專利名稱：自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種關節(jié)軸承，更具體地說，涉及一種自潤滑關節(jié)軸承的滾軋游隙產(chǎn)生的力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)及方法。
背景技術：
自潤滑關節(jié)軸承的一項較為關鍵技術參數(shù)，就是產(chǎn)品的無載啟動摩擦力矩。該力矩一方面由產(chǎn)品內圈與自潤滑襯墊這一對摩擦副本身材料特性所決定，更重要的決定因素是軸承滾軋游隙工序的加工結果。傳統(tǒng)的加工工藝，是在產(chǎn)品加工時，預先進行滾軋游隙試驗，獲得產(chǎn)品無載啟動力矩合格條件下的滾軋游隙工藝參數(shù)，隨后進行正式生產(chǎn)。由于缺乏加工時產(chǎn)品的無載啟動力矩的即時檢測、控制手段，無法及時由檢測結果反饋給滾軋設備進行實時調整。因此，產(chǎn)品無載啟動力矩的批產(chǎn)一致性和單件的均勻性，存在著與國外同類產(chǎn)品相比的較大差距。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種自潤滑關節(jié)軸承在線即時檢測與控制系統(tǒng)及方法，通過聯(lián)接于被測軸承上的動態(tài)力矩傳感測量裝置，在滾軋游隙的加工過程中，主動獲取產(chǎn)品無載啟動力矩的達標信號，并控制滾軋游隙機的相應動作，實現(xiàn)產(chǎn)品質量主動控制和獲得較好一致性的目標。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下一種自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)，用于軸承滾軋游隙加工工序中，在被測軸承上聯(lián)接一個動態(tài)力矩傳感器，其測得的軸承力矩信號傳輸給信號處理設備進行收集、處理、顯示和記錄，信號處理設備將該信號傳輸給滾軋游隙操作控制系統(tǒng)，用來控制軋輥夾持在被測軸承上的壓力大小以及施加在直流電機上的電壓和轉速大小，在所述動態(tài)力矩傳感器與直流電機之間聯(lián)接一個單向軸承。一種自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)，包括以下步驟1)準備階段滾軋游隙初始，軋輥以僅夠夾持軸承接近于“無載”的壓力接觸被測軸承產(chǎn)品，并驅動被測軸承內外圈因無游隙而同步旋轉，直流電機以低于上述速度同向旋轉，在單向軸承作用下，相當于直流電機軸與動態(tài)扭矩傳感器軸“脫開”，此時，動態(tài)力矩傳感器測量輸出為零；2)滾軋游隙階段軋輥逐漸加壓于被測軸承上，工序進入滾軋游隙階段 滾軋初始階段對直流電機施加疊加電壓驅使其轉速升高到一定值，在單向軸承作用下，直流電機為系統(tǒng)驅動源，被測軸承成為負載源，動態(tài)力矩傳感器檢測出被測軸承力矩，如其值遠大于產(chǎn)品要求的無載啟動力矩上限值或力矩控制保護設定值以上時，直流電機上疊加電壓降低，轉速降低； 滾軋游隙工作階段在滾軋初始階段后期，動態(tài)力矩傳感器如檢測到被測軸承摩擦力矩低于設定的被測軸承無載啟動摩擦力矩上限值時，系統(tǒng)進入滾軋游隙工作階段操作控制系統(tǒng)控制伺服加載軋輥加壓滾軋被測軸承游隙，直流電機上的疊加電壓和轉速上升，在單向軸承作用下， 直流電機與動態(tài)力矩傳感器“硬”聯(lián)接，且在直流電機驅動、被測軸承力矩為負載力矩的共同作用下，動態(tài)扭矩傳感器采集被測軸承的力矩，信號處理設備繪出力矩變化曲線；3)跑合階段當檢測到被測軸承力矩值下降到設定的力矩下限值時，軋輥壓力釋放至接近于 “無載”壓力值，被測軸承內圈在直流電機驅動下，以高于其外圈轉速持續(xù)運轉一段時間；4)測試階段跑合結束，直流電機與軋輥同時停止轉動，軋輥保持“無載”壓力夾持被測軸承， 系統(tǒng)進入測試階段，動態(tài)力矩傳感器在直流電機驅動下，測出被測軸承無載啟動內圈時的力矩以及后續(xù)旋轉時與自潤滑襯墊間的滑動力矩，并由信號處理設備繪出整個力矩變化曲線；測試完畢，軋輥脫離被測軸承，直流電機停止工作，整個滾軋游隙工序結束。