微型配對軸承啟動摩擦力矩的測量

魏秀軍，張風琴，劉燕娜，李凌鑫

（洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

配對軸承可提高軸承的支承剛度、旋轉精度，并降低振動，因此廣泛應用于航海、航空、航天等領域的一些機構平臺。這些平臺在較強的沖擊、振動工況下低速工作時，要求軸承在軸向和徑向承載下具有較高的定位精度和較低的摩擦力矩。尤其是啟動摩擦力矩，直接影響慣導系統(tǒng)的姿態(tài)穩(wěn)定和指示精度，對主機的性能有極大影響。

1 微型配對軸承的特點及要求

微型配對軸承存在以下特點：（1）尺寸小，單套軸承的內(nèi)徑一般不大于10 mm，其溝道的溝曲率半徑較小，因此在加工、檢測等方面都存在一定的難度；（2）載荷小，由于尺寸小，軸承在實際工況下的軸向載荷及徑向載荷都很小，常規(guī)大載荷條件下的測量儀器都不適用于小載荷條件下微型軸承的測量。

由于微型配對軸承應用場合的特殊性，對其性能有一定的要求：（1）一般情況下，兩配對軸承的內(nèi)徑或外徑的相互差不超過0.001 mm，接觸角的相互差不超過0.5°，變形量的相互差不超過0.000 2 mm。而且不同工況對軸承具有不同的要求，有些只對內(nèi)徑和外徑有嚴格要求，有些則對內(nèi)徑、外徑、剛度及接觸角都有要求；（2）配對后的軸承具有嚴格的啟動摩擦力矩或轉動摩擦力矩要求；（3）配對后的軸承具有嚴格的軸向剛度或徑向剛度要求。

2 摩擦力矩的測量

試驗所用微型配對軸承的要求為：配對軸承內(nèi)徑、外徑的相互差不超過0.001 mm，軸向預緊力為7 N，預緊后在3 N軸向力作用下的摩擦力矩不超過0.7×10-6N·m（正、反面各測量5個點）。

2.1 凸出量的測量

為實現(xiàn)軸承的配對要求，必須首先測量軸向預緊力下單套軸承的凸出量，通過修研內(nèi)、外隔圈達到預緊的目的，因此凸出量測量的準確性是軸承配對的關鍵。由于7 N的軸向預緊力太小，常規(guī)的T6912凸出量測量儀無法準確測量，因此使用測量旋轉精度更高的B023，以準確測量小載荷條件下軸承的凸出量。

2.2 摩擦力矩測量儀器

YZC-Ⅱ型軸承測量儀是一種高性能、多功能軸承摩擦力矩測量儀器，其可以自動逐點測量軸承的啟動摩擦力矩及低、中、高速條件下的轉動摩擦力矩，廣泛應用于航空、航海儀表用微型軸承摩擦力矩的測量。

該測量儀在一定的軸向力作用下，根據(jù)電磁感應原理，感應電流產(chǎn)生的電磁力矩大小在特制傳感器中只與電流的大小有嚴格的函數(shù)關系。儀器測量范圍為：內(nèi)徑1～20 mm，高度2～10 mm，軸向加載范圍為1，3，4，5 N。

YZC-Ⅱ具體工作狀態(tài)如圖1所示，其中光柵與質(zhì)量塊的質(zhì)量總和即為軸承的軸向加載力，另外，光柵還是感應電流的重要部件，底座與軸承的內(nèi)徑面采用間隙配合。

圖1 單套軸承摩擦力矩測量示意圖

2.3 測量過程

由于YZC-Ⅱ不能測量成對軸承的摩擦力矩，并且需要對軸承進行軸向預緊，在不影響測量精度的前提下自制了軸向預緊工裝。具體工裝如圖2所示，定位座與加載螺栓利用螺紋進行連接，定位座下端支承被測軸承2的外圈端面，定位座的外徑面成一定的錐度以便與儀器的光柵配合，通過光柵的感應實現(xiàn)軸承的平穩(wěn)旋轉；加載螺栓的外徑面靠壓被測軸承1的端面，加載螺栓端面預留2個深孔，利用力矩扳手即可實現(xiàn)軸向預緊力的加載。

圖2 成對軸承軸向預緊示意圖

由于定位座的內(nèi)徑面與被測軸承的外徑面采用間隙配合，將被測軸承及內(nèi)、外隔圈裝入定位座時，稍有歪斜軸承便會卡住，裝拆軸承時非常困難，而且極易損壞軸承精度。為解決這一問題，在向定位座內(nèi)裝入被測軸承時，使用了如圖3所示的定位軸，極大地提高了裝拆軸承的效率。

圖3 定位軸示意圖

利用定位軸的定位作用，將被測軸承2、內(nèi)隔圈、外隔圈及被測軸承1順序裝入定位座內(nèi)，安裝加載螺栓并通過力矩扳手實現(xiàn)軸承的軸向預緊（7 N），然后將實現(xiàn)預緊后的配對軸承整體安裝在YZC-Ⅱ摩擦力矩測量儀上，如圖4所示。為精確控制軸向加載力，特別在光柵上設置了軸向力調(diào)整塊，即試驗裝置中軸向加載力由光柵、定位座、加載螺栓及軸向力調(diào)整塊4部分組成。

圖4 成對軸承摩擦力矩測量示意圖

測量被測軸承1及被測軸承2的凸出量后，修研內(nèi)、外隔圈的端面，然后通過自制的軸向預緊工裝實現(xiàn)成對軸承的軸向預緊，最后在YZC-Ⅱ上對配對軸承的摩擦力矩進行檢測，測量結果見表1。

3 結束語

通過測量單套軸承的凸出量，修研內(nèi)、外隔圈的端面，并使用自制的簡易加載裝置實現(xiàn)了小載荷條件下的軸向預緊，從而實現(xiàn)了微型配對軸承摩擦力矩的檢測。而且設計的加載裝置簡單，測量結果準確、可靠。