CN106949814A - 一种精密组配轴承快速装调装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密机械工程技术领域，具体涉及一种精密组配轴承快速装调装置及使用方法。该精密组配轴承快速装调装置包括单轴承游隙测量装置和组配轴承预紧游隙测量装置。使用本发明装置装调组配轴承，可对组配轴承两端同时施加预紧，避免了预紧加载过程中出现一个轴承预紧力过大，另一个轴承卸载现象的发生，使得到的组配轴承预紧力更加准确、合理；通过精密电机、精密滚珠丝杠对组配轴承进行预紧力的施加，精度高、稳定性好；避免现行操作过程中“试错”的过程，节约生成成本，提高生产效率。

Description

一种精密组配轴承快速装调装置及使用方法

技术领域

本发明属于精密机械工程技术领域，具体涉及一种精密组配轴承装调装置及使用方法。

背景技术

消除旋转轴轴承的游隙，其目的是为了提高回转精度，增加轴承组合的刚性。对于承受负荷较大、旋转精度要求较高的轴承，大多要求在无游隙或少量过盈状态下工作，安装时要进行预紧，以实现无游隙或少量过盈状态下工作。所谓预紧,就是在安装轴承时用某种方法产生并保持一轴向力，以消除轴承中的游隙，并在滚动体和内外圈接触处产生初变形，预紧后的轴承受到工作载荷时，其内、外圈的径向及轴向相对移动量要比未预紧的轴承大大减小，这样就提高了轴承在工作状态下的刚度和旋转精度。

成对、有预紧力的轴承由于可以提高支承的刚性、旋转精度及减小振动,因而在精密机床、航天、航空等领域轴系结构中得到广泛的应用。通过精确预紧力的作用，成对轴承可以有效地防止钢球发生公转打滑和陀螺旋转，减小钢球自旋滑动，从而减小摩擦和发热。

然而，装配过程中轴承预紧力过小，装配后达不到预期的目的；预紧力过大,装配后会增加轴承摩擦，运转时温升过高，降低轴承使用寿命。因此在轴承设计精度和加工精度一定的情况下，轴系装调过程中预紧力的控制是轴系旋转精度及使用寿命的决定性因素，即轴系的装调精度是轴系旋转精度及使用寿命的决定性因素。

而实际过程中，由于设计人员经验的不足、零件加工的误差等一些原因，造成了轴系装调过程中组配轴承预紧力的不确定性。由于预紧力的不确定性，导致装配过程中反复拆装轴承，通过调整组配轴承内外圈凸出量，来达到设计要求的轴系精度。这样装调虽然可以达到轴系设计精度，但存在以下弊端及隐患：(1)精密轴系内外圈与轴承配合一般采用过盈或微米级的过渡装配关系，轴承拆装过程中，需要对轴承施加一定的外力，容易引起轴承及支撑件变形，划伤，影响其精度；(2)对于角接触轴承，由于其结构的特殊性，在外力拆装过程中，极易将轴承内外圈分离，破坏轴承，造成损失；(3)轴系装配过程中，这种试错法的装调方法，不仅浪费时间，而且最终施加的预紧力不一定是最合适的，往往偏大，造成轴承发热，影响寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精密组配轴承快速装调装置及装调方法，可测得轴承不同组配形式的最佳预紧游隙，进而在装配过程中实现快速装调，提高效率，可有效避免或减小装调轴承对轴系精度及寿命的影响。

本发明解决上述问题的技术方案是：所提供的精密组配轴承快速装调装置包括单轴承游隙测量装置和组配轴承预紧游隙测量装置，其特殊之处在于：所述单轴承游隙测量装置包括轴承外圈支承座和轴承内圈压板；

所述轴承外圈支承座包括圆筒状的支承座本体，所述支承座本体的一端设有内凹台阶，所述内凹台阶上平行于支承座本体端面的面用于对轴承外圈端面进行轴向限位，所述内凹台阶上与支承座本体端面垂直的面用于对轴承外圈进行径向限位，

所述轴承内圈压板由直径不同的两个圆柱同心叠合而成，直径较小一端伸入待测轴承内圈，用于对待测轴承进行径向限位，

所述组配轴承预紧游隙测量装置包括轴承座、精密电机、过渡套筒、第一滚珠丝杠、滚珠丝杠法兰套、外圈定距环、第二滚珠丝杠、滚珠丝杠套、法兰压板、标准平面反射镜和自准直仪。

