CN100365384C - 圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术，涉及对圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径测量装置和测量方法的改进。它由基座、X-Y双坐标精密工作台、内孔夹具、轮廓测量用接触式位移传感器、燕尾槽导轨副、丝杠、端盖板、升降手轮和计算机控制系统组成，本发明增加了大挡边球面圆弧的可测长度，使测量精度得到保证。

Description

圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的测量装置和测量方法

技术领域

本发明属于测量技术，涉及对圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径测量装置和测量方法的改进。

背景技术

圆锥滚子轴承内圈的大挡边做为轴承工作时的辅助基面，是圆锥滚子的轴向基面。当轴承受到轴向载荷时，圆锥滚子的大端面就压向内圈的大挡边，其间产生的是滑动摩擦，并且分担轴承运转时的部分轴向载荷。大挡边基面的形状一般有平面、锥面和球面三种。球面比平面和锥面的接触面积大，不仅可以减小单位面积的压力，增加接触刚性，而且还能减少大挡边表面的磨损，因此工作的稳定性较好。球面大挡边的轮廓形貌不仅对轴承的装配质量有直接影响，而且还对其工作性能有重要的作用，它是控制圆锥滚子轴承内圈磨削质量的重要技术指标之一，因此磨加工后一般都要求检查大挡边的球面半径。但由于大挡边的可测部分很小，精确测量非常困难。大挡边球面半径现有的检测方法及其缺点如下：

靠模法。

用标准样板来检测大挡边圆弧形状的方法称为靠模法。标准样板与大挡边的接触量要求不少于其圆弧母线全长的80％。这种方法可以对大挡边的球面半径做出定性分析，其最大的优点是操作方便，因此磨加工后的现场检测多采用这种方法。但由于受到样板的制造误差、测量时的定位误差和操作者的视差与经验等因素的限制，该方法的测量精度比较差，一般仅适用于工序间的常规检测。

标准滚子涂色法。

标准滚于涂色法是采用端面为球形的标准滚子，以涂色的方法来检测大挡边的球面圆弧形状。这种方法可以方便地对大挡边的球面半径做出定性分析，适用于终磨后的车间检测。但由于受到标准滚子的制造误差、涂料质量、操作者的经验等因素的限制，该方法一般也仅适用于普通检测。

轮廓仪直接测量法。

直接测量法是用轮廓仪沿内圈的轴截面方向直接对球面大挡边的圆弧形状进行测量，通过计算求出大挡边的球面曲率半径。这种方法可以清晰地观察到大挡边内表面的轮廓形貌，是获取大挡边球面半径的一种有效方法，适用于计量室内进行定量分析。但用轮廓仪的测头直接测量大挡边的曲率半径尚存在三个问题：(1)尽管大档边的球面半径比较大，而可测面却很小，如中小型轴承大挡边的轴截面圆弧长度仅在2mm左右，轮廓仪的传感器在测量时距离内圈滚道的表面很近，极易损坏测头。(2)测量前必须将内圈进行调中，使其轴截面与轮廓仪传感器的测量路线相重合。由于没有实物基准作为参考，精确调中比较困难。因此测量精度难于得到有效地保证。(3)当内圈的尺寸比较大时，传感器的动态范围难于满足对曲面测量的要求。

发明内容

本发明的目的是：提出一种能够解决圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径精密测量问题的间接测量方法。

本发明的技术方案是：圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的测量装置，其特征在于，它由下列构件组成：一个基座；一个水平地安装在基座上的X-Y双坐标精密工作台1；固定在X-Y双坐标精密工作台1上的内孔夹具2，圆锥滚子轴承内圈3固定在内孔夹具2上；轮廓测量用接触式位移传感器4；一个安装在基座上的燕尾槽导轨副，它由燕尾槽导轨之移动部分5和燕尾槽导轨之固定部分6组成；在燕尾槽导轨之固定部分6上有一个由丝杠7、端盖板8和升降手轮9组成的升降机构，端盖板8通过螺栓与燕尾槽导轨之固定部分6的上端固连，升降手轮9与丝杠7的顶端连接，丝杠7的上端是一个阶梯轴，使丝杠7的阶梯面在端盖板8的上表面可以转动，丝杠7的外螺纹与燕尾槽导轨之移动部分5中的内螺纹相配合；轮廓测量用接触式位移传感器4通过螺栓与燕尾槽导轨之移动部分5连接为一个整体；一台计算机，它控制X-Y双坐标精密工作台1在水平面内两个方向的运动，同时，接受来自轮廓测量用接触式位移传感器4的测量数据。

