精密轴承刚度测试系统设计
一种微型轴承轴向刚度测试仪的设计
一种微型轴承轴向刚度测试仪的设计作者：孔志营李副来胡英贝孙建勇张辛来源：《科技创新与应用》2016年第12期摘要：轴承刚度是高速精密轴承重要参数之一，轴承刚度的好坏直接影响到整个轴系的性能。
文章介绍了一种用于微型轴承轴向刚度测量的刚度测量仪，并对其测量原理和结构设计进行了详细介绍。
关键词：微型轴承；轴向刚度；测量仪器引言轴承刚度是高速精密轴承重要参数之一，轴承刚度的好坏直接影响到整个轴系的性能。
所谓滚动轴承的刚度是指轴承内、外套圈产生单位的相对弹性位移量所需的外加负载[1]。
目前，国内尚没有专用于微型轴承轴向刚度测试的设备，这类产品的检测单位通常制作一些较简易的装置进行检测，测量精度和重复性都得不到保证。
一些生产和使用单位也是通过一些陈旧的设备来实现微型轴承刚度的检测。
例如通过向被测轴承吊砝码来对轴承施加轴向载荷，在被测轴承内圈端面放置千分表来显示被测轴承轴向的变形量，最终达到检测轴承刚度的目的。
以上方法轴向载荷无法实现无级加载，只能通过吊砝码测得位移变形量逐个的点，根本无法依照轴承的设计要求来模拟实际载荷以及无法直接取得刚度曲线，使用不便，且误差较大、重复性不好，不适合批量生产。
因此，文章开发了一种专用于微型轴承的轴向刚度测量仪器。
1 仪器测量原理微型轴承轴向刚度测试仪器的测量原理如图1所示。
将被测轴承置于刚性平面上，支撑轴承外圈并固定，使用专用的测量芯轴与轴承内圈配合，同时通过端面对轴承内圈进行加载。
由底部与被测轴承同轴安装的加载气缸加轴向力，可获得连续可调的无极加载。
加载力的大小则由连接在气缸和测量芯轴之间的微型测力传感器实时采集并记录到数据库中。
高精度的位移传感器与测量芯轴的端面接触，记录被测轴承在载荷压力下的位移变化。
位移传感器及微型测力传感器与被测轴承位于同一轴线上，确保采集到位移和载荷数据与被测轴承的实际情况一致。
测量结束后，通过计算机测量软件对采集到数据进行分析处理，绘制出被测轴承的刚度曲线图。
弹性支承一体化轴承刚度测量分析与研究
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｔｉｆｆｎｅｓｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒＢｅａｒｉｎｇ ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＷｉｔｈＥｌａｓｔｉｃＳｕｐｐｏｒｔ
ＷＡＮＧＭｉｎｇｊｉｅ１，２，ＬＩＬｉｎｇｘｉａｏ１，２，ＳＨＩＫｅｋｅ１，２，ＱＵＨｏｎｇｌｉ１，２，ＹＡＮＪｉｓｈａｎ１，２
（１．ＬｕｏｙａｎｇＬＹＣＢｅａｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｖｉａｔｉｏｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｂｅａｒｉｎｇｓ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ）
圈的径向刚度就相对容易，因此，在实际生产过程 中，希望通过 测 量 外 圈 径 向 刚 度 来 代 替 整 套 轴 承 的径向刚度测量。
１ 测量存在的问题
某型弹性支承一体化轴承如图 １所示，其由 双半内圈三点接触球轴承和弹支结构组成。如果 将轴承整体 进 行 刚 度 测 试，不 仅 需 要 较 为 复 杂 的 试验机构，测量精度也无法保证。而仅测量轴承外
图 ２ 测量装置示意图 Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ
表 １ 外圈形变测量结果 Ｔａｂ．１ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｕｔｅｒｒｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
砝码质量 ／ｋｇ
０ １０．００５ ２０．０１０ ３０．０４１ ４０．０７４ ５０．０９１
第 １次测量 ０
