CN103727916A - 圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置及其测量方法，该测量装置包括轮廓仪、括测量夹具、正弦规、标准量块、基座；其中轮廓仪安装在基座上，正弦规的一端直接置于基座上表面，正弦规的另一端通过安放其下方的标准量块置于基座的上表面上，标准量块使正弦规抬高以倾斜成与基座表面成一个等于滚子偏转角F的角度，测量夹具安装于正弦规上，用于夹持被测定的圆锥滚子。该测量方法采用该测量装置实施，通过轮廓仪的测量头对准被测滚子的球基面，在轮廓仪上直接测量偏转角所对应的测量头至夹具的距离，再用该距离的数值换算成曲率半径。本发明由于切点法测量判断是用数据说话，有效解决了原有的用样板而无法确定球基面的半径值的问题。

Description

圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种圆锥滚子球基面曲率半径的测量装置及测量方法。

背景技术

通常圆锥滚子球基面的曲率半径（SR）在400以下要求公差为2毫米,常规圆锥滚子球基面的曲率半径是以加工样板来判定。从止通规曲率样板加工精度看，实际止通规曲率样板的公差是小于2毫米；而从止通规曲率样板使用情况看，通常是用透光法来判定。因圆锥滚子球基面的有效面很小，随着个人经验不同，判定结果也不同。因此，球基面曲率半径的传统测量用的样板透光法不能给出一个有效的数据来证明其准确性，而只能凭各人的经验判断会造成测量的不确定性而给产品质量的判断带来麻烦，从而给生产带来不少麻烦。因此，业界就迫切需要提供对圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置及其测量方法，改变原有的用样板而无法确定球基面的半径值的问题，减少因人为经验不同而产生不同判断结果的因素。

根据本发明一方面提供一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置，包括一个轮廓仪，其特征在于，还包括测量夹具、正弦规、标准量块、基座；其中轮廓仪安装在基座上，正弦规的一端直接置于基座上表面，正弦规的另一端通过安放其下方的标准量块置于基座的上表面上，标准量块使正弦规抬高以倾斜成与基座表面成一个等于滚子偏转角F的角度，测量夹具安装于正弦规上，用于夹持被测定的圆锥滚子。

所述滚子偏转角设置成确保轮廓的切点在被测基面的中心附近，以便于数据的读取。

当圆锥滚子全角为3°～4°，左右偏转角F采用0°30′；当滚子全角在4°～5°，左右偏转角F采用0°45′。

所述轮廓仪是型号为Mahr Marsurf cd120的轮廓仪。

根据本发明另一方面提供一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量方法，采用上述的测量装置实施，所述测量方法包括：使正弦规的一端直接置于基座平面上，在正弦规的另一端垫上量块，使正弦规平面与基座平面成F度的角度；将被测圆锥滚子安装在测量夹具上，并保持滚子的外径表面与夹具面贴紧；将轮廓仪安装在基座上，并使其测量头对准被测滚子的球基面；在轮廓仪上直接测量偏转角F所对应的测量头至夹具的距离a；以及用该距离a的数值换算成曲率半径。

所述曲率半径根据以下公式计算得到：

其中，SR为被测滚子的球半径，Dw为滚子大端球冠的直径，为圆锥滚子的半角，F为偏转角，a为测量头的测量数值。

本发明通过对轮廓仪的轮廓测量，用切点法测出滚子与素线的距离，经过换算来实现球基面半径的测量，以达到精确的半径判断，由于切点法测量判断是用数据说话，有效解决了原有的用样板而无法确定球基面的半径值的问题，减少了人为的判断错误。因此用现有的测量仪，配上测量夹具，就能达到测量球基面的曲率半径值，便于判断产品的质量。

附图说明

图1a是本发明一个实施例的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置布置的主视图；

图1b是图1a的右视图；

图2a是图1a所示实施例的测量装置中的测量夹具的主视图；

图2b是图2a的俯视图；

图3是采用本发明一个实施例的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置进行测量的测量原理示意图；

图4是图3中的曲率半径推导图；以及

图5是采用本发明的测量装置和测量方法的误差分析图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

如图1、图2所示，本发明的一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置10，包括：轮廓仪6、测量夹具2、正弦规3、标准量块4、基座5，轮廓仪6安装在基座5上，正弦规3的一端，如图1a所示左端直接置于基座5的上表面5a上，正弦规的另一端，如图1a的右端通过安放其下方的标准量块4置于基座的上表面5a上，标准量块4使正弦规3抬高一个高度h，例如当正弦规的长度为200mm时为sinF*200，以使正弦规3的平面3a倾斜成与基座上表面成一个等于滚子偏转角F°的角度，测量夹具2安装于正弦规3的平面3a上，用于夹持被测定的圆锥滚子1。

测量夹具的具体结构如图2a、图2b所示，包括与一个固定框架2b相固定连接的夹持块2a、具有夹紧部分2e’的推动块2e、夹紧杆2c、弹簧2d。夹持块2a具有与滚子外圆锥面吻合的内凹圆锥面，夹紧杆2c顶抵推动块2e移动通过夹紧部分2e’与夹持块2a配合以夹紧滚子1，在推动块移动夹紧滚子时弹簧2d被压缩。

由于滚子1的大端面有一个倒角（未标示），为测量球基面y的半径SR，必须使测量点A在球基面y上，就必须让过此倒角，因此本发明方法需采用旋转一个偏转角F。滚子1的偏转角设置成确保轮廓的切点在被测基面的中心附近，以便于数据的读取。当圆锥滚子全角为3°～4°，左右偏转角F采用0°30′；当滚子全角在4°～5°，左右偏转角F可选用0°45′。