使用上述装置测量圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的方法，其特征在于，

(1)通过内孔夹具2将圆锥滚子轴承的内圈3水平地安装在X-Y双坐标精密工作台1上；燕尾槽导轨的移动方向Z与水平面XOY相垂直；调整双坐标精密工作台1的位置，使其在X方向的运动范围满足对大挡边两侧圆弧长度的测量要求，在Y方向的运动范围满足轴承内圈从一侧移动到另一侧的需要；

(2)在计算机的控制下让工作台1沿X方向匀速运动，使传感器4的触针沿大挡边的一侧A₁AA₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(3)使工作台1沿Y方向移动一个距离H，该距离为轴承内圈球面大挡边两侧测量路线所在截面之间的距离；

(4)在计算机的控制下让工作台1沿X方向匀速运动，使传感器4的触针沿大挡边的另一侧B₁BB₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(5)通过计算分别求出圆锥内圈大挡边两侧测量截面的圆弧半径，计算方法如下：

由A₁AA₂和B₁BB₂的轮廓，分别拟合出其截面的圆弧半径r₁和r₂，由于距离H为已知，因此大挡边的球面半径R可以通过下面的方程组求出：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_1^2+a^2=R^2\\ r_2^2+b^2=R^2\\ a+b=H\end{array}\right.$

a和b分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧所在截面与球心O之间的距离，解得

$R=\frac{1}{2H}\sqrt{{(H^2+r_1^2+r_2^2)}^2-{\left(2r_1{r}_2\right)}^2}.$

本发明的优点是：

1、以轮廓测量用接触式位移传感器测量大挡边球面的表面轮廓，有助于对接触面的表面形貌进行定量分析。

2、同直接测量法相比，间接测量法大大地增加了大挡边球面圆弧的可测长度，使测量精度得到有效地保证。

3、在测量过程中，使用高精度双坐标精密工作台，保证了移动间距的尺寸精度，配以内孔夹具保证了内圈移动的平行性，计算过程中没有忽略项，使该方法具有较高的计算精度。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构示意图。

图2是图1中A-A剖面的局部放大图。

图3是轴承内圈大挡边测量路线的俯视图。

图4是轴承内圈的轴向剖面图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。本发明选择轮廓测量用接触式位移传感器(专利号：94101873.3)，它同时具有高分辨力和宽动态范围的特性，配以双坐标精密工作台和内孔夹具，采用间接测量的方式解决圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的精密测量问题。参见图1和图2，图中各个构件如下：1.X-Y双坐标精密工作台；2.内孔夹具；3.圆锥滚子轴承内圈；4.轮廓测量用接触式位移传感器；5.燕尾槽导轨之移动部分；6.燕尾槽导轨之固定部分；7.丝杠；8.端盖板；9.升降手轮。图1中的控制系统就是计算机。被测件的安装方法是，X-Y双坐标精密工作台1水平地安装在基座上，计算机控制X-Y双坐标精密工作台可以分别在水平面内沿X和Y两个方向移动。X-Y双坐标精密工作台上固定着内孔夹具2。用内孔夹具2将圆锥滚子轴承的内圈3稳定地夹持在双坐标精密工作台上。传感器的安装方法是，用两个水平放置的螺栓将轮廓测量用接触式位移传感器4(专利号：94101873.3)拧入燕尾槽导轨之移动部分5的螺栓孔内，参见图2，使二者成为一个整体。丝杠7与升降手轮9固连。参见图1和图2，燕尾槽导轨之固定部分6起支柱的作用，转动升降手轮9可以使燕尾槽导轨之移动部分5在燕尾槽导轨之固定部分6中上下移动，起到调整传感器4上下位置的作用。

分别参见图1、图3和图4。其中图3为轴承内圈大挡边测量路线的俯视图，图中O为球面大挡边的球心，A₁AA₂和B₁BB₂分别为内圈两侧大挡边圆弧的测量路线，H为轴承内圈球面大挡边两侧测量路线所在截面之间的距离；图4为轴承内圈的轴向剖面图，图中O为大挡边球面的球心，O₁和O₂分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧的圆心，r₁和r₂分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧的半径，a和b分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧所在截面与球心O之间的距离，R为大挡边的球面半径。

使用本发明装置测量圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的方法，其特征在于，

(1)通过内孔夹具2将圆锥滚子轴承的内圈3水平地安装在X-Y双坐标精密工作台1上；燕尾槽导轨的移动方向Z与水平面XOY相垂直；调整双坐标精密工作台1的位置，使其在X方向的运动范围满足对大挡边两侧圆弧长度的测量要求，在Y方向的运动范围满足轴承内圈从一侧移动到另一侧的需要；

(2)在计算机的控制下让工作台1沿X方向匀速运动，使传感器4的触针沿大挡边的一侧A₁AA₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(3)使工作台1沿Y方向移动一个距离H，该距离为轴承内圈球面大挡边两侧测量路线所在截面之间的距离；

