CN100533059C - 一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪 - Google Patents
一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪 Download PDFInfo
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Abstract
一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，主要由电气系统(1)、精密压力表(2)、上压套(3)、精密调压阀(5)、传感器调整架(6)、旁向电感传感器(7)、测量芯轴(8)、下压套(9)、测量主轴与加载装置(10)、托架(11)、拨叉联轴节(12)、霍尔元件(13)、同步电机(14)、测量基座(15)构成。本发明的测量仪解决了大型精密轴承轴向游隙进行高精密测量的难题，为轴承的装配和使用提供了可靠的检测分析数据，并且能对被测轴承(4)进行多功能、自动地测量，满足轴承用户的快速检测需要，同时也可为100mm以上的非分离大型成品精密轴承提供轴向游隙的测量标准。
Description
技术领域
本发明属于轴承测量技术领域，特别涉及到一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪。
背景技术
近年来，国内对高精密轴承的研制和生产力度逐渐加强，高精密轴承的品种和数量越来越多，为了提高主机的动态性能和适应轴承的有效装配性能，高精密轴承的生产和使用厂商对轴承的各种影响装配的参数开始严格控制。在这样的市场环境下，对轴承的轴向游隙的测量逐渐得到了主机配套轴承用户的重视，并逐步将其作为控制轴承质量的一个重要手段。
为了更好地保证高精密主机设备运转的良好，国家部分特殊行业的标准对配套基础件-轴承的轴向游隙的检测作了严格的规定，而目前国内还没有对内径大于100mm的精密轴承的轴向游隙进行高精密测量的检测仪器。市场上普遍存在的测量仪器一般是被测件在静态下进行测量的仪器，这种仪器由于本身存在的精度较低，同时显示方式的主观误差较大，已经不能满足用户对高精密大型轴承的轴向游隙进行检测的需要。
在传统的测量结构中，主要存在着以下几个问题：
一、外圈定位装置与加载面之间的平行度存在着较大的误差，从而使得在下负荷加载的情况下内圈与外圈存在着一定的偏斜，上负荷装置与内圈的上接触面为刚性接触，在上负荷加载时上负荷装置与内圈上表面初始为点接触，完全加载后因为下负荷的调心装置使得内圈作一定偏斜后和上负荷装置接触面完全接触。两种情况下内圈的偏斜程度都是随机的，内圈在上下负荷的作用下作两个极限位置的位移时，如果测头不是严格地接触到内圈中心，测得的位移量必然会增加了内圈倾斜的随机量等不能预知的因素，而因为测量结构的限制，测头只能通过杠杆和调心机构等一套间接测量装置作用在轴承内圈中心，在这一套装置综合误差的影响下，测头不仅不能作用在内圈的中心，而且多次测量时也不能保证测头在轴承内圈的同一个位置进行测量，从而又增加了一个测量的不确定因素。上述的不确定因素和综合误差就决定了测量值的不确定性。从实际测量的结果来看，测量重复性较差，往往达到10μm甚至20μm以上；
二、原传统结构只能进行静态测量。因为轴承沟道和保持架之间干涉误差的存在，往往不能所有的滚动体完全充分地到达理想的极限位置。而通过振动或简单摇动等方法虽有部分改善，但不能完全消除干涉误差带来的影响；
三、原加载结构采用杠杆式结构，容易产生因上下杠杆加载不平行而造成的测量误差。
四、仪器的测值显示方式为扭簧表显示，上下测值的确定和游隙值的计算完全靠人工完成，除扭簧表本身较大的固有误差外，不可避免地加入了更大的人为主观误差；
五、加载和测量均为手动单步操作，操作麻烦，耗时长，且容易产生误差，而用户要求完成自动加载和自动测量；
六、数据不能实现自动存储和打印，不符合现代仪器向智能化发展的潮流和特点。
发明内容