航空 发 动 机 轴 承 的 工 作 转 速 高、振 动 大，因 此，普遍 使 用 弹 性 支 承 结 构 并 与 轴 承 集 成 为 一 体［１－６］。在鼠笼式弹性支承一体化轴承的设计使 用中，径向刚度被作为关键参数进行研究［７－９］，准 确测量 此 类 轴 承 的 径 向 刚 度 成 为 生 产 的 迫 切 需 求。然而，对 于 轴 承 径 向 刚 度 的 测 量 方 法 及 所 用 仪器，在国家及行业标准中均无具体规定 ； ［１０－１１］ 尤其对于弹 性 支 承 一 体 化 轴 承，目 前 行 业 内 还 没 有专用的轴承整体刚度测量仪，也少有此类研究。
一种中心弹性轴承扭转刚度试验加载装置[发明专利]
![一种中心弹性轴承扭转刚度试验加载装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bb2e87a2e45c3b3566ec8b2c.png)
专利名称：一种中心弹性轴承扭转刚度试验加载装置专利类型：发明专利
发明人：张俊愿,张丽琴,韩建,陆京生
申请号：CN202011316581.1
申请日：20201120
公开号：CN112461464A
公开日：
20210309
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于中心弹性轴承性能试验装置试验技术，涉及一种中心弹性轴承试制品扭转刚度试验加载装置。
由固定螺栓、固定外接头、径向加载接头、滚动轴承、外接头螺栓、外接头螺母、轴承挡圈、扭转接头、扭转环、扭转螺栓、内接头螺栓和内接头螺母组成。
试验装置仅通过在径向加载接头内孔装配一个满足径向载荷要求的滚动轴承，即可实现中心弹性轴承在径向载荷作用下的扭矩施加，试验装置简单，可操作性强，具有较高的试验精度和工作效率。
申请人：中国直升机设计研究所
地址：333001 江西省景德镇市航空路6-8号
国籍：CN
代理机构：中国航空专利中心
代理人：王世磊
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单轴精密测试转台的设计与运动控制
单轴精密测试转台的设计与运动控制一、单轴精密测试转台的设计在设计单轴精密测试转台时，需考虑以下几个方面：1.结构设计：转台的结构设计应合理、稳定，以保证精密度和可靠性。
一般采用典型的机械结构，如圆盘、均匀旋转杆、滑移杆等。
同时，转台的材料选择应具备高强度、优良的机械性能和稳定性能。
2.转台轴承：转台轴承是保证转台可以平稳旋转和承载测试负载的重要组成部分。
常用的轴承包括滚珠轴承和滑动轴承。
对于要求较高的实验，如精密测试和定位控制，一般选择高精度、高刚度的滚珠轴承。
轴承的选择要满足转台的刚度需求，并保持低扭矩、低摩擦和高轴向刚度。
3.驱动系统：转台的驱动系统包括电机和减速装置。
电机一般选择直流或步进电机，以满足高精度、高速和平稳运动的要求。
减速装置主要用于减小电机输出转矩，提高转台的扭矩稳定性。
在设计时需考虑减速比、精度和可靠性等因素。
4.传感器：精密测试转台的传感器用于测量转台的姿态信息，如角度、位置和速度等。
主要的传感器包括编码器、陀螺仪和加速度计。
这些传感器可通过反馈系统将测量值传递给电机驱动和控制系统，实现闭环控制。
传感器的选型应考虑精度、稳定性和可靠性。
二、单轴精密测试转台的运动控制1.控制方法：常用的控制方法包括PID控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，通过对转台输出信号进行比例、积分和微分处理，实现控制系统的稳定性和响应速度。
模糊控制是一种模糊逻辑和推理的控制方法，可适应非线性、不确定性和模糊性系统。
自适应控制是根据系统动态特性和误差信号实时调整控制参数的控制方法，能够提高系统的鲁棒性和稳定性。
2.控制策略：转台的控制策略主要包括位置、速度和力控制。
位置控制是指通过控制转台的位置来实现目标位置的精确定位。
速度控制是指通过控制转台的速度来实现特定速度要求的运动。
力控制是指通过控制转台的输出力矩，实现特定力控制要求，如振动控制和负载控制。
在实际应用中，根据具体需要可以选择不同的控制策略，并结合上述的控制方法进行综合控制。
电磁轴承刚度阻尼自动测试
