CN105424279A - 检测轴承保持架动不平衡量的工装及方法 - Google Patents

Abstract

检测轴承保持架动不平衡量的工装及方法，它涉及一种工装及平衡检测方法，以解决现有轴承保持架动平衡工装可加工性差，动平衡时不平衡量检测值不具有重复性，影响检测数据的准确性，导致保持架动不平衡量不能准确检测，工作效率低的问题，工装包括卡胎和心轴；卡胎包括制成一体的卡接圆环和圆盘，卡接圆环内布置有圆盘，圆盘的中部插装有心轴；检测方法主要步骤，检测工装的加工精度是否满足使用需求，如果不满足，则采用去重方式对工装进行动平衡检测和修整；选择翻转补偿的平衡模式，装夹进行翻转补偿平衡。本发明用于轴承保持架装夹和动平衡检测。

Description

检测轴承保持架动不平衡量的工装及方法

技术领域

本发明涉及一种工装及平衡检测方法，具体涉及一种经过优化的检测轴承保持架动不平衡量的工装及平衡检测方法。

背景技术

轴承是在高转数条件下工作的，如果轴承保持架的加工精度不高、存在质量偏心，那么轴承高速运转时会产生振动，甚至导致偏磨，影响轴承的使用寿命和可靠性。所以，需要对保持架的不平衡量进行检测、控制。

随着对轴承使用性能要求的提高，原来动平衡工装的设计结构及精度很难满足目前轴承保持架动平衡精度的要求。主要表现在：检测动不平衡量的数值不具有重复性，直接影响动平衡工序的检测效率和检测数值的准确性，使该工序日益显现为保持架生产过程的瓶颈工序。主要原因为：

一是原动平衡工装的设计方案可加工性差，加工精度不高；由于保持架加工的批量尺寸散差大，与工装的配合性差，工装返修率高，存在生产等待现象。二是使用原动平衡工装平衡检测时，经常发生保持架与工装相对周向或轴向窜动，影响检测数据的准确性，导致保持架动不平衡量检测效率低。三是动平衡时不平衡量检测值不具有重复性，且检测的不平衡量普遍偏高，约50％的比例不能满足工艺要求的平衡精度，需去除材料达到平衡要求的比例较高。

因此，急需研究设计一种装夹方便、对平衡影响误差小的轴承保持架动平衡工装。另外，为保障轴承高使用寿命和可靠性的使用需求，必须保证保持架的动不平衡量控制在较小的允许公差范围内。

轴承保持架的结构呈圆环形，是没有旋转轴的零件，采用卧式平衡机检测不平衡量，必须借助辅助穿心轴，装夹后再进行平衡检测。而穿心轴自身及穿心轴与保持架的装夹配合度会存在一定的不平衡量，其会影响保持架不平衡量检测的精准度。因此，急需研究设计一种结构合适的穿心轴和适合的平衡方法，以便将影响保持架的不平衡量分离出来，实现精准检测。

发明内容

本发明是为解决现有轴承保持架动平衡工装可加工性差，动平衡时不平衡量检测值不具有重复性，影响检测数据的准确性，导致保持架动不平衡量不能准确检测，工作效率低的问题，进而提供一种检测轴承保持架动不平衡量的工装及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

检测轴承保持架动不平衡量的工装包括卡胎和心轴；卡胎包括制成一体的卡接圆环和圆盘，卡接圆环内布置有圆盘，圆盘的中部插装有心轴，卡接圆环内周侧面用于装夹定位保持架外周侧面，装夹保持架的卡接圆环周侧面上沿卡接圆环的周向均布设置有三个螺纹孔。

检测轴承保持架动不平衡量的方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、检测工装的加工精度，满足条件的工装才能使用，条件是心轴的第一回转面和第二回转面的同轴度≤0.005mm，卡接圆环的内外回转面相对于心轴的回转轴线的同轴度≤0.01mm，轴向定位面与心轴的回转轴线的垂直度≤0.01mm；

步骤二、将外引导保持架装入工装上，三个螺纹孔内各旋拧一个螺钉，标记三个螺钉旋紧状态的位置；

步骤三、松开三个螺钉，将外引导保持架取出；

步骤四、将三个螺钉旋拧至步骤二标识的位置后，采用去重方式对工装进行动平衡实验，使带有螺钉的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的1/10-1/5；