所述轴承座用于对待测轴承进行径向限位；

所述过渡套筒包括套筒内圈和套筒外圈，所述套筒外圈和待测轴承的内圈配合，所述精密电机固设于套筒内圈内；

所述滚珠丝杠法兰套的一端设有法兰轴肩，所述法兰轴肩用于对待测轴承进行轴向限位；所述法兰压板为阶梯法兰轴，所述法兰压板设有中心通孔，所述法兰压板的法兰端面用于对待测轴承进行轴向限位。

所述第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的滚道旋向相反，分别设置在精密电机的两侧，第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠同心设置，滚珠丝杠法兰套和滚珠丝杠套分别设置在第一滚珠丝杠上和第二滚珠丝杠上，第二滚珠丝杠穿过法兰压板的中心通孔，法兰压板的法兰端与滚珠丝杠套固定连接，标准平面反射镜安装在法兰压板的另一端，标准平面反射镜垂直于法兰压板的中心轴，所述自准直仪设置在标准平面反射镜一侧并与第二滚珠丝杠同心设置，标准平面反射镜与自准直仪进行配合。

所述外圈定距环设置在待测组配轴承的外圈之间。

精密电机同时驱动第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠法兰套和滚珠丝杠套分别在第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠做直线运动。

进一步地，上述法兰压板的法兰端与滚珠丝杠套通过螺钉进行连接。

进一步地，上述滚珠丝杠套为圆柱光轴。

进一步地，上述滚珠丝杠法兰套直径较小一端外径小于过渡套筒内径；所述滚珠丝杠套的外径小于过渡套筒的内径。

本发明还公开了一种使用本发明装置装调组配轴承的方法，包括如下步骤：

步骤一：将被测轴承A卡在外圈支承座内，内圈压板卡在轴承A的内圈内，在轴承A的内圈压板中心施加垂直于轴承A端面的游隙测量负荷，测量并记录轴承A大开口端凸出量δA1，通过计算得被测轴承A小开口端凸出量δA2＝Dw+δA1-Dn，通过同样方法可测得被测轴承B的大开口端凸出量δB1，被测轴承B小开口端凸出量δB2，其中，Dn为轴承A的内圈宽度，Dw为轴承A的外圈宽度；

步骤二：将轴承A和轴承B安装在轴承座内，轴承A和轴承B之间安装有外圈定距环，再将过渡套筒安装在轴承内圈内，将法兰压板与滚珠丝杠套固定，最后将自准直仪设置在标准平面反射镜一侧并与第二滚珠丝杠同心设置；

步骤三：使轴承内圈转动，轴承内圈旋转带动标准平面反射镜旋转，自准直仪计算轴系晃动角度，即轴系精度，如果测得轴系精度不满足设计要求，使精密驱动电机正、反转驱动滚珠丝杠法兰套和滚珠丝杠套，滚珠丝杠套带动法兰压板与滚珠丝杠法兰套相反或相向移动对轴系游隙进行增加或减小调整，对组配轴承的预紧力进行调整，如此反复，直到轴系精度满足设计要求；

步骤四：当轴系精度满足要求后，测量δA1’，δB1’，通过计算求得当前预紧游隙为：δ＝δA1’-δA1+δB1’-δB1，考虑到轴承使用过程中的磨损及载荷的不均匀性，根据实际经验对预紧游隙进行修正，修正系数K取1.3-1.5；通过以上分析计算，最终确定组配轴承内圈隔圈宽度Δn为：Δn＝Δw+δA2+δB2-(δA1’-δA1+δB1’-δB1)*K，Δw为外圈定距环的宽度。

本发明相比现有技术的优点：

1、通过对组配轴承两端同时施加预紧，避免了预紧加载过程中出现一个轴承预紧力过大，另一个轴承卸载现象的发生，使得到的组配轴承预紧力更加准确、合理。

2、通过精密电机、精密滚珠丝杠对组配轴承进行预紧力的施加，精度高、稳定性好。

3、该方法可行性强，避免了现行操作过程中“试错”的过程，节约生成成本，提高生产效率。

4、该装置结构简单，可操作性强。

附图说明

图1是单轴承游隙测量装置；

图2是组配轴承预紧游隙测量装置。

其中：1－轴承外圈支撑座；2－轴承内圈压板；3－轴承座；4－第一滚珠丝杠；5－滚珠丝杠法兰套；6－过渡套筒；7－精密电机；8－外圈定距环；9－第二滚珠丝杠；10－滚珠丝杠套；11－法兰压板；12－标准平面反射镜；13－自准直仪；14－被测轴承A；15－被测轴承B。

