所述高压油液用于给所述加载杆组件提供向上的力。
19.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述基座上还设有用于连接液压加载装置的管接头。
20.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，还具有这样的特征，所述两组拉力杆组件的中心线延长线与所述待测滚动轴承的中心线距离为5mm。
21.有益效果：
22.本发明所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置，解决了航空发动机高速滚动轴承工作状态下的摩擦力矩测量问题，所适用的高速滚动轴承的转速最高可达10000r/min。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
24.图1为本发明实施例所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置的使用状态的结构图；
25.图2为图1的剖视图；
26.图3为本发明实施例所提供的轴承转接组件的剖视图；
27.图4为本发明实施例所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置和滚动轴承连接处的放大图；
28.图5为本发明实施例所提供的滚动轴承摩擦力矩测量装置的原理图；
29.其中，1-轴承座、2-待测滚动轴承、3-壳体、4-轴承转接组件、4-1-第一下轴承转接组件、4-2-第一上轴承转接组件、4-3-第二上轴承转接组件、4-4-第二下轴承转接组件、5-拉力杆组件、5-1-左拉力杆组件、5-2-右拉力杆组件、6-横梁、7-顶板、8-导向座、9-加载杆组件、10-膜片、11-基座、12-堵头、13-管接头、14-主轴、15-第一辅助轴承、16-右挡油盘、17-下壳体、18-右轴承座、19-左轴承座、20-左挡油盘、21-第二辅助轴承、22-上壳体、401-转接座、402-轴承、403-短轴、404-开口销、501-拉力杆、502-传感器转接盘、503-力传感器、901-加载导向座、902-加载活塞、903-加载杆。
具体实施方式
30.下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
31.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
34.如图1所示，提供了一种滚动轴承摩擦力矩测量装置，用于对待测滚动轴承2的摩擦力矩进行测量，所述测量装置包括用于固定所述待测滚动轴承2的轴承座1、用于对所述待测滚动轴承2加载并测量载荷大小的两组拉力杆组件5、连接在所述拉力杆组件5另一端的横梁6、用于连接所述拉力杆组件5和所述轴承座1以及所述横梁6的轴承转接组件4、以及用于控制所述横梁6上下运动的导向组件，所述两组拉力杆组件5与所述待测滚动轴承2连接的一端的间距为a，所述两组拉力杆组件5与所述横梁6连接的一端的间距为b，则a＜b，所述两组拉力杆组件5呈v字型布置，所述两组拉力杆组件5的中心线延长线的交点高于所述待测滚动轴承2的轴线。两组拉力杆组件5包括结构相同的左拉力杆组件5-1和右拉力杆组件5-2。
35.在部分实施例中，所述轴承转接组件4包括用于连接所述拉力杆组件5和所述横梁6的上轴承转接组件和用于连接所述拉力杆组件5和所述轴承座1的下轴承转接组件，所述拉力杆组件5包括与下轴承转接组件固定的拉力杆501、与上轴承转接组件固定的力传感器503以及用于连接所述拉力杆501和所述力传感器503的传感器转接盘502。拉力杆501穿过传感器转接盘502中间的孔，螺栓穿过传感器转接盘502和力传感器503上的安装孔，将两个零件固定在一起。
36.在上述实施例中，上轴承转接组件包括第一上轴承转接组件4-2和第二上轴承转接组件4-3，第一上轴承转接组件4-2和第二上轴承转接组件4-3一端连接在横梁6上、另一端与两组拉力杆组件5分别连接；下轴承转接组件包括第一下轴承转接组件4-1和第二下轴承转接组件4-3，第一下轴承转接组件4-1和第二下轴承转接组件4-3的一端分别与两组拉力杆组件5连接、另一端连接在轴承座1上。
37.在部分实施例中，所述横梁6侧面设有与所述导向组件相配合的引导面。
38.在部分实施例中，所述轴承转接组件4包括与所述轴承座1或所述横梁6固定的短
轴403、套设在所述短轴403上的轴承402、用于固定所述轴承402的转接座401以及用于固定所述短轴403的开口销404。轴承402外环安装在转接座401内，轴承402的内环安装在短轴403上，短轴403两端安装在轴承座1或横梁6的相应开孔内，开口销404穿过短轴403上的孔，防止短轴403掉落。
39.在部分实施例中，所述导向组件包括基座11、设置在所述基座11上用于给所述横梁6提供向上的力的加载杆组件9、与所述基座11连接的导向座8以及设置在所述导向座8上侧固定连接的顶板7，顶板7通过螺钉固定在导向座8上，导向座8通过螺钉固定在基座11上，
40.所述导向座8内设有用于放置所述横梁6的凹槽，所述横梁6在所述加载杆组件9的作用下在凹槽内上下移动，凹槽的内侧设有用于限制所述横梁6水平位置的引导槽。横梁6从上向下插入导向座8，如图3所示，引导槽的导向面约束了横梁6的位置，使横梁6仅能在垂直方向上滑动。
41.在部分实施例中，所述基座11与所述加载杆组件9之间设有用于密封的膜片10。膜片10用于密封基座11上表面凹槽内的高压油液。
42.在部分实施例中，所述测量装置还包括用于将测量装置固定的壳体3。
43.在部分实施例中，所述加载杆组件9包括与所述基座11固定连接的加载导向座901、穿过所述加载导向座901中心通孔的加载活塞902以及与所述加载活塞902连接的加载杆903，所述加载杆903顶部的球头与所述横梁6接触。球头用于把载荷传递给横梁6。
44.在部分实施例中，所述基座11设有用于容纳高压油液的腔体，所述高压油液用于给所述加载杆组件9提供向上的力。
45.在部分实施例中，所述基座11上还设有用于连接液压加载装置的管接头13。管接头13连接液压加载装置后，使用堵头12排出凹槽内的空气，堵头12在测量装置工作时处于拧紧状态。