步骤五、将外引导保持架再装入步骤四中动平衡检测和修整结束后的工装上，使外引导保持架通过旋拧在三个螺纹孔中的螺钉固定，旋拧螺钉至步骤二标记的位置；

步骤六、将步骤五装有外引导保持架的工装放在动平衡机上设定为翻转补偿平衡方法，设定好后进行第一次启动机器；

步骤七、待步骤六平衡机显示值稳定后，将外引导保持架相对工装翻转180°再次装夹，旋拧螺钉至步骤二标记位置，进行第二次启动机器；

步骤八、待步骤七平衡机显示值稳定后，进行第三次启动机器复测；

步骤九、如果步骤八检测得到的外引导保持架的不平衡量不能满足工艺要求，按照动平衡工艺技术要求和平衡机显示的不平衡量角相指示位置进行材料平衡，在外引导保持架两端面磨削去除材料，使外引导保持架的不平衡量符合工艺要求。

本发明的有益效果是：

本发明能够有效地实现快速装夹，明显减小了保持架平衡误差的影响，检测的数值较改进工装前的数据更精准了，原来同批次保持架的不平衡量仅50％能满足1-2g.cm，其余＞2g.cm；工装改进后同批次保持架的不平衡量80％可满足≤1g.cm。使用本发明结构的工装时采取翻转补偿的平衡工艺模式，可以将工装的不平衡量、保持架与工装配合间隙的不平衡量影响误差分离出来。

本发明能够有效地减少保持架工装自身存在的不平衡量对保持架不平衡量的影响。其外形结构和大小可依据保持架的引导方式进行选择，整体结构方案及工作原理不变。

附图说明

图1是保持架以外径为装夹配合面的本发明工装的整体结构主视图，图2是图1中的芯轴的主视图，图3是图1中卡胎的主视图，图4是保持架以内径为装夹配合面的工装结构示意图，图5为翻转补偿平衡方法的工作原理示意图，图6是以外径为装夹配合面的外引导保持架结构示意图，图7是以内径为装夹配合面的内引导保持架结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图3说明，本实施方式的检测轴承保持架动不平衡量的工装，它包括卡胎1和心轴2；卡胎1包括制成一体的卡接圆环1-1和圆盘1-2，卡接圆环1-1内布置有圆盘1-2，圆盘1-2的中部插装有心轴2，卡接圆环1-1内周侧面用于装夹定位保持架3外周侧面，装夹保持架3的卡接圆环1-1周侧面上沿卡接圆环1-1的周向均布设置有三个螺纹孔1-3。

本实施方式以圆周三等分的螺纹孔配合径向螺钉旋进锁紧保持架，防止保持架与工装在高速旋转状态下发生圆周方向相对位移；径向锁紧可实现保持架与工装间隙始终保持同一角相，消除保持架与工装之间的配合间隙影响；对于以保持架外径为装夹配合面的组合结构工装，通过增加图2和图3配合面的直径和轴向长度，增大了二者之间的过盈配合面积，提高了工装的组装配合精度和加工工艺性。

具体实施方式二：结合图1和图2说明，本实施方式的圆盘1-2将卡接圆环1-1分隔成两段圆环，第二段圆环1-5的内周侧面用于装夹保持架3外周侧面，第一段圆环1-4构成环带。本实施方式在卡接圆环的一端面增加了环带，可方便磨削加工动平衡工装时的磁吸盘吸附装夹定位，为精加工动平衡工装创造了条件。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明，本实施方式的第二段圆环1-5周侧面上沿卡接圆环1-1的周向均布设置有三个螺纹孔1-3。本实施方式的螺纹孔的设置有利于螺钉旋进锁紧保持架，并且三等分可实现保持架位置调心，第二段圆环1-5内周侧面与圆盘1-2之间的区域用于装夹定位以外径为装夹配合面的外引导保持架3。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图3说明，本实施方式的每个螺纹孔1-3的直径为6mm。本实施方式的螺纹孔均布设置，等分差不大于0.1mm，轴向位置相互差不大于0.1mm。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1和图3说明，本实施方式的圆盘1-2上沿圆盘1-2的周向均布设置有三个通孔1-6。本实施方式的通孔1-6的直径为3mm，这样设置有利于在保持架难于取出情况下可从侧面给力帮助取出。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1和图3说明，本实施方式的圆盘1-2上加工有轴向定位面1-7，该轴向定位面1-7与心轴2的回转面2-1的垂直度≤0.01mm；心轴2的回转面2-1的同轴度≤0.01mm，卡接圆环1-1的内外回转面的同轴度≤0.01mm。如此设置，满足设计要求和实际平衡检测需要，内外回转面是指内回转面1-8和外回转面1-9。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1-图3和图6说明，本实施方式的检测轴承保持架动不平衡量的方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、检测工装的加工精度，满足条件的工装才能使用，条件是心轴2的第一回转面2-1和第二回转面2-2的同轴度≤0.005mm，卡接圆环1-1的内外回转面相对于心轴2的回转轴线的同轴度≤0.01mm，轴向定位面1-7与心轴2的回转轴线的垂直度≤0.01mm；

