CN101666627A - 四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法 - Google Patents

Abstract

一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法，通过光栅尺测量转盘轴承内外圈与标准滚珠装配时的径向游隙，依此预测一定游隙下的适用滚珠直径。本发明的预测方法可以预测一定游隙下的适用滚珠直径，省去多次选配过程，提高装配精度和效率，填补了行业空白。本发明避免了使用测量杆人工间接对比测量方法引入二次测量误差的可能，在随机选择两个内外圈进行装配时可以通过确定钢球直径来保证合理的游隙。只需V形块，光栅尺等常规仪器就可实现。

Description

四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法

技术领域

本发明涉及轴承测量和装配技术，具体地说是一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法。

背景技术

转盘轴承是连接两大型相对回转部件的关键部分，广泛用于工程机械、建筑机械、风力发电机、雷达、坦克等，与普通轴承相比具有尺寸巨大、承载复杂、转速较低等特点。不同的应用场合对转盘轴承的性能要求也不同，除了受设计、加工的影响外，装配质量也将严重影响回转支承的性能。装配主要影响转盘轴承的游隙，游隙对转盘轴承的承载能力、回转灵敏性、寿命、振动特性等都有非常重要的影响。JB/T2300-1999、JG/T66-1999、JB10705-2007等标准都对转盘轴承的游隙作了明确的要求。由于滚道直径巨大、型面复杂，加工后内外圈滚道直径很难精确测量，通常在加工后用专用测量杆或改造游标卡尺测量卡爪分别测量内、外圈滚道直径，但是游标卡尺测量精度不高，且专用测量杆人工间接对比测量方法引入二次测量误差，使滚道直径测量误差较大，因此在随机选择两个内外圈进行装配时很难确定钢球直径来保证合理的游隙。

总之依靠加工很难保证装配后的游隙。目前通行控制游隙的方法是在装配时选配不同尺寸的滚珠，这种方法非常繁琐，一次成功的概率很小，通常需要多次装拆、选配直至测量轴向游隙达到要求，工作量大、效率低、精度差、很大程度上依赖于装配工的个人操作水平。鉴于此，必须探索新的游隙测量和装配方法，可以预测一定游隙下的适用滚珠直径，省去繁琐的选配过程，提高装配效率、降低工人工作负荷，并且测量系统应能够集成于转盘轴承的装配台上，尽量减少转盘轴承圈的运输、吊装和校准，在装配台上就能完成滚珠直径预测和装配的全部过程。

发明内容

本发明的目的在于提出一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法，利用高精度光栅尺测量内外圈与标准滚珠的径向游隙，依此预测一定游隙下的适用滚珠直径。

本发明的技术方案是：

本发明采用高精度光栅尺测量距离p₁、p₂、q₁、q₂，利用公式

C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)计算出标准滚珠与转盘轴承内外圈的径向游隙，再根据公式 $h=\sqrt{{(R-\frac{d}{2})}^2-a^2}-\frac{C_r}{2}$ 计算出h，最后根据目标游隙和公式 $d^{\′}=2\×[R-\sqrt{{(a+\frac{C_a}{2})}^2+h^2}]$ 计算出选配滚珠的直径。

一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法，通过光栅尺测量轴承内外圈与标准滚珠配合时的径向游隙，依此预测一定游隙下的适用滚珠直径，其特征在于包括如下步骤：

A、将四点角接触转盘轴承的轴承内圈水平置于装配台上，沿AC、BD方向直线移动两个V形块使其靠近轴承内圈，接触前在两个V形块的V形槽与轴承内圈的滚道之间分别放置一个标准滚珠，之后继续移动两个V形块，使标准滚珠与转盘轴承内圈的滚道和V形块的V形槽紧密接触，每个标准滚珠的位置由轴承内圈的滚道和V形块的V形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离p₁和p₂；

B、将四点角接触转盘轴承的轴承外圈水平置于装配台上，沿AC、BD方向直线移动两个V形块使其靠近轴承外圈，接触前在两个V形块的V形槽与轴承外圈的滚道之间分别放置一个标准滚珠，之后继续移动两个V形块，使标准滚珠与转盘轴承外圈的滚道和V形块的V形槽紧密接触，每个标准滚珠的位置由轴承外圈的滚道和V形块的V-形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离q₁和q₂；

