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单摆法检测万向支架轴承摩擦力矩
上海交通大学仪器工程系宓子宁颜德田

【摘要】本文介绍了一种用单摆法测量万向支架轴承摩擦力矩的方法,分析了有阻尼状
态下单摆的能量衰减模式,阐述了估算摩擦力矩的方法。详细介绍了该测试仪器的
结构以及工作原理,突出了它结构简单,精度高的特点。
【关键字】单摆,摩擦力距,光电传感器
【中图分类号】TM93 【文献标识码】 A
A method using simple pendulum to measure friction moment of gimbals pillow
MI Zi-Ning,YAN De-Tian
(Shanghai JiaoTong University,Shanghai 200030,china)
Abstract: A method using simple pendulum is introduced to measure the friction moment of
gimbals pillow. a model of energy attenuation in damp condition is analyzed and a method to
estimate the friction moment is formulated. The structure of this testing instrument is introduced
in detail too.
Key words: simple pendulum, friction moment ,photoelectric sensor
1. 引言
在实际生产过程当中,产品各项参数的检测对产品整体质量的影响至关重
大,关键部件更是如此。万向支架是某产品的关键部件,其性能好坏直接影响万
向支架的性能,为保证产品的质量,必须对万向支架轴承摩擦力矩进行检测。
传统的检测轴承摩擦力矩的方法一般都是采用一些传感器来实现的。在轴
承中插入一个应变片,当轴承旋转时产生的阻力矩使粘贴的应变片发生形变,其
应变电阻发生变化,电桥失去平衡,传感器输出一个与轴承摩擦力矩成正比的电
信号,通过 A/D 转换,单片机处理,最终得到所需结果。
但这种方法一般只用于中小型的轴承,对于微小的轴承(直径约 1mm),
应变片很难安装,而且传感器输出的模拟信号还要经过一系列处理才可接收利
用,由于轴承本身的摩擦力矩就很小(10μ牛·米级),所以对后继调理电路,
放大电路的精度要求很高。
对于我们所要测量的万向支架的机械结构来说,也很难用常规的方法进行
检测。万向支架是一个半封闭式的双向轴承系统,包括内环轴承和外环轴承,分
别实现两个方向的转动。由于它半封闭交叉式的结构,不能用常规方法测试,所
以我们采用单摆法对它进行检测,装置结构图 1 所示:
万向支架固定于水平放置的测试台的支架上,将单摆套入万向支架中,使
单摆可以随万向支架作任意方向的摆动。调整万向支架的安装位置,使单摆静止
时恰好处于光电传感器的中心位置。将单摆搭在电子开关上面,当电子开关弹下
时单摆便在一个平面内自由摆动,通过光电传感器可以记录单摆的摆动次数,进
而估计万向支架轴承的摩擦力矩。