軸承摩擦阻力研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u8377軸承摩擦阻力研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 1251431.1國外研究現(xiàn)狀 176901.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3185911.3研究現(xiàn)狀分析 6近年來，軸承摩擦阻力的研究一直是學(xué)術(shù)界注重的焦點(diǎn)之一，軸承摩擦力矩的理論和實(shí)驗研究發(fā)展迅速，研究成果已經(jīng)應(yīng)用于各種軸承的設(shè)計當(dāng)中，在很大程度上促進(jìn)了軸承技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步[10]。影響軸承摩擦力矩的因素有很多，想要更好的研究軸承的特性是必須要能準(zhǔn)確測量軸承摩擦力矩數(shù)值的。如今國內(nèi)外各學(xué)者就軸承摩擦力矩相關(guān)問題已研究數(shù)年，對滾動軸承摩擦力矩的影響因素、理論計算、實(shí)驗裝置設(shè)計等各個方面都有許多經(jīng)驗。1.1國外研究現(xiàn)狀國外學(xué)者為研究軸承摩擦力矩與潤滑油性質(zhì)、溫度、負(fù)載等因素間的關(guān)系，研制了有針對性的軸承摩擦力矩測量系統(tǒng)[11-12]。基于能量法可較方便地開發(fā)軸承摩擦力矩測量系統(tǒng)。羅馬尼亞雅西工業(yè)大學(xué)的學(xué)者對摩擦學(xué)實(shí)驗室生產(chǎn)的通用性潤滑與材料測試儀CETRUMT-2進(jìn)行了改造[13-14]，測試了51205型推力球軸承在添加特定潤滑劑后的摩擦力矩數(shù)值，測量裝置如圖1-1所示。實(shí)驗人員首先在軸承上做出標(biāo)記，以便后續(xù)觀察。實(shí)驗過程中推力球軸承放置在旋轉(zhuǎn)盤上，在電動機(jī)的作用下開始轉(zhuǎn)動，直到到達(dá)設(shè)定的速度后電動機(jī)停轉(zhuǎn)，軸承在摩擦阻力的影響下逐漸停轉(zhuǎn)。推力球軸承通過軸向加載盤進(jìn)行加載。在裝置的中部放置有高速相機(jī)，可以用來記錄實(shí)驗過程軸承的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。最后計算機(jī)軟件分析所記錄的數(shù)據(jù)，可以得到實(shí)驗中推力球軸承的角加速度。由于推力球軸承的轉(zhuǎn)動慣量已知，經(jīng)過計算就能得出軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸承摩擦力矩的準(zhǔn)確數(shù)值。圖1-1力球軸承摩擦力矩測量系統(tǒng)法國國立普瓦提埃大學(xué)研發(fā)了一套可測量軸承啟動力矩的裝置[15],測量范圍為0~100mNm。該裝置是基于平衡測量法所設(shè)計的。軸承摩擦力矩測量裝置如圖1-2所示。實(shí)驗過程為被測軸承在電動機(jī)的作用下開始旋轉(zhuǎn)，軸承外圈在摩擦力矩的作用下就會有相對轉(zhuǎn)動的趨勢。力矩傳感器通過一個叉型裝置與軸承外圈相連，將外圈固定，那么通過測量力矩傳感器的所旋轉(zhuǎn)角度就可以通過計算來測得軸承啟動摩擦力矩的數(shù)值。圖1-2軸承啟動摩擦力矩測量裝置羅馬尼亞克拉約瓦大學(xué)IonutGeonea等人為研究計算軸承滾珠間摩擦力的模型，研制了雙杠桿式軸承摩擦力矩測量系統(tǒng)[16]，裝置如圖1-3所示。該裝置設(shè)計的原理是電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)帶動軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，軸承外圈在摩擦力矩的作用下就會產(chǎn)生相對運(yùn)動的趨勢，但由于軸承外圈被固定，所以軸承的摩擦力矩就會通過電機(jī)軸給電機(jī)作用一個反作用力。此時裝置內(nèi)的電機(jī)平衡杠桿會給電機(jī)提供一個力矩，保持電機(jī)平衡。該裝置是通過徑向加載杠桿來給被測軸承提供徑向載荷。最后通過測量杠桿上安裝的電阻應(yīng)變片的應(yīng)變來計算軸承摩擦力矩的數(shù)值。1）主軸；2）被測軸承；3）支架；4）徑向加載杠桿；5）支撐軸承；6）法蘭；7）電機(jī)平衡杠桿；8）電機(jī)圖1-3雙杠桿式軸承摩擦力矩測量裝置1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)學(xué)者為研究軸承摩擦力矩的性質(zhì)也自主研制過一些較為簡單的軸承摩擦力矩測量系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠滿足一定使用要求，但測量精度較低，性能較差[17-19]。國內(nèi)研發(fā)的軸承摩擦力矩測量裝置大多是以平衡測量法、能量測量法、傳遞測量法這三種方法為原理所設(shè)計，其中平衡測量法因設(shè)計簡單、實(shí)用性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用最廣泛。