46.在部分实施例中，所述两组拉力杆组件5的中心线延长线与所述待测滚动轴承2的中心线距离l为5mm。
47.在部分实施例中，轴承402为滚针轴承。
48.在部分实施例中，力传感器503为轮辐式传感器，且测量精度不低于0.1％fs。
49.在部分实施例中，膜片10为氟橡胶。
50.在部分实施例中，加载杆组件9可替换为液压缸，
51.在部分实施例中，导向面上涂覆用于降低摩擦的润滑油。
52.如图5所示，所述待测滚动轴承2固定在主轴14上，与主轴14过盈装配的第一辅助轴承15和第二辅助轴承21用于支撑主轴14高速旋转，并分别安装在右轴承座18和左轴承座19内。固定连接的下壳体17和上壳体22，共同限制右轴承座18和左轴承座19的位置。固定在右轴承座18的右挡油盘16和固定在左轴承座19上的左挡油盘20用于阻止润滑油泄露。
53.试验时，通过液压加载装置向管接头12内通入高压油液，膜片10收到油液的作用，推动加载活塞902和加载杆903向上移动，横梁6在加载杆903的作用下向上运动的同时，将载荷传递给两组拉力杆组件5，拉力杆组件5将载荷传递到待测滚动轴承2上。当主轴旋转时，待测滚动轴承2上产生摩擦力矩，该力矩将导致两组拉力杆5上测量到的载荷值出现明显差异，载荷值的差值随着摩擦力矩的变化而变化，通过适当的标定试验，可获得摩擦力矩的大小。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种滚动轴承摩擦力矩测量装置，用于对待测滚动轴承(2)的摩擦力矩进行测量，其特征在于，所述测量装置包括用于固定所述待测滚动轴承(2)的轴承座(1)、用于对所述待测滚动轴承(2)加载并测量载荷大小的两组拉力杆组件(5)、连接在所述拉力杆组件(5)另一端的横梁(6)、用于连接所述拉力杆组件(5)和所述轴承座(1)以及所述横梁(6)的轴承转接组件(4)、以及用于控制所述横梁(6)上下运动的导向组件，所述两组拉力杆组件(5)与所述待测滚动轴承(2)连接的一端的间距为a，所述两组拉力杆组件(5)与所述横梁(6)连接的一端的间距为b，则a＜b，所述两组拉力杆组件(5)的中心线延长线的交点高于所述待测滚动轴承(2)的轴线。2.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述轴承转接组件(4)包括用于连接所述拉力杆组件(5)和所述横梁(6)的上轴承转接组件和用于连接所述拉力杆组件(5)和所述轴承座(1)的下轴承转接组件，所述拉力杆组件(5)包括与下轴承转接组件固定的拉力杆(501)、与上轴承转接组件固定的力传感器(503)以及用于连接所述拉力杆(501)和所述力传感器(503)的传感器转接盘(502)。3.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述横梁(6)侧面设有与所述导向组件相配合的引导面。4.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述轴承转接组件(4)包括与所述轴承座(1)或所述横梁(6)固定的短轴(403)、套设在所述短轴(403)上的轴承(402)、用于固定所述轴承(402)的转接座(401)以及用于固定所述短轴(403)的开口销(404)。5.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述导向组件包括基座(11)、设置在所述基座(11)上用于给所述横梁(6)提供向上的力的加载杆组件(9)、与所述基座(11)连接的导向座(8)以及设置在所述导向座(8)上侧固定连接的顶板(7)，所述导向座(8)内设有用于放置所述横梁(6)的凹槽，所述横梁(6)在所述加载杆组件(9)的作用下在凹槽内上下移动，凹槽的内侧设有用于限制所述横梁(6)水平位置的引导槽。6.根据权利要求5所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述基座(11)与所述加载杆组件(9)之间设有用于密封的膜片(10)。7.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括用于将所述测量装置固定的壳体(3)。8.根据权利要求5所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述加载杆组件(9)包括与所述基座(11)固定连接的加载导向座(901)、穿过所述加载导向座(901)中心通孔的加载活塞(902)以及与所述加载活塞(902)连接的加载杆(903)，所述加载杆(903)顶部的球头与所述横梁(6)接触。9.根据权利要求5所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述基座(11)设有用于容纳高压油液的腔体，所述高压油液用于给所述加载杆组件(9)提供向上的力。10.根据权利要求9所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述基座(11)上还设有用于连接液压加载装置的管接头(13)。11.根据权利要求1所述的滚动轴承摩擦力矩测量装置，其特征在于，所述两组拉力杆
组件(5)的中心线延长线与所述待测滚动轴承(2)的中心线距离为5mm。

技术总结
本发明提供了一种滚动轴承摩擦力矩测量装置，属于航空发动机和轴承测试技术领域，该测量装置用于对待测滚动轴承的摩擦力矩进行测量，所述测量装置包括用于固定所述待测滚动轴承的轴承座、用于对所述待测滚动轴承加载并测量载荷大小的两组拉力杆组件、连接在所述拉力杆组件另一端的横梁、用于连接所述拉力杆组件和所述轴承座以及所述横梁的轴承转接组件、以及用于控制所述横梁上下运动的导向组件。该测量装置解决了航空发动机高速滚动轴承工作状态下的摩擦力矩测量问题，所适用的高速滚动轴承的转速最高可达10000r/min。轴承的转速最高可达10000r/min。轴承的转速最高可达10000r/min。


技术研发人员：王新 黄维娜 李晓明
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/6