一种基于LabVIEW的灵敏轴承动态摩擦力矩采集系统

　　0 引言

　　摩擦力矩是评价轴承质量的一综合指标， 低摩擦力矩是灵敏轴承极其重要的性能指标。 它不仅与轴承的结构尺寸、 几何精度、 材料及热处理性能有关， 还与工作载荷、 装配精度、 润滑条件以及环境参数有关。 我国该类轴承普遍存在的问题是摩擦力矩偏高， 其加工工艺质量和一致性差， 经常出现力矩大点和死点， 合格率较低。 由于灵敏轴承的应用主要在于航天、 航空、 舰船和精确制导武器装备定向及定位系统精度等重要领域， 所以在国内外轴承行业中， 转速小于 20r/min 的轴承低速动态摩擦力矩测量仪是检测灵敏轴承动态性能好坏的必要仪器。

　　1 主要研制原理

　　目前在国内外， 轴承低速动态摩擦力矩测量仪的研制原理主要有三种。

　　(1) 驱动轴采用空气轴承、 力矩信号采用电桥补偿处理的方法进行研制。 优点： 空气轴承对被测轴承的干扰非常小， 测得的力矩信号更真实地反映轴承动态摩擦力矩的性能。 缺点： 由于对压缩空气的质量要求非常严格， 需要专门的除湿和除尘设备， 整套仪器的价格较高，使用和维护费也很高， 并且仪器的使用寿命也不高。

　　(2) 通过低速电机带动齿轮驱动被测轴承 ， 通过力杆拉紧钢丝对被测轴承加载， 通过力矩传感器采集力矩信号。 优点： 结构简单， 价格较低， 使用和维护费也较低。 缺点： ①齿轮运转对被测轴承带来一定的干扰; ②钢丝随被测轴承扭动带来的扭矩需要试验测量， 并进行标定、 补偿， 需要经常更换钢丝， 重新标定; 对钢丝扭矩性能的一致性要求很严， 否则要修订补偿设置; ③被测轴承拨动力矩传感器带来的冲击和滞后现象， 将使力矩传感器采集的信号与轴承的真实力矩有很大的误差，所以这类力矩仪只能用于测量对力矩要求较低的较大尺寸的轴承上。

　　(3) 近年来国外研制的通过被测轴承带动动光栅 ，根据动光栅与静光栅比对产生的信号， 并经专门开发的分析软件进行处理， 获得轴承的动态摩擦力矩。 优点：所测量分析出的力矩信号更真实、 可靠。 缺点： ①技术难度很大; ②对动、 静光栅的制造精度和安装精度要求非常高， 目前国内很难制造出这样高精度的光栅， 对中国的进口控制也很严。

　　2 本测量仪的结构及原理

　　本采集系统是在洛阳轴承研究所和西北工业大学， 共同研制的 JCZ-I 型动态摩擦力矩测量仪上进行开发与改进。 其结构如图1 所示。

　　在图 1 中， 被测轴承4 安装在轴承外座 3 和轴承加载杆 6 之间，通过轴承加载杆 6 上的负载线10 在被测轴承内圈加负载 11， 被测轴承外座 3 固定在驱动机构主轴 2 上， 驱动机构主轴 2 由精密支撑轴承 1 精密定位在机壳上。