Dn——轴承内圈宽度；

Dw——轴承外圈宽度；

δA1——被测轴承A大开口端凸出量；

δA2——被测轴承A小开口端凸出量；

δB1——被测轴承A大开口端凸出量；

δB2——被测轴承B小开口端凸出量；

δA1’——被测轴承A组配时大开口端凸出量；

δB1’——被测轴承B组配时大开口端凸出量；

δ——预紧游隙；

K——预紧游隙修正系数；

Δw——外圈定距环宽度；

Δn——轴承内圈隔圈宽度。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明进行详述：

参见图1，一种单轴承游隙测量装置包括轴承外圈支承座1和轴承内圈压板2。轴承外圈支承座1包括圆筒状的支承座本体，支承座本体的一端设有内凹台阶，轴承外圈支承座1加工成内凹台阶形式，内凹台阶用于支撑轴承外圈，内凹台阶上平行于支承座本体端面的面用于对轴承外圈端面进行轴向限位，内凹台阶上与支承座本体端面垂直的面用于对轴承外圈进行径向限位，轴承内圈压板2由直径不同的两个圆柱同心叠合而成，直径较小的圆柱侧面用于对待测轴承进行径向限位。

参见图2，一种组配轴承预紧游隙测量装置包括轴承座3、精密电机7、过渡套筒6、第一滚珠丝杠4、滚珠丝杠法兰套5、外圈定距环8、第二滚珠丝杠9、滚珠丝杠套10、法兰压板11、标准平面反射镜12和自准直仪13。

轴承座3用于对待测轴承进行径向限位，与轴承外圈配合通过限制轴承径向位移固定轴承；过渡套筒6包括套筒内圈和套筒外圈，套筒外圈和待测轴承的内圈配合，其套筒外圈尺寸根据被测轴承内圈尺寸及轴承精度配合加工，套筒内圈尺寸根据精密电机7安装尺寸进行加工，并将精密电机7安装固定于过渡套筒6内部。

第一滚珠丝杠4和第二滚珠丝杠9的滚道旋向相反，分别设置在精密电机7的两侧，第一滚珠丝杠4和第二滚珠丝杠9同心设置，滚珠丝杠法兰套5设置在第一滚珠丝杠4上，滚珠丝杠套10设置在第二滚珠丝杠9上，滚珠丝杠法兰套5的一端设有法兰轴肩，法兰轴肩用于对待测轴承进行轴向限位，滚珠丝杠法兰套5与滚珠丝杠套10的区别是滚珠丝杠法兰套5一端有法兰轴肩，滚珠丝杠套10则为一圆柱光轴，这样设计的目的是为了方便轴承安装、拆卸，第一滚珠丝杠4与第二滚珠丝杠9滚道旋向相反，相应的滚珠丝杠法兰套5与滚珠丝杠套10的滚道旋向亦相反，以保证精密电机7旋转通过滚珠丝杠驱动滚珠丝杠法兰套5和滚珠丝杠套10向相反方向运动，以保证预紧力同时施加及大小相等。滚珠丝杠法兰套5直径较小一端外径小于过渡套筒内径；所述滚珠丝杠套的外径小于过渡套筒的内径。

法兰压板11是加工有中心孔的阶梯法兰轴，其法兰端与滚珠丝杠套10通过螺钉紧固连接，也可以采用其他固定连接方式，用于实现在预紧力确定过程中对被测轴承内圈轴向位置的调整及限制，法兰压板11的另一端固定安装标准平面反射镜12，标准平面反射镜12垂直于法兰压板11的中心轴，自准直仪13设置在标准平面反射镜12一侧并与第二滚珠丝杠9同心设置，标准平面反射镜作用是在被测轴承内圈旋转带动标准平面反射镜12旋转时，通过调整好的自准直仪计算轴系晃动角度，即轴系精度。如果测得轴系精度不满足设计要求，通过精密电机7正、反转驱动滚珠丝杠法兰套5和滚珠丝杠套10相反或相向移动，对轴系游隙进行增加或减小调整，达到调整预紧力的目的。

