回转机械转动惯量和动摩擦力矩测试方法

　　前言

　　机械回转系统的惯量和动摩擦力矩是影响其工作性能、效率和寿命等的重要因素,随着机械向高速、精密、高效率的方向发展,对惯量和动摩擦力矩的测试要求也相应提高,尤其是测试设备,其回转系统的惯量和动摩擦力矩,是直接影响其测试性能的重要因素。因此,采用合适的方法计算、标定回转系统的惯量和摩擦力矩,是科学研究及生产实践的必须环节。关于回转系统的惯量测试,目前常用的方法是在整机装配前,对重要的回转部件进行称重,得出重量数据后,再根据求惯量的力学公式计算[1]。这种计算方法对于几何尺寸近似于圆环、圆盘的简单结构零件,计算精度比较好,但如果零件结构比较复杂则只能近似计算;同时,因为这种方法的部件称重过程是在整机组装前进行的,故不可能将整个回转系统的零件全部进行测试计算;另外,组装成整机后,由于安装误差等原因,每个回转零部件的质心难以和回转轴重合。以上原因都会使测试计算结果产生一定的误差,而且误差的范围很难估计准确,从而给科学研究和生产实践带来诸多不便。

　　回转系统的摩擦力矩是影响机械系统的效率、输出功率的关键因素,实际上机械系统的功率损失几乎全部是由摩擦引起的,因此,正确估计系统的摩擦力(力矩),对于掌握整机性能、工作特点和精度都有重要意义。目前摩擦力矩的测试是在整机装配后进行的,通常采用静力矩测试方法或惯性制动方法测试,但是这两种方法难以区分动、静摩擦力矩。从实际应用来说,因为回转系统工作时,动摩擦力矩才是消耗功率、影响效率的重要因素[1,2],所以,回转系统的动摩擦力矩才是需要测试的重要参数。对此,本文提出一种可在整机组装后进行惯量及动摩擦力矩测试的新方法。

　　1　测试原理及方法

　　回转机械力学模型一般可简化为图1所示的一绕轴旋转的惯性质量盘和轴支承结构。惯性质量盘可以是多种惯性零部件的组合,支承也可为多处,但简化成图1结构时,可以认为仅有一惯性质量和一总的摩擦阻力矩。关于图1所示系统的摩擦力矩,在起始阶段(转速接近于零时),摩擦力矩较大(静摩擦力矩),当转速升高时,摩擦力矩趋于稳定(动摩擦力矩),见图2。

　　1.1　测试原理与方法

　　针对图1所示系统,采用图3所示的测试方法。用一质量较轻(相对系统而言)的软绳,绕在系统圆盘上,缠绕半径为R,A点处为一定滑轮,其摩擦阻力也应较小(相对系统阻力矩而言),软绳另一端系一重物,B点处为测试传感器,联接到仪器上测试软绳通过的距离与时间。

　　进行测试时,回转系统在重物的作用下,由静止开始进行匀加速运动,软绳随着重物通过传感器,在软绳上设置不同距离的触发装置,使传感器能精确测试软绳走过不同距离的时间,测试数据即为通过不同距离的时间差。