赵晶晶等：电磁轴承刚度阻尼自动测试
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使得 Kp 变化对等效阻尼在 惯性滞后时间 T 非常小， 整个频率区域的影响都很小。在 100 Hz 以下的低 频区域，等效阻尼基本保持恒值。随着频率逐渐增 高，分母项 1 + ω 2T 2 随之增大，导致等效阻尼在高 频区域逐渐减小。 微分参数 Kd 在整个频率范围内都 是等效阻尼的主要决定因素， 积分参数 Ki 对等效刚 度几乎无影响，对于等效阻尼，增大 Ki 使得在低频 区域的等效阻尼大幅降低。
(4)
(5)
式中， G ( s) 为 DSP 传递函数； GP ( s ) 为功放电路传 递函数， 理想情况 GP ( s ) = λ ，λ 功放增益；GS ( s ) 为 传感器电路传递函数，理想情况 GS ( s ) = As ， As 为 传 感 器 增 益 ； kx 为 位 移 刚 度 系 数 ， 3 k x = µ0 S0 N 2 I 0 2 / x0 ； ki 为 电 流 刚 度 系 数 ，
图1
电磁轴承工作原理图
传感器测量到转子相对轴心的偏移信号，信号 经过控制器的运算处理后，将控制信号输出到功率 放大器， 产生的控制电流通过电磁线圈产生电磁力， 将转子拉回到初始轴心位置。在忽略铁心材料磁阻 和转子重力的情况下，转子中心的运动方程可表示 为 mx′′ = F1 − F2 + f x =
摘要：针对电磁轴承刚度阻尼难以测量的问题，设计一套电磁轴承刚度阻尼测试系统，实现电磁轴承刚度、阻尼的自动测量。 该系统激振器由自行研制的 LabVIEW 测试系统产生，电磁轴承传感器作为拾振器，自行研制的测量分析系统作为测量分析 工具。给出电磁轴承的刚度和阻尼测量结果。根据本系统获得的电磁轴承支承转子的刚度、阻尼特性，对控制器的优化设计 以及转子模型的优化设计有一定的指导意义。由于电磁轴承具有可控刚度和阻尼特性，因此可利用等效刚度和等效阻尼概念 选择控制系统参数，简化设计过程。对实验室的样机台架进行具体分析，证实这种方法可行。分析结果还表明，若控制参数 选择合理，将获得令人满意的减振效果。 关键词：电磁轴承
《测控仪器设计》(第4章)《测控仪器设计(第3版)》精选全文
（3）滚动轴承导轨
– 摩擦力矩小 – 运动灵活 – 承载能力大 – 调整方便 – 用于大型仪器（如万工显、三座标、测长机等）
（二）滚动摩擦导轨的组合应用
（1）滚动与滑动摩擦导轨 的组合应用
– 滚动轴承导轨摩擦力 小 ，运动灵活 ，用做
导向
滚动轴承和滑动导轨的组合 1—平面滑动导轨 2—滚动轴承导轨
导轨的几何精度包括导轨在垂直平面内与水平面内的直线度，导轨面间 的平行度和导轨间的垂直度
（2）导轨的接触精度
垂直面内的直线度
水平面内的直线度
导轨面间的平行度
（二）导轨运动的平稳性
爬行现象：在其低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的
而与动导轨相连的工作台却出现一慢一快，一跳一停的现象 产生爬行现象的主要原因有： ①导轨间的静、动摩擦系数差值较大； ②动摩擦系数随速度变化； ③系统刚度差
高
液体静压
高
导轨
空气静压
高
导轨
较好 较好
好 好
大 较低 较大 较低
差 较好
好
要求不 高
要求较 高
要求高
好 要求高
成本
低 较高
高 高
（二）标准导轨的选用
b） a）
直线球滑座系列导轨 a）直线球滑座导轨 b）球滑座LSP型结构示意图
• 1．滚珠导轨
▪ （1）双V形滚珠导轨
▪ 运动灵敏度较高，能承受 不大的倾复力矩
▪ (2)双圆弧滚珠导轨
▪ 计量光学仪器中（如小型 工具显微镜、投影仪等） 使用
▪ 接触面积较大，接触点 应力较小，变形也较小， 承载能力强、寿命长。
V形滚珠导轨 a）常用双V形滚珠导轨 b）V形小圆弧导轨
c）双圆弧导轨
轴承座动刚度检测方法
轴承座动刚度检测方法为了采用正向推理诊断振动故障，在激振力和支撑动刚度两类故障中，首先应肯定或排除其中一个。
大量现场实践证明，检测轴承座动刚度是一种简单而有效的方法，通过进一步观察发现并由公式（2-2）可见，轴承座动刚度除与静刚度和共振放大因素有关外，还与动态下其连接刚度直接有关，下面具体介绍影响动刚度的三个因素的检测和诊断方法。
