調(diào)心滾子軸承滾道曲率半徑和中心位置測量儀

陳　虹

（廣州大學(xué)，廣東廣州510006）

調(diào)心滾子軸承滾道曲率半徑和中心位置測量儀

陳虹

（廣州大學(xué)，廣東廣州510006）

調(diào)心滾子軸承的生產(chǎn)工藝設(shè)備落后，制造水準(zhǔn)較低，測試手段較落后等因素直接影響其質(zhì)量的提高。目前，國內(nèi)制造廠家基本上采用樣板法和測量雙滾道對稱度的方法來間接測量內(nèi)圈滾道曲率半徑和曲率中心位置。該方法誤差大，精度低。介紹一種調(diào)心滾子軸承滾道曲率半徑和中心位置測量儀，其使用方便，測量精度高，是適用于工序間檢查站的測量儀器。

測量儀；曲率半徑和中心位置；調(diào)心滾子軸承

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.021

0　引言

調(diào)心滾子軸承的生產(chǎn)工藝設(shè)備落后，制造水準(zhǔn)較低，測試手段較落后等因素直接影響其質(zhì)量的提高［1］。目前，國內(nèi)制造廠家基本上采用樣板法和測量雙滾道對稱度的方法來間接測量內(nèi)圈滾道曲率半徑和曲率中心位置。這種間接測量方法誤差大，精度低。隨著我國軸承工業(yè)發(fā)展，提高調(diào)心滾子軸承質(zhì)量的研究勢在必行。本文介紹一種測量自動(dòng)調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈雙滾道中心距專用測量儀，該儀器應(yīng)用于車間檢查站，實(shí)現(xiàn)對調(diào)心滾子軸承的內(nèi)圈外滾道曲率半徑偏差和曲率中心位置的測量，以控制曲率半徑偏差和中心位置，為調(diào)心滾子軸承的制造工藝提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)［2］。

1　儀器構(gòu)成

1.1儀器結(jié)構(gòu)

外滾道曲率中心位置測量儀由機(jī)械和電氣兩部分組成，主要包括：高精度滾道導(dǎo)軌、傳動(dòng)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、定位機(jī)構(gòu)、封閉式光柵傳感器、光柵細(xì)分接口卡和計(jì)算機(jī)及軟件處理程序。電氣原理框圖如圖1所示。

圖1　測量儀電氣原理框圖

機(jī)械結(jié)構(gòu)由基座、支架、齒形帶輪、定導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌、光柵傳感器、軸承、偏心軸、微調(diào)旋鈕、光柵傳感器、吸板、V型鐵和定位尺等組成。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

其中基座為儀器總底座基礎(chǔ)，支架支撐固定定導(dǎo)軌，齒形帶輪帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，定導(dǎo)軌與X方向平行，動(dòng)導(dǎo)軌引導(dǎo)光柵傳感器1讀數(shù)頭沿X軸方向移動(dòng)，光柵傳感器1測量X軸方向位移量，C1000085軸承與滾動(dòng)導(dǎo)軌組成滾動(dòng)組件，偏心軸用于調(diào)整C1000085軸承的預(yù)負(fù)荷，微調(diào)旋鈕調(diào)整光柵傳感器2位置，光柵傳感器2測量Y軸方向位移量，吸板用于固定被測工件，V型鐵用于被測工件定位。

1.2工作原理

本儀器采用直角坐標(biāo)法測量雙滾道軸承內(nèi)圈曲率中心位置和曲率半徑［3］。工件被測母線置于坐標(biāo)系X0Y平面內(nèi)，并與Y軸垂直，封閉式光柵傳感器的光柵尺安裝在定導(dǎo)軌上，光柵傳感器的讀數(shù)頭與動(dòng)導(dǎo)軌固定在一起，形成X軸。長度計(jì)位移傳感器固定在動(dòng)導(dǎo)軌上，測頭沿Y軸方向隨工件被測母線上下移動(dòng)，測量時(shí)，調(diào)整Y軸方向光柵傳感器的位置，使測頭接觸被測量工件輪廓時(shí)傳感器的測量量程范圍之內(nèi)，測量時(shí)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，封閉式光柵傳感器測出X軸方向位移量，長度計(jì)位移傳感器測出Y軸方向（工件母線輪廓）位移量，將這兩個(gè)測量值分別通過接口與光柵細(xì)分計(jì)數(shù)卡連接并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)程序采用最小二乘法分別計(jì)算出圓心位置及曲率半徑，并將結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。

1.3數(shù)學(xué)模型建立

調(diào)心滾子軸承的雙溝道均為一段圓弧滾道，每段弧可視為整圓的一部分。圓的一般方程式：

其中A、B、C為常數(shù)，X、Y為圓上某點(diǎn)坐標(biāo)值。

圖2　測量儀結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)際測量中要測出圓弧上的一系列點(diǎn)Xi、Yi坐標(biāo)值，因此：

Xi2+Yi2+A Xi+B Yi+C=ΔI；

根據(jù)最小二乘法：ΣΔi2=min；分別求導(dǎo)：

令：

則：

且：

解三元一次方程組，求出A，B，C，圓心半徑為：（-A/2，-B/2），曲率半徑為：

1.4精密導(dǎo)軌設(shè)計(jì)

本測量儀采用精密滾動(dòng)導(dǎo)軌。定導(dǎo)軌采用GCr15材料制造，四個(gè)工作面兩兩相對，兩相對面平行差為1 μm/200 mm，動(dòng)導(dǎo)軌采用框架組合，并由16套C1000085精密微型軸承組成。軸承分別與動(dòng)導(dǎo)軌工作面接觸，組成滾動(dòng)付。動(dòng)、靜導(dǎo)軌配合為可調(diào)式。實(shí)際工作時(shí)把動(dòng)、靜導(dǎo)軌調(diào)整為負(fù)間隙配合，以保證C1000085軸承有一定預(yù)負(fù)荷，以增加導(dǎo)軌剛性和精度，實(shí)測精度為2.3 μm/120 mm。