C、根据公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)计算出标准滚珠与转盘轴承轴承内圈、轴承外圈装配时的径向游隙C_r，

式中m₁、m₂分别为置于V形块与轴承内圈滚道之间的两个标准滚珠的几何中心与V形块参考点C、D之间的水平距离，n₁、n₂分别为置于V形块与轴承外圈滚道之间的两个标准滚珠的几何中心与V形块参考点C、D之间的水平距离；

D、根据公式 $h=\sqrt{{(R-\frac{d}{2})}^2-a^2}-\frac{C_r}{2}$ 计算出h，式中；h为滚道曲率中心径向偏距，d为标准滚珠直径，R为轴承外圈滚道、轴承内圈滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距；

E、根据目标轴向游隙和公式 $d^{\′}=2\×[R-\sqrt{{(a+\frac{C_a}{2})}^2+h^2}]$ 计算出滚珠的直径d′，式中：R为轴承内滚道、外滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距，C_a为目标轴向游隙。

所述公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)中m₁+n₁+m₂+n₂的标定方法步骤如下：

根据方程式 $\left\{\begin{array}{c}e=s_1+m_1+m_2+s_4\\ f=s_2+n_1+n_2+s_3\end{array}\right.$

得出：m₁+m₂+n₁+n₂＝e+f-(s₁+s₂+s₃+s₄)

式中：e为两个V形块的一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度，f为两个V形块的另一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度距离，s₁、s₂分别为一个V形块参考点C与其两侧面的距离，s₃、s₄分别为另一V形块参考点D与其两侧面的距离，e、f、s₁+s₂、s₃+s₄由测量仪测量获得。

所述标准滚珠初始为自由状态，其位置由轴承内圈滚道或轴承外圈滚道与V形块的V形槽的型面约束。

本发明的有益效果是：

本发明的预测方法可以预测一定游隙下的适用滚珠直径，省去多次选配过程，提高装配精度和效率，填补了行业空白。

本发明避免了使用测量杆人工间接对比测量方法引入二次测量误差的可能，在随机选择两个内外圈进行装配时可以通过确定直径来保证合理的游隙。只需V形块、光栅尺等常规仪器就可实现。

只需经过一次测量选配，就可确定滚珠直径使轴向游隙达到要求，工作量小、效率高、精度高，而且不再依赖装配工人个人的操作水平，具有很好地推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的轴承内圈滚道测量原理图。

图2为本发明的轴承内圈滚道测量示意图。

图3为本发明的轴承外圈滚道测量原理图。

图4为本发明的轴承外圈滚道测量示意图。

图5为本发明的滚道与标准滚珠的几何参数关系示意图。

图6为本发明的m₁+n₁+m₂+n₂的数值标定示意图之一。

图7为本发明的m₁+n₁+m₂+n₂的数值标定示意图之二。

图中：1为V形块、2为标准滚珠、3为轴承内圈、4为轴承外圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法，通过光栅尺测量轴承内外圈与标准滚珠配合时的径向游隙，依此预测一定游隙下的适用滚珠直径，其特征在于包括如下步骤：

A、将四点角接触转盘轴承的轴承内圈3水平置于装配台上，通过滚至丝杠沿AC、BD方向直线移动两个V形块1、1’使其靠近轴承内圈3，两个V形块1、1’设置在滚珠丝杠的螺母上，接触前在两个V形块1、1’的V形槽与轴承内圈3的滚道之间分别放置一个标准滚珠2，之后继续移动两个V形块1、1’，使标准滚珠2与转盘轴承内圈3的滚道和V形块1、1’的V形槽紧密接触，每个标准滚珠2的位置由轴承内圈3的滚道和V形块1、1’的V形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块1、1’参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离p₁和p₂；

B、将四点角接触转盘轴承的轴承外圈4水平置于装配台上，沿AC、BD方向直线移动两个V形块1、1’使其靠近轴承外圈4，接触前在两个V形块1、1’的V形槽与轴承外圈4的滚道之间分别放置一个标准滚珠2，之后继续移动两个V形块1、1’，使标准滚珠2与转盘轴承外圈4的滚道和V形块1、1’的V形槽紧密接触，每个标准滚珠2的位置由轴承外圈4的滚道和V形块1、1’的V形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块1、1’参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离q₁和q₂；