为解决现有技术的不足之处，本发明提供了一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，利用该测量仪，解决了大型精密轴承轴向游隙进行高精密测量的难题，为轴承的装配和使用提供了可靠的检测分析数据，并且能对被测轴承进行多功能、自动地测量，满足轴承用户的快速检测需要，同时也可为100mm以上的非分离大型成品精密轴承提供轴向游隙的测量标准。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述的大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪主要由电气系统、精密压力表、上压套、精密调压阀、传感器调整架、旁向电感传感器、测量芯轴、下压套、测量主轴与加载装置、托架、拨叉联轴节、霍尔元件、同步电机、测量基座构成，其中测量主轴与加载装置固定在测量基座的孔中，传感器调整架安装在测量主轴与加载装置的左侧可左右移动，移动方向经过测量主轴与加载装置的轴心线，旁向电感传感器固定传感器调整架上，电气系统固定在测量基座的后侧，精密压力表和精密调压阀固定在电气系统两侧，下压套下侧安装在上气缸套上，上侧顶在被测轴承外圈的下侧端面上，测量芯轴安装在测量主轴与加载装置的主轴上侧，被测轴承安装在测量芯轴上，并用螺钉固定，上压套压在被测轴承外圈上侧端面，并与下压套固定，上压套、下压套固定后与被测轴承的外圈留有一定的轴向间隙，托架上侧与测量主轴与加载装置固定，并留有保证同心的止口，拨叉联轴节固定在托架的中心孔中，上部与主轴固定，下部与同步电机固定，霍尔元件固定在托架上联轴节的旁边。
所述的大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，其测量主轴与加载装置主要由主轴端盖、主轴径向保持架及钢球、上气缸套、气缸导向保持架及钢球、主轴、主轴轴向保持架及钢球、主轴外套、中气缸套、下气缸套、气缸座、联接环构成，其中主轴端盖、主轴径向保持架及钢球、主轴、主轴轴向保持架及钢球和主轴外套组成传统密珠轴系，主轴外套同时充当内气缸套，上气缸套、中气缸套、下气缸套组成外气缸套，气缸导向保持架及钢球位于主轴外套和外气缸套中间，在外气缸套相对主轴外套上下移动时起精密导向的作用，气缸座通过联接环与主轴外套固定，并与测量基座固定。
所述的大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，其电气系统包含计算机、前置电路、测速电路、控制电路、同步电机、I/O口、电磁阀、A/D转换器、霍尔元件和旁向电感传感器，其联接方式如下：
1)计算机同时处理I/O口和A/D转换器；
2)I/O口通过控制电路控制电磁阀，加载或卸载的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作；
3)电磁阀采用二位五通阀，分别控制上气缸套与中气缸套组成的上气室以及下气缸套与中气缸套组成的下气室，分别完成上加载或下加载动作；
4)A/D转换器接口控制前置电路和旁向电感传感器；
5)霍尔元件的信号经测速电路转换后进入计算机，并由计算机通过控制电路和I/O口控制同步电机的转动或停止；
6)旁向电感传感器采集的数据经过前置处理，并经过A/D转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：
一、可以对100mm以上的大型精密轴承的轴向游隙进行静态、动态和三点测量等三种方式的测量；
二、可以对轴承的轴向游隙进行自动加载和自动测量，只需要按一个测量键就可完成全部加载和测量过程；
三、采用气动加载，并采用精密调压阀和精密压力表，可对测量载荷精确控制，可提高测量值的准确性和可靠性；
四、测量主轴与加载气缸采用一体化结构，上下载荷分别由加载气缸的上下气室充当，并增加了与主轴轴线严格平行的导向密珠机构，从而保证了上下加载面的平行移动以及上下加载的快速切换；
五、采用电感传感器和测量电路，可以对大型轴承的径向游隙进行高精密测量，为100mm以上的精密轴承提供了径向游隙的测量标准。
