滚动轴承摩擦力矩测量技术

2003321
一、轴承摩擦力矩测量的目的意义：
滚动轴承在旋转过程中，由于其外圈、内圈、保持架、钢球、密封圈五大件之间互相接触，故存在着摩擦阻力。

轴承摩擦阻力的性能一般按两种方法进行评定，一种是灵活性检查：采用徒手检查的方法，检查轴承在旋转时的阻滞现象，以定性的粗略判断其轴承摩擦阻力大小。

另一种是以摩擦力矩来衡量，这也是一种科学的客观的测量方法。

轴承摩擦阻力影响轴承寿命，影响主机制导系统的可靠性和精确性的重要因素。

尤其对于高科技使用的轴承，如：陀螺仪轴承、卫星消旋天线轴承、运载大箭轴承、飞行平台轴承等等，均需要更加严格的摩擦力矩测量。

总之目前世界各国对于精密轴承质量的重点要求，已经由尺寸精度、几何精度、成品的旋转精度等方面转向了轴承的动态性能方面-----摩擦力矩和振动的测量，这也是使用单位最关心的两个重要技术性能指标。

因此，轴承摩擦力矩测量技术的研究目的就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。

二、轴承摩擦力矩的特性：
为了阐明摩擦力矩测量技术首先对轴承摩擦力矩的特性（图1）进行分析。

图1 轴承摩擦力矩特性曲线
M max---最大摩擦力矩
M mcp---平均摩擦力矩
1．摩擦力矩是轴承内外圈角变位的函数M = f (H)，从式中可以看出轴承在旋转过程中每个位置都具有一个摩擦力矩值，即被测量轴承摩擦力矩是个随机变量。

可以在测量过程中提取最大力矩，平均力矩和力矩差值等性能指标，用于分析轴承摩擦性能。

d
F M μ5.0.1=p d M m
2
2
μ=
据轴承的不同要求，采用不同的测量方法，所以轴承摩擦力矩测量仪器种类繁多，仅公开报导国内外就有近百种仪器。

八、国内外轴承摩擦力矩测量仪器简介 1．P M692平均摩擦力矩测量低度（图2）
不能直接显示测量结果
需按下式计算获得： 式中：
M---平均摩擦力矩；
n ---从重锤脱开负荷转 图2 ∏M692仪器测量原理图 盘到负荷转盘停止 1-重锤 2-滑轮 3-螺钉
时的圈数。

4-负荷转盘 5-心轴 6-锁紧螺钉 T---重锤从脱开转盘到转 7-轴承 8-定位座 9-立柱 盘停止的时间。

J------负荷转盘的转
动惯量；
2．D M092最大摩擦力矩测量仪（图3）
测量结果可从读盘上读出，
度盘刻度由下式得到： 式中：
M---轴承最大摩擦力矩； 图3 D M092仪器测量原理图 r-----配垂块重心到转轴 1-配重块 2-心轴 3-内圈 4-外圈
的中心距离； 5-负荷块 6-刻度盘 7-转轴 8-
P----配重块的质量； 9-电机 10-平衡销 11-螺杆 3．英国T.I.D-33启动力矩测量仪（图4） 原理：采用电涡流驱动
仪器用标准游丝进行定标。

2
4T nJ M π=
θ
rPSin M =
技术指标：
被测轴承尺寸Φ6.3~Φ22.225mm
力矩范围0~1.3gem gf⋅cm
轴向负荷75~400g
图4 英T.L.D-33型仪器测量原理图
4．日本机械试型轴承摩擦力矩测量仪（图5）
一种微型轴承摩擦
力矩测量仪，主要
缺点是测量系统工
艺复杂、易损坏。