洛陽軸承研究所研制的軸承摩擦力矩測量裝置在國內(nèi)屬于頂尖水平。洛陽軸承研究所采用平衡測量法于1979年研制出了型號為M992的微型軸承轉(zhuǎn)動摩擦力矩測量儀[20-21]，裝置結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。1-銷子;2-內(nèi)更換套;3-被測軸承;4-外更換套;5-墊圈;6-空氣主軸;7-空氣軸承;8-差動變壓器;9-銜鐵;10-吊絲;11-帶輪圖1-4微型軸承摩擦力矩測量儀結(jié)構(gòu)示意圖該裝置的實(shí)驗原理為軸承內(nèi)圈與吊絲連接，保持靜止。當(dāng)軸承外圈旋轉(zhuǎn)的時候，在軸承摩擦力矩的作用下軸承內(nèi)圈有著相對運(yùn)動的趨勢。此時吊絲上產(chǎn)生一個平衡力矩阻止軸承外圈旋轉(zhuǎn)，這個平衡力矩作用在吊絲上，使吊絲產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。吊絲扭轉(zhuǎn)后，差動變壓器兩側(cè)輸出的電信號發(fā)生變化，最后通過測量電信號就能間接計算出軸承摩擦力矩的數(shù)值。該軸承轉(zhuǎn)動摩擦力矩測量儀中差動變壓器的原理圖如圖1-5所示。圖1-5差動變壓器原理圖由于M992型微型軸承轉(zhuǎn)動摩擦力矩測量儀只能測出軸承的轉(zhuǎn)動力矩，因此，洛陽軸承研究所研發(fā)了可測得軸承啟動力矩的QM992型軸承啟動力矩測量裝置。該裝置與M992型軸承摩擦力矩性能指標(biāo)相同。測量儀北京領(lǐng)邦儀器采用電磁天平分析技術(shù)，于2013年研發(fā)了可測陀螺儀上微型軸承的摩擦力矩的測量儀[22]。該測量儀測量范圍為0~100μN(yùn)m，測量誤差1μN(yùn)m，優(yōu)于M992型、QM992型儀器。國內(nèi)部分高校研究設(shè)計過軸承摩擦力矩測量裝置。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的柏德恩等人研究設(shè)計了一種可以測量諧波減速器啟動力矩的裝置，該裝置經(jīng)過一些改裝也可以測量軸承的摩擦力矩，裝置如圖1-6所示[23]。該裝置設(shè)計原理是依據(jù)傳遞測量法來測量力矩大小。系統(tǒng)中扭矩傳感器通過連接兩個彈性聯(lián)軸器分別于諧波減速器和伺服電機(jī)相連，那么伺服電機(jī)產(chǎn)生的力矩經(jīng)扭矩傳感器就可傳遞到諧波減速器上。圖1-6諧波減速器測試系統(tǒng)及原理圖華中科技大學(xué)曾詳春設(shè)計了圓錐滾子軸承摩擦力矩測量儀[24],裝置如圖1-7所示。該裝置設(shè)計原理為驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過主軸帶動被測軸承的內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，軸承外圈與測量盤連接保持靜止。軸承外圈施加給測量盤的力矩被力傳感器經(jīng)傳力繩產(chǎn)生的平衡力矩所抵消。力傳感器所測得的數(shù)據(jù)乘以力臂即為軸承摩擦力矩的數(shù)值。a)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計圖b）裝置實(shí)物圖圖1-7圓錐滾子軸承摩擦力矩測量儀在國內(nèi)外所研發(fā)設(shè)計的軸承摩擦力矩測量裝置中設(shè)計原理大多采用平衡測量法。在平衡測量法中使用的傳感器主要是力矩傳感器和力傳感器。所以在實(shí)驗過程中傳感器的精度決定了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。中小型軸承摩擦力矩的測量通常選擇小量程的力矩傳感器。力矩傳感器主要有振弦式、磁電式、磁彈性式、光電式、電阻應(yīng)變式等幾類[25-26],其中量程在100mNm以內(nèi)的力矩傳感器僅有電阻應(yīng)變式、磁電式、光電式三類。目前技術(shù)成熟的小量程力矩傳感器大多都源自國外。表1-1列舉了部分國外典型小量程力矩傳感器的參數(shù)。品牌型號量程（mNm）類型感受扭矩類型HONEYWELL170020應(yīng)變式動態(tài)TEConnectivityCD114020應(yīng)變式動態(tài)ETHDRFL20應(yīng)變式動態(tài)FutekTDF40040應(yīng)變式動態(tài)ONOSOKKIMD系列2，5，10，20磁電式靜態(tài)/動態(tài)VibracTQMINI系列0.35，3.5，35，70光電式靜態(tài)/動態(tài)表1-1國外典型小量程力矩傳感1.3研究現(xiàn)狀分析目前國內(nèi)外大多使用的軸承摩擦力矩測量裝置都是由專業(yè)的儀器制造公司所生產(chǎn)研發(fā)的。這些設(shè)備相比于學(xué)者研發(fā)的更具有實(shí)用性、方便性和準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)。且大多數(shù)研制的軸承摩擦力矩