由于采用如上技术方案，本发明具有如下优越性：
可以对大型轴承轴向游隙进行高精度、多功能和自动的测量，操作简便、快捷，为100mm以上的非分离大型成品精密轴承提供了轴向游隙的测量标准。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的电气系统框图。
图3是测量主轴与加载装置的结构示意图。
上述图中：1—电气系统；2—精密压力表；3—上压套；4—被测轴承；5—精密调压阀；6—传感器调整架；7—旁向电感传感器；8—测量芯轴；9—下压套；10—测量主轴与加载装置；11—托架；12—拨叉联轴节；13—霍尔元件；14—同步电机；15—测量基座；16—主轴端盖；17—主轴径向保持架及钢球；18—上气缸套；19—气缸导向保持架及钢球；20—主轴；21—主轴轴向保持架及钢球；22—主轴外套；23—中气缸套；24—下气缸套；25—气缸座；26—联接环。
具体实施方式
如图1所示：本发明的同步电机14通过拨叉联轴节12带动测量主轴与加载装置10旋转，进而带动测量芯轴8旋转，被测轴承4的内圈同速转动。上压套3、下压套9与被测轴承4的外圈刚性联接在一起，并与被测轴承4的外圈留有一定的轴向间隙，以便进行轴向游隙的测量，计算机通过电磁阀控制测量主轴与加载装置10中的上气缸套18上下移动，为被测轴承4提供上下负荷；移动和调整传感器调整架6，将旁向电感传感器7测头作用在被测轴承4外圈的下侧端面中央，观测电箱或计算机显示界面，数值变化距下限30～40μm左右。选择合适的传感器量程及测量方式，按下“测量”键，以下过程则自动完成：在下负荷作用下，若选择“动态测量”方式，同步电机2转动一周，其转动周期由霍尔元件测速装置12测定；若选择“静态测量”方式，同步电机2不发生转动。传感器采集1024个点，通过电路部分前置处理和A/D转换，变成有效的数字信号，取平均后显示出第一个测值，然后施加上负荷，自动卸载上负荷，在下负荷作用下，测得值另一个极限位置的测值，经运算后直接显示两者差值，即被测轴承4的轴向游隙值。另外，若选择“三点测量”方式，则在轴承自动转动一周期间，每120°停止进行一次静态测量，三点的算术平均值即为需要的轴向游隙值。
如图2所示：旁向电感传感器7采集的数据经过前置处理，并经过A/D转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果；霍尔元件13通过测速电路将采集到的速度信号送入计算机，计算机程序发出的指令通过控制电路和I/O口控制同步电机14的转动或停止；加载气缸的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作。
如图3所示：主轴端盖16、主轴径向保持架及钢球17、主轴20、主轴轴向保持架及钢球21和主轴外套22组成传统密珠轴系，主轴外套22同时充当内气缸套，上气缸套18、中气缸套23、下气缸套24组成外气缸套，气缸导向保持架及钢球19位于主轴外套22和外气缸套中间，在外气缸套相对主轴外套22上下移动时起精密导向的作用，气缸座25通过联接环26与主轴外套22固定，并与测量基座15固定。在气缸导向保持架及钢球19的导向作用下，以上气缸套18、中气缸套23、下气缸套24组成的外气缸套，相对主轴外套22的作上下的轴向精密移动，上气缸套18与轴承上下压套3和下压套9固定在一起，将轴承外圈作轴向限位。通过电磁阀控制气缸内上下气室的气压，使上下压套作轴向的上下移动，从而为轴承提供了上下负荷。由主轴端盖16、主轴径向保持架及钢球17、主轴20、主轴轴向保持架及钢球21和主轴外套22组成的密珠轴系与主轴20的回转轴心线有较高的同轴度，密珠轴系的外圆充当了气缸轴向运动的导向面，从而保证了气缸上下移动过程中的移动精度，也相应保证了轴承外圈相对内圈作轴向运动时的移动高精度，最终保证了测值的准确性和稳定性。气压可通过精密调压阀和精密压力表进行调整和显示，提高了整个测量严格按用户的要求进行的可行性。
Claims (3)