所述滾軋初始階段，對直流電機施加頻率約為5Hz的三角波疊加電壓，當直流電機升速至被測軸承內圈轉動臨界速度以上的瞬間，動態(tài)力矩傳感器檢測此時的被測軸承力矩。本發(fā)明技術方案，將通過聯(lián)接于被加工軸承上的動態(tài)力矩傳感測量裝置，在滾軋游隙的加工過程中，主動獲取產(chǎn)品力矩的達標信號，并控制滾軋游隙機的相應動作，實現(xiàn)產(chǎn)品質量主動控制和獲得較好一致性的目標。為了克服傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)產(chǎn)品所存在的單個軸承無載啟動力矩不均勻弊端，本發(fā)明在產(chǎn)品加工的過程中，通過控制滾軋機的自動操作，引入了產(chǎn)品“跑合”功能。本發(fā)明在產(chǎn)品加工的后段，安排了對每個加工產(chǎn)品的無載啟動力矩與滑動摩擦力矩的完整在線自動檢測與鑒別工步。本發(fā)明的應用，有望從技術上為根本改觀我國該類軸承的質量水平，提供支持。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結構框圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)工作原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。圖1、圖2所示，在軸承滾軋游隙工序中，支撐軋輥1及伺服加載軋輥8聯(lián)合作用夾持并驅動被測軸承2，并在加工過程中通過滾軋游隙操作控制系統(tǒng)的控制對被測軸承2施加以工作壓力。伺服加載軋輥8支撐軋輥1以僅夠夾持軸承接近于“無載”的壓力接觸被測軸承1時，系統(tǒng)進入準備、跑合、測試階段。在被測軸承2上通過聯(lián)軸器7聯(lián)接一個動態(tài)力矩傳感器3，其上測得的軸承力矩信號傳輸給信號處理設備9，信號處理設備9用來收集、 處理、顯示和記錄該被測軸承2的力矩信號，并將該信號傳輸給滾軋游隙操作控制系統(tǒng)4。 直流電機5作為測量系統(tǒng)的驅動源，為系統(tǒng)提供動力。直流電機5上施加的電壓大小由滾軋游隙操作控制系統(tǒng)4根據(jù)信號處理設備9上傳輸?shù)臋z測數(shù)據(jù)來控制，進而控制直流電機5 的轉速大小。在工作過程中，伺服加載軋輥8施加在被測軸承2上的壓力的大小以支撐軋輥1的及轉速的大小也是由滾軋游隙操作控制系統(tǒng)4根據(jù)信號處理設備9上傳輸?shù)臋z測數(shù)據(jù)來控制。在直流電機5和動態(tài)力矩傳感器3之間通過聯(lián)軸器7聯(lián)接一個單向軸承6。圖3所示為本系統(tǒng)的工作原理圖，圖3中的坐標曲線從上向下依次表示滾軋游隙工序中軋輥壓力曲線圖、軋輥轉速曲線圖、被測軸承內圈轉速曲線圖、直流電機電壓與轉速曲線圖、被測軸承力矩曲線圖。圖中T1為產(chǎn)品要求的無載啟動力矩下限值；T0為產(chǎn)品要求的無載啟動力矩上限值；T3為產(chǎn)品力矩控制設定下限值；Tc為產(chǎn)品無載啟動力矩實測值；T2為力矩控制保護設定值；結合圖3，詳細給出本發(fā)明所提供的系統(tǒng)方法，包括步驟如下1)準備階段a 滾軋游隙初始，軋輥以僅夠夾持軸承接近于“無載”的Ptl壓力接觸被加工軸承產(chǎn)品，由于此時該產(chǎn)品內外圈間尚無游隙，內圈隨外圈以Ii1速度同步旋轉。