C、根据公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)计算出标准滚珠2与转盘轴承轴承内圈3、轴承外圈4装配时的径向游隙C_r，

式中m₁、m₂分别为置于V形块1、1’与轴承内圈3滚道之间的两个标准滚珠2的几何中心与V形块1、1’参考点C、D之间的水平距离，n₁、n₂分别为置于V形块1、1’与轴承外圈4滚道之间的两个标准滚珠2的几何中心与V形块1、1’参考点C、D之间的水平距离；

D、根据公式 $h=\sqrt{{(R-\frac{d}{2})}^2-a^2}-\frac{C_r}{2}$ 计算出h，式中；h为滚道曲率中心径向偏距，d为标准滚珠2直径，R为轴承外圈4滚道、轴承内圈3滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距；

E、根据目标轴向游隙和公式 $d^{\′}=2\×[R-\sqrt{{(a+\frac{C_a}{2})}^2+h^2}]$ 计算出滚珠的直径d′，式中：R为轴承内滚道、外滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距，C_a为目标轴向游隙。

公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)中m₁+n₁+m₂+n₂的标定方法步骤如下：

根据方程式 $\left\{\begin{array}{c}e=s_1+m_1+m_2+s_4\\ f=s_2+n_1+n_2+s_3\end{array}\right.$

得出：m₁+m₂+n₁+n₂＝e+f-(s₁+s₂+s₃+s₄)

式中：e为两个V形块1、1’的一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度，f为两个V形块1、1’的另一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度距离，s₁、s₂分别为一个V形块1参考点C与其两侧面的距离，s₃、s₄分别为另一V形块1’参考点D与其两侧面的距离，e、f、s₁+s₂、s₃+s₄由测量仪测量获得。

标准滚珠2初始为自由状态，其位置由轴承内圈3滚道或轴承外圈4滚道与V形块1、1’的V形槽的型面约束。

标准滚珠2初始为自由状态，其位置由轴承内圈3滚道或轴承外圈4滚道与V形块1、1’的V形槽的型面约束。

结合图1、2、3、4：两个V形块分别沿AC、BD直线运动，运动距离由光栅尺测出，两根光栅尺的原点分别为A、B，内、外滚道直径分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_n=(l_1+p_1-m_1)+(l_2+p_2-m_2)\\ R_w=(l_1+q_1+n_1)+(l_2+q_2+n_2)\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：l₁、l₂分别为光栅原点与转盘轴承旋转中心之间的距离。

根据内外圈的滚道直径可得滚道与标准滚珠的径向游隙为：

C_r＝|R_w-R_n|＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)               (2)

其中m₁、m₂、n₁、n₂为固定值，可通过高精度检测装置标定获得。

如图5，U、V、W、Q是四段滚道圆弧的中心，圆弧半径为R；O是内、外滚道中心，也是零游隙接触时的滚珠中心位置，标准滚珠直径为d；O′为标准滚珠2与轴承内圈3滚道或轴承外圈4滚道接触状态下的中心；BE距离为a；GF距离为h，当内、外圈选定后为h常量；M点为实际接触点，即滚珠与滚道圆弧在M点相切；MN为径向游隙的一半，并且与OO′相等，即Cr/2；由图2可知三角形BEO′和BFM相似，三角形BEO′和O′HM相似，可得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{a}{a+x}=\frac{\sqrt{{(h+\frac{C_r}{2})}^2+a^2}}{R}\\ \frac{a}{x}=\frac{\sqrt{{(h+\frac{C_r}{2})}^2+a^2}}{\frac{d}{2}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

解方程组(3)，可得：

$\sqrt{{(R-\frac{d}{2})}^2-a^2}-\frac{C_r}{2}---\left(4\right)$

如果已知要求配合径向间隙为C_r，则由公式(4)求得合适滚珠直径为：

$d^{\′}=2\×[R-\sqrt{{(h+\frac{C_r}{2})}^2+a^2}]---\left(5\right)$

根据国家标准转盘轴承检验时以轴向游隙为测量标准，根据上述推导过程同理可得：

$d^{\′}=2\×[R-\sqrt{{(a+\frac{C_a}{2})}^2+h^2}]---\left(6\right)$

其中C_a为轴向游隙，因此根据径向间隙预测滚珠直径的方法为：首先根据径向游隙和公式(4)求得h，然后再根据轴向游隙要求和公式(6)求得合适的滚珠直径。

m₁+n₁+m₂+n₂标定方法如下：

本系统采用间接标定方法，如图6、7所示。

由图6、7可得：

$\left\{\begin{array}{c}e=s_1+m_1+m_2+s_4\\ f=s_2+n_1+n_2+s_3\end{array}\right.---\left(7\right)$