1、一种大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，其特征在于：主要包括电气系统(1)、精密压力表(2)、上压套(3)、精密调压阀(5)、传感器调整架(6)、旁向电感传感器(7)、测量芯轴(8)、下压套(9)、测量主轴与加载装置(10)、托架(11)、拨叉联轴节(12)、霍尔元件(13)、同步电机(14)、测量基座(15)；其中测量主轴与加载装置(10)固定在测量基座(15)的孔中，传感器调整架(6)安装在测量主轴与加载装置(10)的左侧可左右移动，移动方向经过测量主轴与加载装置(10)的轴心线，旁向电感传感器(7)固定传感器调整架(6)上，电气系统(1)固定在测量基座(15)的后侧，精密压力表(2)和精密调压阀(5)固定在电气系统(1)两侧，下压套(9)下侧安装在上气缸套上，上侧顶在被测轴承(4)外圈的下侧端面上，测量芯轴(8)安装在测量主轴与加载装置(10)的主轴上侧，被测轴承(4)安装在测量芯轴(8)上，并用螺钉固定，上压套(3)压在被测轴承(4)外圈上侧端面，并与下压套(9)固定，上压套(3)、下压套(9)固定后与被测轴承(4)的外圈留有一定的轴向间隙，托架(11)上侧与测量主轴与加载装置(10)固定，并留有保证同心的止口，拨叉联轴节(12)固定在托架(11)的中心孔中，上部与主轴固定，下部与同步电机(14)固定，霍尔元件(13)固定在托架(11)上联轴节的旁边；主轴端盖(16)、主轴径向保持架及钢球(17)、主轴(20)、主轴轴向保持架及钢球(21)和主轴外套(22)组成传统密珠轴系，所述的主轴外套(22)同时充当内气缸套，上气缸套(18)、中气缸套(23)、下气缸套(24)组成的外气缸套，相对主轴外套(22)的作上下的轴向精密移动，通过电磁阀控制气缸内上下气室的气压使上下压套作轴向的上下移动，从而为轴承提供了上下负荷。
2、如权利要求1所述的大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，其特征在于：其测量主轴与加载装置(10)主要由主轴端盖(16)、主轴径向保持架及钢球(17)、上气缸套(18)、气缸导向保持架及钢球(19)、主轴(20)、主轴轴向保持架及钢球(21)、主轴外套(22)、中气缸套(23)、下气缸套(24)、气缸座(25)、联接环(26)构成，其中主轴端盖(16)、主轴径向保持架及钢球(17)、主轴(20)、主轴轴向保持架及钢球(21)和主轴外套(22)组成传统密珠轴系，主轴外套(22)同时充当内气缸套，上气缸套(18)、中气缸套(23)、下气缸套(24)组成外气缸套，气缸导向保持架及钢球(19)位于主轴外套(22)和外气缸套中间，在外气缸套相对主轴外套(22)上下移动时起精密导向的作用，气缸座(25)通过联接环(26)与主轴外套(22)固定，并与测量基座(15)固定。
3、如权利要求1所述的大型精密轴承轴向游隙的多功能自动测量仪，其电气系统(1)包含计算机、前置电路、测速电路、控制电路、同步电机(14)、I/O口、电磁阀、A/D转换器、霍尔元件(13)和旁向电感传感器(7)，其联接方式如下：
1)计算机同时处理I/O口和A/D转换器；
2)I/O口通过控制电路控制电磁阀，加载或卸载的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀(5)调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作；
3)电磁阀采用二位五通阀，分别控制上气缸套(18)与中气缸套(23)组成的上气室以及下气缸套(24)与中气缸套(23)组成的下气室，分别完成上加载或下加载动作；
4)A/D转换器接口控制前置电路和旁向电感传感器(7)；
5)霍尔元件(13)集的信号经测速电路转换后进入计算机，并由计算机通过控制电路和I/O口控制同步电机(14)的转动或停止；
6)旁向电感传感器(7)采集的数据经过前置处理，并经过A/D转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20090826 Termination date: 20201130 |