(4)在计算机的控制下让工作台1沿X方向匀速运动，使传感器4的触针沿大挡边的另一侧B₁BB₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(5)通过计算分别求出圆锥内圈大挡边两侧测量截面的圆弧半径，计算方法如下：

由A₁AA₂和B₁BB₂的轮廓，分别拟合出其截面的圆弧半径r₁和r₂，由于距离H为已知，因此大挡边的球面半径R可以通过下面的方程组求出：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_1^2+a^2=R^2\\ r_2^2+b^2=R^2\\ a+b=H\end{array}\right.$

a和b分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧所在截面与球心O之间的距离，解得

$R=\frac{1}{2H}\sqrt{{(H^2+r_1^2+r_2^2)}^2-{\left(2r_1{r}_2\right)}^2}.$

实施例

以某轴承厂生产的圆锥滚子轴承内圈7909/02为例，从设计图纸知其大挡边球面半径R的设计值为225.941⁺¹mm，经用标准滚子涂色法进行初步检验，结果为大挡边的球面半径基本符合设计要求。现用本装置进行测量，H的取值为69.5mm，经对A₁AA₂和B₁BB₂的轮廓分别进行测量后，拟合出其截面的圆弧半径分别为r₁＝292.948mm，r₂＝293.101mm，最终求得大挡边的球面半径为R＝295.078mm。

Claims (2)

1.圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的测量装置，其特征在于，它由下列构件组成：一个基座；一个水平地安装在基座上的X-Y双坐标精密工作台[1]；固定在X-Y双坐标精密工作台[1]上的内孔夹具[2]，圆锥滚子轴承内圈[3]固定在内孔夹具[2]上；轮廓测量用接触式位移传感器[4]；一个安装在基座上的燕尾槽导轨副，它由燕尾槽导轨之移动部分[5]和燕尾槽导轨之固定部分[6]组成；在燕尾槽导轨之固定部分[6]上有一个由丝杠[7]、端盖板[8]和升降手轮[9]组成的升降机构，端盖板[8]通过螺栓与燕尾槽导轨之固定部分[6]的上端固连，升降手轮[9]与丝杠[7]的顶端连接，丝杠[7]的上端是一个阶梯轴，使丝杠[7]的阶梯面在端盖板[8]的上表面可以转动，丝杠[7]的外螺纹与燕尾槽导轨之移动部分[5]中的内螺纹相配合；轮廓测量用接触式位移传感器[4]通过螺栓与燕尾槽导轨之移动部分[5]连接为一个整体；一台计算机，它控制X-Y双坐标精密工作台[1]在水平面内两个方向的运动，同时，接受来自轮廓测量用接触式位移传感器[4]的测量数据。

2.圆锥滚子轴承内圈大挡边球面半径的测量方法，其特征在于，

(1)通过内孔夹具[2]将圆锥滚子轴承的内圈[3]水平地安装在X-Y双坐标精密工作台[1]上；燕尾槽导轨的移动方向Z与水平面XOY相垂直；调整X-Y双坐标精密工作台[1]的位置，使其在X方向的运动范围满足对大挡边两侧圆弧长度的测量要求，在Y方向的运动范围满足轴承内圈从一侧移动到另一侧的需要；

(2)在计算机的控制下让X-Y双坐标精密工作台[1]沿X方向匀速运动，使轮廓测量用接触式位移传感器[4]的触针沿大挡边的一侧A₁AA₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(3)使X-Y双坐标精密工作台[1]沿Y方向移动一个距离H，该距离为轴承内圈球面大挡边两侧测量路线所在截面之间的距离；

(4)在计算机的控制下让X-Y双坐标精密工作台[1]沿X方向匀速运动，使轮廓测量用接触式位移传感器[4]的触针沿大挡边的另一侧B₁BB₂圆弧进行扫描测量，获得该段圆弧半径的轮廓信息；

(5)通过计算分别求出圆锥滚子轴承内圈大挡边两侧测量截面的圆弧半径，计算方法如下：

由A₁AA₂和B₁BB₂的轮廓，分别拟合出其截面的圆弧半径r₁和r₂，由于距离H为已知，因此大挡边的球面半径R通过下面的方程组求出：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_1^2+a^2=R^2\\ r_2^2+b^2=R^2\\ a+b=H\end{array}\right.$

a和b分别为A₁AA₂段圆弧和B₁BB₂段圆弧所在截面与球心O之间的距离，解得

$R=\frac{1}{2H}\sqrt{{(H^2+r_1^2+r_2^2)}^2-{\left({2r}_1{r}_2\right)}^2}.$

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