步骤二、将外引导保持架3装入工装上，三个螺纹孔1-3内各旋拧一个螺钉，标记三个螺钉旋紧状态的位置；

步骤三、松开三个螺钉，将外引导保持架3取出；

步骤四、将三个螺钉旋拧至步骤二标识的位置后，采用去重方式对工装进行动平衡实验，使带有螺钉的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的1/10-1/5；

步骤五、将外引导保持架3再装入步骤四中动平衡检测和修整结束后的工装上，使外引导保持架3通过旋拧在三个螺纹孔中的螺钉固定，旋拧螺钉至步骤二标记的位置；

步骤六、将步骤五装有外引导保持架3的工装放在动平衡机上设定为翻转补偿平衡方法，设定好后进行第一次启动机器；

步骤七、待步骤六平衡机显示值稳定后，将外引导保持架相对工装翻转180°再次装夹，旋拧螺钉至步骤二标记位置，进行第二次启动机器；

步骤八、待步骤七平衡机显示值稳定后，进行第三次启动机器复测；

步骤九、如果步骤八检测得到的外引导保持架3的不平衡量不能满足工艺要求，按照动平衡工艺技术要求和平衡机显示的不平衡量角相指示位置进行材料平衡，在外引导保持架3两端面磨削去除材料，使外引导保持架3的不平衡量符合工艺要求。

本实施方式跟据保持架的引导方式选择图1所示的动平衡工装作为穿心轴。由于批量保持架之间存在加工尺寸散差，与穿心轴过渡配合，穿心轴自身及其与保持架装夹配合度会存在一定的不平衡量，检测时必须将其分离出来方可得到精准的保持架不平衡量。

本实施方式动平衡实验中平衡机的示数稳定时，按保存键取值，卡接圆环的内外回转面是指内回转面1-8和外回转面1-9。本实施方式的步骤五中根据实际情况可使外引导保持架3的三个横梁或保持架架体对着相对应的螺钉，旋拧螺钉至步骤二标记的位置。

本实施方式的步骤七和步骤八中平衡机显示值稳定后，依次按“保存”键、“回车”键和“停止启动”键，再按照工艺要求进行启动机器。

本实施方式的步骤一检测工装的加工精度是否满足使用需求，如果不满足则进行步骤二。

本实施方式的步骤七和步骤八中翻转180°角相过程要准确，以免影响动平衡实验结果。步骤八或步骤九结束后，平衡机输出显示的不平衡量既是保持架的不平衡量和分离出的工装的不平衡量。

平衡机型号采用HM1BK卧式平衡机。其设备功能具备的平衡方法有简单补偿、健补偿、分解补偿和不补偿。如果采用不补偿的平衡方法，检测的动不平衡量实际是保持架和辅助穿心轴共同的不平衡量，不可避免的存在一些工装和装配误差。如果采用简单补偿的平衡方法、动平衡工装存在加工精度误差，同样会不可避免的存在一些误差。若能选用本发明所示结构的工装，按照如上的步骤，并采用分解补偿的平衡方式，可最大限度地将工装的不平衡量分离出来。

本实施方式的步骤六中的翻转补偿平衡方法原理如图5所示：U1代表工装矢量，U2代表保持架矢量，U3代表配合间隙矢量，U2′代表保持架翻转后矢量，以上矢量恒定不变，则U13代表工装矢量U1、配合间隙矢量U3的合矢量，U123代表工装矢量U1、保持架矢量U2、配合间隙矢量U3的合矢量，即线段OB；保持架翻转后U123′，工装矢量U1、配合间隙矢量U3和保持架翻转后的合矢量U2′的合矢量，即线段OC，U123-U123′代表BC线段，其方向与保持架矢量U2相同，其大小是保持架矢量U2的2倍。

具体实施方式八：本实施方式的步骤四的工装进行动平衡检测采用如下方式替代：采用加重方式对工装进行动平衡检测。如此设置，实验方便，简单可靠，满足实际需要。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式的步骤四的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的3/20。如此设置，工装不平衡量控制在平衡工艺允许的参数范围内。尽量规避工装对保持架动不平衡量的影响误差。其它与具体实施方式七相同。