同時，直流電機以低于Ii1的速度( )同向旋轉。由于單向軸承的作用，電機與被測產(chǎn)品間運動互不干涉。此時，力矩傳感器測量輸出為零。2)滾軋游隙階段b: 滾軋初始階段軋輥逐漸加壓至工作壓力P1于被加工軸承產(chǎn)品，工序進入滾軋游隙階段。同時對直流電機施加頻率約為5Hz的三角波疊加電壓，驅使直流電機升速，至&臨界速度以上的瞬間，單向軸承起作用，使直流電機作為系統(tǒng)驅動機構，被測軸承力矩為負載力矩。如此時力矩傳感器測得被測軸承力矩，遠大于設定保護值T2或產(chǎn)品要求的無載啟動摩擦力矩上限值Ttl以上，直流電機附加電壓被降掉，直流電機被降回速度于n2( < H1)。 滾軋游隙工作階段在滾軋初始階段后期，如測得軸承產(chǎn)品的力矩低于被測軸承的設定力矩上限值Ttl 時，系統(tǒng)進入滾軋游隙工作階段。此時，施加于直流電機的疊加電壓持續(xù)上升至V3,直流電機轉速隨即進一步上升至n3(n3 > nl)。受單向軸承作用，動態(tài)力矩傳感器在直流電機n3轉速驅動、被測軸承力矩為負載(被測軸承的內圈以超過外圈轉速H1的113轉速旋轉)的共同作用下，采集被測軸承的力矩數(shù)值，并由電腦系統(tǒng)給出力矩變化曲線。3)跑合階段c當被測軸承力矩值下降至設定值T3時，滾軋機壓輥壓力釋放至“無載”(輕微載荷夾持)壓力P。，并在近“零”壓力狀態(tài)下，被加工軸承內圈在直流電機驅動下，以高于其外圈轉速Ii1的n3持續(xù)運轉一段時間，起到軸承的跑合作用。
4)測試階段d跑合結束后，直流電機與軋輥同時停止轉動，但軋輥仍以“無載”(輕微載荷夾持) 壓力Ptl夾持被測軸承。系統(tǒng)進入產(chǎn)品測試階段直流電機啟動起驅動作用，力矩傳感器測出被測軸承無載啟動力矩。電機繼續(xù)旋轉測出軸承滑動力矩，電腦顯示整個力矩變化曲線， 測試完畢，伺服加載軋輥脫離產(chǎn)品，直流電機停止工作，軋輥停轉，整個滾軋游隙工序結束。本發(fā)明所公開的上述自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)及方法，利用動態(tài)力矩傳感器輸入、輸出軸定義的可轉換特性，解決滾軋過程中，軸承由滾軋初期內外圈無游隙狀態(tài)時的力矩檢測驅動源轉為后期內外圈有游隙狀態(tài)時檢測負載源的轉換問題。采用了單向軸承，實現(xiàn)滾軋初期直流電機與動態(tài)力矩傳感器的“脫開”，以及后續(xù)滾軋過程中， 系統(tǒng)探測被加工軸承力矩時，直流電機成為檢測驅動源，并將動力傳遞至動態(tài)力矩傳感器輸入軸的功能。系統(tǒng)引入了滾軋過程中被加工軸承“無載”(輕微載荷夾持下)的內外圈 “跑合”工藝。滾軋末期，系統(tǒng)進行產(chǎn)品由靜止狀態(tài)的在線啟動，進行檢測無載啟動力矩及產(chǎn)品內圈轉動過程中的滑動力矩，全面判別產(chǎn)品的動態(tài)質量。
權利要求
1.一種自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)，用于軸承滾軋游隙加工工序中。其特征在于在被測軸承上聯(lián)接一個動態(tài)力矩傳感器，其測得的軸承力矩信號傳輸給信號處理設備進行收集、處理、顯示和記錄；信號處理設備將該信號傳輸給滾軋游隙操作控制系統(tǒng)，用來控制軋輥夾持在被測軸承上的壓力大小以及施加在直流電機上的電壓和轉速大??；在所述動態(tài)力矩傳感器與直流電機之間聯(lián)接一個單向軸承。