轮廓仪6可以是型号为Mahr Marsurf cd120轮廓仪。

以下具体说明本发明一个实施例的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量方法，采用本发明的上述测量装置10实施，该精确测量方法包括以下步骤：

1.使正弦规的一端，如图1a、图3所示的左端直接置于基座5的平面即上表面5a上，在正弦规3的另一端，如图1a、图3a所示的右端垫上量块4，使正弦规3平面与基座5平面成F度的角度；在本实施例中，正弦规3的长度为200mm，量块4的高度值即正弦规的抬高值为sinF*200；

2.将被测圆锥滚子1安装在测量夹具2上，并保持滚子1的外圆锥面1a与夹具2的内凹圆锥面2a贴紧；

3.将轮廓仪6安装在基座5上，并使其测量头7对准被测滚子1的球基面y；

4.在轮廓仪6上直接测量偏转角F所对应的测量头1至夹具2的距离a（AC），如图4所示；以及

5.用该距离a的数值换算成曲率半径SR。

其中，曲率半径SR根据以下公式计算得到：

现结合图4具体说明曲率半径SR1推导换算如下：

1.过测量点A作圆锥滚子的中心线的垂线，交中心线点E；

2.过测量点A作圆锥滚子素线的垂线，交素线点D；

3.过点D作EA的延长线的垂线，交延长线点B；

4.点C为滚子外径公称直径点；

5.圆锥滚子的半角为

；

6.F角为偏转角；

7.SR为被测滚子的球半径；

8.P点为球中心点。

由图4可得到：

AC=a（测量数值）

在直角三角形AFD中,角CAF=F°得：

AD=COS(F°)*a；

又在直角三角形ABD中角

得：

在直角三角形AEP中角

得：

由图4中可知：AB+AE=BE

BE=Dw/2，Dw为滚子大端球冠的直径；

所以得

有了此a与SR、Dw的关系式，就能通过测量来保证精测曲率半径SR。

以下来对C点与D点误差进行分析：

从图5中可知：

SR²=(SR-WC)²+(COS(F)*a)²

$\mathrm{WC}=\mathrm{SR\±}\sqrt{{\mathrm{SR}}^2-{(\mathrm{COS}\left(F\right)*a)}^2}$

因F角在本例中为0°30′，而COS(0°30′)的值为0.999962，如果测量值“a”通常为2mm，那么(COS(F)*a)²值为3.9997，而SR的通常值为200，SR2=40000

由此可看到 $\sqrt{{\mathrm{SR}}^2-{(\mathrm{COS}\left(F\right)*a)}^2}\≈\mathrm{SR}$

$\mathrm{WC}=\mathrm{SR}-\sqrt{{\mathrm{SR}}^2-{(\mathrm{COS}\left(F\right)*a)}^2}\text{\≈0}$

$\mathrm{WC}=\mathrm{SR}+\sqrt{{\mathrm{SR}}^2-{(\mathrm{COS}\left(F\right)*a)}^2}$ （舍去）

所以可判断C点与D点基本是重叠的。

综上所述，用现有的测量仪6，配上测量夹具2，就能达到测量滚子1的球基面y的曲率半径SR值，这样便于判断产品的质量。

由上述推导得出的计算公式

可转化为计算式：这样可制作每个型号的“a”、“SR”对照表，便于检测后就能判定SR的值

本发明根据圆锥滚子的特性及原理，结合现有的测量设备，采用对轮廓仪（Mahr Marsurf cd120）的轮廓测量，用切点法测出滚子与素线的距离，再经过换算来实现球基面半径的测量，以达到精确的半径判断。由于切点法测量判断是用数据说话，减少了人为的判断错误.。由于可直接通过轮廓仪的测量，来确定球基面的半径值，改变了原有的用样板而无法确定球基面的半径值的问题，减少因人为经验不同而产生不同判断结果的因素。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置，包括一个轮廓仪，其特征在于，还包括测量夹具、正弦规、标准量块、基座；其中轮廓仪安装在基座上，正弦规的一端直接置于基座上表面，正弦规的另一端通过安放其下方的标准量块置于基座的上表面上，标准量块使正弦规抬高以倾斜成与基座表面成一个等于滚子偏转角F的角度，测量夹具安装于正弦规上，用于夹持被测定的圆锥滚子。

2.根据权利要求1所述的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置，其特征在于，所述滚子偏转角设置成确保轮廓的切点在被测基面的中心附近，以便于数据的读取。

3.根据权利要求2所述的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置，其特征在于，当圆锥滚子全角为3°～4°，左右偏转角F采用0°30′；当滚子全角在4°～5°，左右偏转角F采用0°45′。

4.根据权利要求1所述的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量装置，其特征在于，所述轮廓仪是型号为Mahr Marsurf cd120的轮廓仪。

5.一种圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量方法，其特征在于，采用权利要求1至4之任一项所述的测量装置实施，所述测量方法包括：

使正弦规的一端直接置于基座平面上，在正弦规的另一端垫上量块，使正弦规平面与基座平面成F度的角度；

将被测圆锥滚子安装在测量夹具上，并保持滚子的外径表面与夹具面贴紧；

将轮廓仪安装在基座上，并使其测量头对准被测滚子的球基面；

在轮廓仪上直接测量偏转角F所对应的测量头至夹具的距离a；以及

用该距离a的数值换算成曲率半径。

6.根据权利要求5所述的圆锥滚子球基面曲率半径的精确测量方法，其特征在于，所述曲率半径根据以下公式计算得到：

其中，SR为被测滚子的球半径，Dw为滚子大端球冠的直径，为圆锥滚子的半角，F为偏转角，a为测量头的测量数值。

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