如图4和图7，内引导保持架，也即以保持架内径为装夹配合面的工装的结构为：它包括轴11和定位卡胎12，定位卡胎12包括制成一体的定位圆环12-1和定位圆盘12-2，定位圆环12-1的任意一个端面安装有定位圆盘12-2，定位圆环12-1的外径D1小于定位圆盘12-2的外径D2，定位圆盘12-2的中部安装有与定位圆盘12-2制成一体的轴11，定位圆环12-1的外周侧面与定位圆盘12-2之间的区域用于定位以内径为装夹配合面的内引导保持架4，装夹该内引导保持架4的定位圆环12-1周侧面上沿定位圆环12-1的周向均布设置有三个定位螺纹孔12-3。

定位圆盘12-2上加工有配合定位面12-7，该配合定位面12-7与轴11的回转面11-1的垂直度≤0.01mm；轴11的回转面11-1的同轴度≤0.01mm，定位圆环12-1内外回转面的同轴度均≤0.01mm。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、检测工装的加工精度，满足条件的工装才能使用，条件是轴11的第一回转面11-1和第二回转面11-2的同轴度≤0.01mm，定位圆环12-1内外回转面相对于心轴2的回转轴线的同轴度≤0.01mm，配合定位面12-7与轴11的回转轴线的垂直度≤0.01mm；

步骤二、将内引导保持架4装入工装上，三个定位螺纹孔12-3内各旋拧一个螺钉，标记三个螺钉旋紧状态的位置；

步骤三、松开三个螺钉，将内引导保持架4取出；

步骤四、将三个螺钉旋拧至步骤二标识的位置后，采用去重方式对工装进行动平衡实验，使带有螺钉的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的1/10-1/5；

步骤五、将内引导保持架4再装入步骤四中动平衡检测和修整结束后的工装上，使内引导保持架4通过旋拧在三个定位螺纹孔12-3中的螺钉固定，旋拧螺钉至步骤二标记的位置；

步骤六、将步骤五装有内引导保持架4的工装放在动平衡机上设定为翻转补偿平衡方法，设定好后进行第一次启动机器；

步骤七、待步骤六平衡机显示值稳定后，将内引导保持架相对工装翻转180°再次装夹，旋拧螺钉至步骤二标记位置，进行第二次启动机器；

步骤八、待步骤七平衡机显示值稳定后，进行第三次启动机器复测；

步骤九：如果步骤八实验得到的内引导保持架4的不平衡量不能满足工艺要求，按照动平衡工艺技术要求和平衡机显示的不平衡量角相指示位置进行去除内引导保持架4材料平衡检测，在内引导保持架4两端面磨削去除材料，使内引导保持架4的不平衡量符合工艺要求。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法跟据保持架的引导方式选择图4所示的动平衡工装作为穿心轴。由于批量保持架之间存在加工尺寸散差，与穿心轴过渡配合，穿心轴自身及其与保持架装夹配合度会存在一定的不平衡量，检测时必须将其分离出来方可得到精准的保持架不平衡量。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法动平衡检测中平衡机的示数稳定时，按保存键取值，利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法步骤七和步骤八中翻转180°角相过程要准确，以免影响动平衡实验结果。步骤八或步骤九结束后，平衡机输出显示的不平衡量既是保持架的不平衡量和分离出的工装的不平衡量。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法的步骤七和步骤八中平衡机显示值稳定后，依次按“保存”键、“回车”键和“停止启动”键，再按照工艺要求进行启动机器。步骤一中的内外回转面是指内回转面12-9和外回转面12-8。步骤六中的翻转补偿平衡方法原理如图5所示：U1代表工装矢量，U2代表保持架矢量，U3代表配合间隙矢量，U2′代表保持架翻转后矢量，以上矢量恒定不变，则U13代表工装矢量U1、配合间隙矢量U3的合矢量，U123代表工装矢量U1、保持架矢量U2、配合间隙矢量U3的合矢量，即线段OB保持架翻转后U123′，工装矢量U1、配合间隙矢量U3和保持架翻转后的合矢量U2′的合矢量，即线段OC，U123-U123′代表BC线段，其方向与保持架矢量U2相同，其大小是保持架矢量U2的2倍。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法，平衡机型号采用HM1BK卧式平衡机。其设备功能具备的平衡方法有简单补偿、健补偿、分解补偿和不补偿。如果采用不补偿的平衡方法，检测的动不平衡量实际是保持架和辅助穿心轴共同的不平衡量，不可避免的存在一些工装和装配误差。如果采用简单补偿的平衡方法、动平衡工装存在加工精度误差，同样会不可避免的存在一些误差。若能选用本发明所示结构的工装，按照如上的步骤，并采用分解补偿的平衡方式，可最大限度地将工装的不平衡量分离出来。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法能够有效地实现快速装夹，明显减小了保持架平衡误差的影响，检测的数值较改进工装前的数据更精准了，原来同批次保持架的不平衡量仅50％能满足1-2g.cm，其余＞2g.cm；工装改进后同批次保持架的不平衡量80％可满足≤1g.cm。使用本发明结构的工装时采取翻转补偿的平衡工艺模式，可以将工装的不平衡量、保持架与工装配合间隙的不平衡量影响误差分离出来。