2.一種自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制方法。其特征在于采用如權利要求 1所述的自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)，包括以下步驟1)準備階段滾軋游隙初始，軋輥以僅夠夾持軸承接近于“無載”的壓力接觸被測軸承產(chǎn)品，并驅動被測軸承內外圈因無游隙而同步旋轉，直流電機以低于上述速度同向旋轉，在單向軸承作用下，相當于直流電機軸與動態(tài)扭矩傳感器軸“脫開”，此時，動態(tài)力矩傳感器測量輸出為零；2)滾軋游隙階段軋輥逐漸加壓于被測軸承上，工序進入滾軋游隙階段a)滾軋初始階段對直流電機施加疊加電壓驅使其轉速升高到一定值，在單向軸承作用下，直流電機為系統(tǒng)驅動源，被測軸承成為系統(tǒng)負載源，動態(tài)力矩傳感器檢測出被測軸承力矩，如其值遠大于被測軸承無載啟動力矩上限值或力矩控制保護設定值以上時，直流電機疊加電壓降低， 轉速降低；b)滾軋游隙工作階段在滾軋初始階段后期，動態(tài)力矩傳感器如檢測到被測軸承力矩低于設定的被測軸承無載啟動力矩上限值時，系統(tǒng)進入滾軋游隙工作階段操作控制系統(tǒng)控制伺服加載軋輥加壓滾軋被測軸承游隙；直流電機上的疊加電壓和轉速上升，在單向軸承作用下，直流電機與動態(tài)力矩傳感器“硬”聯(lián)接，且在直流電機驅動、被測軸承力矩為負載力矩的共同作用下，動態(tài)扭矩傳感器采集被測軸承的力矩，信號處理設備繪出力矩變化曲線；3)跑合階段當檢測到被測軸承力矩值下降到設定的力矩下限值時，軋輥壓力釋放至接近于“無載” 壓力值，被測軸承內圈在直流電機驅動下，以高于其外圈轉速持續(xù)運轉一段時間；4)測試階段跑合結束，直流電機與軋輥同時停止轉動，軋輥保持“無載”壓力夾持被測軸承，系統(tǒng)進入測試階段，動態(tài)力矩傳感器在直流電機驅動下，測出被測軸承無載啟動內圈時的力矩以及后續(xù)旋轉時與自潤滑襯墊間的滑動力矩，并由信號處理設備繪出整個力矩變化曲線；測試完畢，軋輥脫離被測軸承，直流電機停止工作，整個滾軋游隙工序結束。
3.根據(jù)權利要求2所述的自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制方法，其特征在于，所述滾軋初始階段，對直流電機施加頻率約為5Hz的三角波疊加電壓，當直流電機升速至被測軸承內圈轉動臨界速度以上的瞬間，動態(tài)力矩傳感器檢測此時的被測軸承力矩。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自潤滑關節(jié)軸承力矩在線即時檢測與控制系統(tǒng)及方法，用于軸承滾軋游隙加工工序中。在被測軸承上聯(lián)接一個動態(tài)力矩傳感器，其測得的軸承力矩信號傳輸給信號處理設備進行收集、處理、顯示和記錄，信號處理設備將該信號傳輸給滾軋游隙操作控制系統(tǒng)，用來控制軋輥夾持在被測軸承上的壓力大小以及施加在直流電機上的電壓和轉速大小，在所述動態(tài)力矩傳感器與直流電機之間聯(lián)接一個單向軸承。本發(fā)明通過聯(lián)接于被測軸承上的動態(tài)力矩傳感測量裝置，在滾軋游隙的加工過程中，主動獲取自潤滑關節(jié)軸承力矩的達標信號，并控制滾軋游隙機的相應動作，實現(xiàn)產(chǎn)品質量主動控制和獲得較好一致性的目標。
文檔編號B21B38/08GK102527743SQ201110456320
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者劉紅宇, 李寶福, 林俊偉, 邵玉佳, 陳勇 申請人:上海市軸承技術研究所