一、连接刚度转子的支撑系统一般有轴承盖、轴承座、基础台板、基础横梁等部件组合而成，这些部件连接的紧密程度，直接影响这部件刚度。
部件之间连接紧密程度对刚度的影响，称连接刚度。
检查部件连接紧密程度传统的方法由检查连接螺丝预紧力、连接部件之间的间隙等方法，但这些检测方法不仅手续麻烦，而且不能检测动态下连接的紧密程度。
通过总结大量现场振动测试结果得到，采用检测连接部件之间差别振动，是检查连接部件动态下连接紧密程度简单而有效的方法。
所谓差别振动，是指两个相邻的连接部件振幅的差值。
差别振动值本身已说明两个相邻的连接部件之间在动态下产生了相对位移量，这种微小的位移将显著地降低部件的动刚度，但在静态下连接部件之间并无间隙存在，而且连接螺丝预紧力往往也正常。
对于一般的轴承座来说，在同一轴向位置（如图2-1所示），测点上下标高差在100mm以内的两个连接部件，在连接紧围固的情况下，其差别振动应小于2μm；滑动面之间正常的差别振动应小于5μm；对于发电机后轴承座与台板之间有绝缘垫者，其差别振动应小于7μm。
当两个相邻部件差别振动明显大于这些数值时，即可判定轴承座连接刚度不足。
差别振动愈大，故障愈为严重。
在测量轴承各点振动时，除测量垂直振幅和相位外，必要时对该点水平和轴向振动也应测量；在测量时若发现差别振动异常，必须复测一遍；只有两次测量结果基本一致，才能认为数据可靠。
造成转子支承系统连接部件之间差别振动过大的主要原因有：1. 连接螺丝松动由于检修或安装时疏忽，轴承盖、轴承座、基础台板等连接螺丝部分没有拧紧或预紧力不够。
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精 密 轴 承 刚度测 试 系统 设
傅 伟 颜德 田
息 与 电气 工 程 学院 仪 器 科 学 与 工 程 系 上 海 上
摘
要 ： 了克 服 传 统 方 案 在 测 试 过 程 的 速 度 慢 、 人 工 操 作 出 现 误 差 等 缺 点 ， 文 介 绍 了一 种 以 工 业 控 制 计 算 机 为 核 心 的 为 全 本
自动化测试系统 ： 通过直流伺服 电机施加压力 ， 并用传感器 对被测压 力实 时检 测 ， 采用精密 位移传感 器探测 轴承在压力下 并
的 形 变 。通 过 动 态 采集 位移 信 号 和压 力 信 号 ， 出轴 承相 应 的 刚度 值 ， 可 根 据 实 时 绘 制 出 的 形 变 曲线 来 研 究 轴 承 的其 他材 得 并
Ｆｕ Ｗ ｅ Ｙ ａ Ｄ ｅ ｉ ｉ ｎ ｔａｎ
（ ｐ ｆ ｎ ｔｕ ｎ ｃｅ ｃ ＆ Ｅｎ ｉｅｒｎ ， ｌｃｒ ｎｃＩｆｒ ｔ ｎ ＆ Ｅｌｃｒ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇＳ ｈ ｏ ， Ｄｅ ｔｏ ｓｒ ｍｅ ｔＳ ｉｎ ｅ Ｉ ｇｎ ｅｉｇ Ｅ ｅｔｏ ｉ ｎｏ ｍａｉ ｏ ｅ ｔｉ ｌＥ ｇｎ ｅｉ ｃ ｏ ｌ ｃ ｎ Ｓ ａ ｇ ａ ｉｏＴｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０， ｉａ ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｎ ｉｅｓｔ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ４ Ｃｈｎ ） Ｊ ｙ ２
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料 性 能 。实 践 证 明 ， 测 试 系 统 测 试 操 作 简 单 ， 度 和 稳 定 性 高 。 本 精
关 键 词 ： 密 轴 承 ； 密 位移 传 感 器 ； 精 精 压力 传感 器 ； 流 伺 服 电 机 直
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ６ Ｐ １ 文 献标 识码 ： Ａ
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