1.5傳感器及電路設(shè)計(jì)

根據(jù)儀器工作原理，X坐標(biāo)軸選用貴陽新天光電科技有限公司的封閉式光柵傳感器，型號為JCXF1，測量量程為150 mm，分辨率1 μm；Y坐標(biāo)軸選用德國海德漢公司的長度計(jì)，型號是MT1271，量程選用12 mm行程，精度±0.2 μm，直線式光柵傳感器，兩個(gè)光柵傳感器分別通過光柵細(xì)分接口卡與計(jì)算機(jī)連接，光柵傳感器將位移量轉(zhuǎn)化為按正弦規(guī)律變化的四路電信號，經(jīng)過放大電路進(jìn)行增益調(diào)節(jié)放大后，再將電信號進(jìn)行細(xì)分，通過計(jì)數(shù)器保存位移的變化量，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線傳遞給CPU進(jìn)行隨機(jī)采樣，得到光柵傳感器的數(shù)據(jù)，通過建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到調(diào)心滾子軸承的內(nèi)圈外滾道曲率半徑偏差值和曲率中心的位置坐標(biāo)值。

本儀器的測量值可為調(diào)心滾子軸承的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝制定提供數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。

1.6計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)編程

計(jì)算機(jī)通過雙路光柵細(xì)分計(jì)數(shù)卡接口分別接受X軸與Y軸的數(shù)據(jù)采集信息。先向細(xì)分卡發(fā)送指令，鎖存當(dāng)前X軸、Y軸的測量數(shù)據(jù)值，保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接受兩個(gè)并行口送來的數(shù)據(jù)［4］，儀器處于調(diào)整狀態(tài)時(shí)，將實(shí)時(shí)采集的X軸、Y軸的測量值顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；處于測量狀態(tài)時(shí)，先測量第一段弧，根據(jù)數(shù)學(xué)模型［5-7］計(jì)算出其圓心位置及半徑值，然后手動(dòng)抬起測頭，越過平臺(tái)擋邊，再進(jìn)行第二段弧的測量，計(jì)算出第二段弧的圓心位置及半徑值，最后再計(jì)算出雙滾道中心距離。軟件流程圖（程序略）如圖3所示。

圖3　軟件流程圖

2　主要技術(shù)指標(biāo)

2.1測量范圍

內(nèi)徑：?20 mm～?100 mm

2.2示值誤差

中心距：±0.02 mm

曲率半徑±0.1 mm

2.3示值重復(fù)性

中心距±0.02 mm

曲率半徑±0.1 mm

3　測試驗(yàn)證

在環(huán)境溫度20℃，相對濕度60%的實(shí)驗(yàn)條件下，以?62.002 mm兩個(gè)外徑環(huán)規(guī)置于V型塊上

定位進(jìn)行測量，兩個(gè)環(huán)規(guī)中心距為?62.002 mm。重復(fù)測試30次數(shù)據(jù)值，如表1。

表1　R環(huán)規(guī)中心距重復(fù)性測量值

設(shè)測試誤差為δ（mm）

中心距均小于誤差±0.02 mm，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4　結(jié)束語

該儀器原理正確，結(jié)構(gòu)合理，操作方便。經(jīng)用戶使用，各項(xiàng)指標(biāo)滿足生產(chǎn)需求，為提高調(diào)心滾子軸承的質(zhì)量提供了可靠的檢測手段。該儀器功能單一，今后改進(jìn)方向應(yīng)該使功能多樣性，進(jìn)一步簡化操作，使裝調(diào)、使用更為方便。

［1］姜山，劉英華.雙列偏心圓錐滾子軸承內(nèi)滾道標(biāo)準(zhǔn)件測量方法［J］.哈爾濱軸承，2011（02）：78-79.

［2］鐘華，李峰，孫曉惠.調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈滾道磨削方法和質(zhì)量控制［J］.哈爾濱軸承，2011（01）：7-8，24.

［3］王長山，陳虹，朱孔敏.R9O3Z溝曲率測量儀［J］.軸承，1997（12）：35-38，42.

［4］鄭學(xué)堅(jiān)，周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［5］余澤通，王超，陳世超.最小條件下圓度誤差計(jì)算［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（06）：67-68.

［6］岳奎.最小二乘圓法評定圓度誤差的程序設(shè)計(jì)［J］.工具技術(shù)，2006（04）：79-81.

［7］黃建龍，秦建華，呂汝金，等.圓度誤差最小區(qū)域法數(shù)學(xué)模型的建立及其測量方法［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（02）：40-42.

（編輯：向飛）

Spherical Roller Bearings Raceway Radius of Curvature and the Center Position Measuring Instrument

CHEN Hong
（Guangzhou University，Guangzhou510006，China）

Spherical roller bearing production equipment is relatively backward，lower manufacturing standards，testing means more backward a direct impact on improving the quality.At present，the domestic manufacturers are basically using the symmetry of the model law and strategies raceway method to indirectly measure the radius of curvature and the curvature center position of the inner ring raceway.Such indirect methods of measurement has errors，and the accuracy is low.This article describes a self-aligning roller bearing raceway curvature radius and center position measuring instrument，measuring and easy to use，high measurement accuracy for measuring instruments in the process between checkpoints.

measuring instrument；radius of curvature and the center of；spherical roller bearings.

TH133.3

A

1009-9492（2015）01-0079-03

2014-08-11

陳虹，女，1962年生，河南人，大學(xué)本科，高級工程師。研究領(lǐng)域：檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置。已發(fā)表論文12篇。