利用内引导保持架的工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法能够有效地减少保持架工装自身存在的不平衡量对保持架不平衡量的影响。其外形结构和大小可依据保持架的引导方式进行选择，整体结构方案及工作原理不变。

Claims (9)

1.检测轴承保持架动不平衡量的工装，其特征在于：它包括卡胎(1)和心轴(2)；卡胎(1)包括制成一体的卡接圆环(1-1)和圆盘(1-2)，卡接圆环(1-1)内布置有圆盘(1-2)，圆盘(1-2)的中部插装有心轴(2)，卡接圆环(1-1)内周侧面用于装夹定位保持架(3)外周侧面，装夹保持架(3)的卡接圆环(1-1)周侧面上沿卡接圆环(1-1)的周向均布设置有三个螺纹孔(1-3)。

2.根据权利要求1所述的检测轴承保持架动不平衡量的工装，其特征在于：圆盘(1-2)将卡接圆环(1-1)分隔成两段圆环，第二段圆环(1-5)的内周侧面用于装夹保持架(3)外周侧面，第一段圆环(1-4)构成环带。

3.根据权利要求1或2所述的检测轴承保持架不平衡量的工装，其特征在于：第二段圆环(1-5)周侧面上沿卡接圆环(1-1)的周向均布设置有三个螺纹孔(1-3)。

4.根据权利要求3所述的检测轴承保持架不平衡量的工装，其特征在于：每个螺纹孔(1-3)的直径为6mm。

5.根据权利要求1、2或4所述的检测轴承保持架不平衡量的工装，其特征在于：圆盘(1-2)上沿圆盘(1-2)的周向均布设置有三个通孔(1-6)。

6.根据权利要求5所述的检测轴承保持架不平衡量的工装，其特征在于：圆盘(1-2)上加工有轴向定位面(1-7)，该轴向定位面(1-7)与心轴(2)的回转面(2-1)的垂直度≤0.01mm；心轴(2)的回转面(2-1)的同轴度≤0.01mm，卡接圆环(1-1)的内外回转面的同轴度≤0.01mm。

7.利用权利要求1、2、4或6所述工装实现检测轴承保持架动不平衡量的方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、检测工装的加工精度，满足条件的工装才能使用，条件是心轴(2)的第一回转面(2-1)和第二回转面(2-2)的同轴度≤0.005mm，卡接圆环(1-1)的内外回转面相对于心轴(2)的回转轴线的同轴度≤0.01mm，轴向定位面(1-7)与心轴(2)的回转轴线的垂直度≤0.01mm；

步骤二、将外引导保持架(3)装入工装上，三个螺纹孔(1-3)内各旋拧一个螺钉，标记三个螺钉旋紧状态的位置；

步骤三、松开三个螺钉，将外引导保持架(3)取出；

步骤四、将三个螺钉旋拧至步骤二标识的位置后，采用去重方式对工装进行动平衡实验，使带有螺钉的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的1/10-1/5；

步骤五、将外引导保持架(3)再装入步骤四中动平衡检测和修整结束后的工装上，使外引导保持架(3)通过旋拧在三个螺纹孔中的螺钉固定，旋拧螺钉至步骤二标记的位置；

步骤六、将步骤五装有外引导保持架(3)的工装放在动平衡机上设定为翻转补偿平衡方法，设定好后进行第一次启动机器；

步骤七、待步骤六平衡机显示值稳定后，将外引导保持架相对工装翻转180°再次装夹，旋拧螺钉至步骤二标记位置，进行第二次启动机器；

步骤八、待步骤七平衡机显示值稳定后，进行第三次启动机器复测；

步骤九、如果步骤八检测得到的外引导保持架(3)的不平衡量不能满足工艺要求，按照动平衡工艺技术要求和平衡机显示的不平衡量角相指示位置进行材料平衡，在外引导保持架(3)两端面磨削去除材料，使外引导保持架(3)的不平衡量符合工艺要求。

8.根据权利要求7所述的检测轴承保持架动不平衡量的方法，其特征在于：步骤四的工装进行动平衡实验采用如下方式替代：采用加重方式对工装进行动平衡检测。

9.根据权利要求7所述的检测轴承保持架动不平衡量的方法，其特征在于：使带有螺钉的工装不平衡量控制在已设定好的平衡保持架平衡精度的3/20。