图5 日本机械试仪测量原理图
1--轴向负荷 2—旋转台 3—外更换套
4—内更换套5--被测轴承 6—扭簧丝7—应变丝5．M992B微型轴承摩擦力矩测量仪（图6本所产品）
要特点：（1）可以垂直和水平两个位置测量（2）备有部分典型曲线图
技术指标：
测量轴承范围：内径：Φ2~8mm
力矩测量范围：0~100μN⋅m
轴向负荷：1~4N
主轴转速：2r/min
示值误差：±2.5μN⋅m
示值稳定性：
2.5μN⋅m/4h
气源压力：0.3~0.4Mpa
图6 M 992仪器测量原理图
1-销 2-内更换套 3-外更换套 4-轴承
5-垫圈 6-空气轴承主轴 7-空气轴承 8-传感器
9-衔铁 10-吊丝 11-平衡片簧 12-拉力弹簧6．M9908A轴承摩擦力矩测量仪（图7本所产品）
技术指标：
测量轴承范围：内径：Φ8~30mm
力矩测量范围：0~50mN⋅ m
轴向负荷：15N
主轴转速：5r/min
示值误差：±2.5mN⋅m
示值稳定性：0.25mN⋅m/4h
图
7 M9908A摩擦力矩测量仪结构示意图
1．升降手轮2．电机3．同步带
4．轴向负荷块5．升降机构6．驱动主轴
7．被测轴承8．校准轮9．测量主轴
10．吊线11．支承12．滚珠轴承
13．硅码14．整体式应变扭矩传感器15．测量系统支座
16．校准支架
7．M695型成对角接触轴承摩擦力矩测量仪（图8本所产品）
技术指标：
⋅测量轴承范围：成对角接触球轴承
内径：Φ10~50mm
力矩测量范围：0.5~50mN⋅ m
轴向负荷：100~500N
主轴转速：0.5、5r/min
示值误差：±0.5Mn/4h
示值稳定性：0.4~0.5MPa
图8 M695仪器测量原理图
1.传感器
2.空气轴承
3.空气轴承转子 4（9）.内更换套
5（8）.被测轴承 6.轴向加载环 7.汽缸 10（16）密珠轴承
11（17）.同步带轮 12.支承 13.内更换件 14.力矩机组 15.转动主轴8．PM9906型轴承摩擦力矩测量仪（图9本所指标）
技术指标：
测量轴承范围：内径：Φ6~Φ17mm
外径：Φ13~Φ47mm
宽度：4~14mm
测量力矩种类：平均摩擦力矩
力矩测量范围：0~50mN⋅m
0~100mN⋅m
轴向负荷：0~50N±0.5N
主轴转速：10rPm~2000rPm 图9 PM9906 测量仪原理示意图
示值误差：±0.5%F⋅S 01.轴向加载机构 02驱动主轴
气源压力：0.5~1 Mpa 03空气主轴 04.轴承更换套
05.被测轴承 06.标准力矩系统
07.力矩传感器 08.速度传感器
09.电机 10.负荷传感器
九、轴承摩擦力矩测量技术的发展趋势
1．鉴于轴承摩擦力矩是个随机变量而且分散度较大的特性，人们最为关心的是测量值的真实性和可靠性，并不过于追求仪器的测量精度。

2．动态摩擦力矩的测量，多采用极低速连续旋转的测量方法，几乎可以获得测量过程中每一个接触点的摩擦力矩值，一般情况下可以用来代替静态力
矩的测量。

3
4
5
1
10
图10 典型曲线图
a—----------力矩变化较小的曲线。

b、f –---- 轴承无润、润滑剂内有多量微小粉粒或光洁度不好。

c 、
d 、e—轴承滚动表面有伤痕，有个别角大的杂物。

g-------------保持架夹球。

h-------------轴承偏心或仪器主轴跳动过大。

2．频谱分析方法
频谱分析方法是比使用典型曲线进行比较，更为准确和可靠，它是根据不同的摩擦力矩影响困素具有不同的频谱耒分析确定的。

这种利用频谱分析轴承摩擦力矩影响因，我所正在研究、开发、计划2004年可提供应用。

洛阳轴承研究所
洛阳轴研科技股份有限公司
仪器开发部。