由式(7)可得：

m₁+m₂+n₁+n₂＝e+f-(s₁+s₂+s₃+s₄)                        (8)

式中e、f、s₁+s₂、s₃+s₄用高精度测量仪测量获得。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1、一种四点角接触转盘轴承滚珠直径预测方法，通过光栅尺测量轴承内外圈与标准滚珠配合时的径向游隙，依此预测一定游隙下的适用滚珠直径，其特征在于包括如下步骤：

A、将四点角接触转盘轴承的轴承内圈(3)水平置于装配台上，沿AC、BD方向直线移动两个V形块(1，1’)使其靠近轴承内圈(3)，接触前在两个V形块(1，1’-)的V形槽与轴承内圈(3)的滚道之间分别放置一个标准滚珠(2)，之后继续移动两个V形块(1，1’)，使标准滚珠(2)与转盘轴承内圈(3)的滚道和V形块(1，1’)的V形槽紧密接触，每个标准滚珠(2)的位置由轴承内圈(3)的滚道和V形块(1，1’)的V形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块(1，1’)参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离p₁和p₂；

B、将四点角接触转盘轴承的轴承外圈(4)水平置于装配台上，沿AC、BD方向直线移动两个V形块(1，1’)使其靠近轴承外圈(4)，接触前在两个V形块(1，1’)的V形槽与轴承外圈(4)的滚道之间分别放置一个标准滚珠(2)，之后继续移动两个V形块(1，1’)，使标准滚珠(2)与转盘轴承外圈(4)的滚道和V形块(1，1’)的V形槽紧密接触，每个标准滚珠(2)的位置由轴承外圈(4)的滚道和V形块(1，1’)的V形槽的型面约束，使用光栅尺测量出两个V形块(1，1’)参考点C和D分别与第一光栅尺原点A和第二光栅尺原点B的距离q₁和q₂；

C、根据公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)计算出标准滚珠(2)与转盘轴承轴承内圈(3)、轴承外圈(4)装配时的径向游隙C_r，

式中m₁、m₂分别为置于V形块(1，1’)与轴承内圈(3)滚道之间的两个标准滚珠(2)的几何中心与V形块(1，1’)参考点C、D之间的水平距离，n₁、n₂分别为置于V形块(1，1’)与轴承外圈(4)滚道之间的两个标准滚珠(2)的几何中心与V形块(1，1’)参考点C、D之间的水平距离；

D、根据公式计算出h，式中；h为滚道曲率中心径向偏距，d为标准滚珠(2)直径，R为轴承外圈(4)滚道、轴承内圈(3)滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距；

E、根据目标轴向游隙和公式

计算出滚珠的直径d′，式中：R为轴承内滚道、外滚道的曲率半径，a为滚道曲率中心轴向偏距，C_a为目标轴向游隙。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述公式C_r＝(q₁+q₂-p₁-p₂)+(m₁+n₁+m₂+n₂)中m₁+n₁+m₂+n₂的标定方法步骤如下：

根据方程式 $\left\{\begin{array}{c}e=s_1+m_1+m_2+s_4\\ f=s_2+n_1+n_2+s_3\end{array}\right.$

得出：m₁+m₂+n₁+n₂＝e+f-(s₁+s₂+s₃+s₄)

式中：e为两个V形块(1，1’)的一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度，f为两个V形块(1，1’)的另一侧V形槽与标准滚珠组合时的总宽度距离，s₁、s₂分别为一个V形块(1)参考点C与其两侧面的距离，s₃、s₄分别为另一V形块(1’)参考点D与其两侧面的距离，e、f、s₁+s₂、s₃+s₄由测量仪测量获得。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述标准滚珠(2)初始为自由状态，其位置由轴承内圈(3)滚道或轴承外圈(4)滚道与V形块(1，1’)的V形槽的型面约束。

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