外圈定距环8设置在待测组配轴承的外圈之间用于限定待测组配轴承中轴承间的距离。

一种使用本发明装置装调组配轴承的方法，包括如下步骤：

步骤一：将被测轴承A14卡在轴承外圈支承座1内，轴承内圈压板2卡在被测轴承A14的内圈内，在被测轴承A14的轴承内圈压板2中心施加垂直于被测轴承A14端面的游隙测量负荷，测量并记录被测轴承A14大开口端凸出量δA1，通过公式δA2＝Dw+δA1-Dn计算得被测轴承A小开口端凸出量δA2，通过同样方法可测得被测轴承B15的大开口端凸出量δB1，被测轴承B15小开口端凸出量δB2；

步骤二：将被测轴承A14和被测轴承B15安装在轴承座3内，被测轴承A14和被测轴承B15之间安装外圈定距环8，再将过渡套筒6安装在被测轴承内圈内，将法兰压板11与滚珠丝杠套10固定，最后将自准直仪13设置在标准平面反射镜12一侧并与第二滚珠丝杠9同心设置；

步骤三：使被测轴承内圈转动，被测轴承内圈旋转带动标准平面反射镜12旋转，自准直仪13计算轴系晃动角度，即轴系精度，如果测得轴系精度不满足设计要求，使精密电机7正、反转驱动滚珠丝杠法兰套5和滚珠丝杠套10相向或反向移动，滚珠丝杠套10带动法兰压板11与滚珠丝杠法兰套5相反或相向移动对轴系游隙进行增加或减小调整，对组配轴承的预紧力进行调整，如此反复，直到轴系精度满足设计要求；

步骤四：当轴系精度满足要求后，测量被测轴承A14组配时大开口端凸出量δA1’，被测轴承B15组配时大开口端凸出量δB1’，通过计算求得当前预紧游隙为：δ＝δA1’-δA1+δB1’-δB1，考虑到轴承使用过程中的磨损及载荷的不均匀性，根据实际经验对预紧游隙进行修正，修正系数K取1.3-1.5；通过以上分析计算，最终确定组配轴承内圈隔圈宽度Δn为：Δn＝Δw+δA2+δB2-(δA1’-δA1+δB1’-δB1)*K。

被测轴承A14和被测轴承B15都是角接触球轴承。

同样原理及方法可测得轴承不同组配形式的最佳预紧游隙，进而在装配过程中实现快速装调，提高效率。

通过以上方法确定的组配轴承内圈隔圈宽度Δn制做组配轴承内圈隔圈，在装配轴承时放于两个组配的轴承之间，可节省装配时间，避免了现行操作过程中“试错”的过程，节约生成成本，提高生产效率。

Claims (6)

1.一种精密组配轴承快速装调装置，包括单轴承游隙测量装置和组配轴承预紧游隙测量装置，其特征在于：

所述单轴承游隙测量装置包括轴承外圈支承座(1)和轴承内圈压板(2)；

所述轴承外圈支承座(1)包括圆筒状的支承座本体，所述支承座本体的一端设有内凹台阶，所述内凹台阶上平行于支承座本体端面的面用于对轴承外圈端面进行轴向限位，所述内凹台阶上与支承座本体端面垂直的面用于对轴承外圈进行径向限位，

所述轴承内圈压板(2)由直径不同的两个圆柱同心叠合而成，直径较小的圆柱侧面用于对待测轴承进行径向限位；

所述组配轴承预紧游隙测量装置包括轴承座(3)、精密电机(7)、过渡套筒(6)、第一滚珠丝杠(4)、滚珠丝杠法兰套(5)、外圈定距环(8)、第二滚珠丝杠(9)、滚珠丝杠套(10)、法兰压板(11)、标准平面反射镜(12)和自准直仪(13)；

所述轴承座(3)用于对待测轴承进行径向限位；

所述过渡套筒(6)包括套筒内圈和套筒外圈，所述套筒外圈和待测轴承的内圈配合，所述精密电机(7)固设于套筒内圈内；

所述滚珠丝杠法兰套(5)的一端设有法兰轴肩，所述法兰轴肩用于对待测轴承进行轴向限位；所述法兰压板(11)为阶梯法兰轴，所述法兰压板(11)设有中心通孔，所述法兰压板(11)的法兰端面用于对待测轴承进行轴向限位；

所述第一滚珠丝杠(4)和第二滚珠丝杠(9)的滚道旋向相反，分别设置在精密电机(7)的两侧，第一滚珠丝杠(4)和第二滚珠丝杠(9)同心设置，滚珠丝杠法兰套(5)设置在第一滚珠丝杠(4)上，滚珠丝杠套(10)设置在第二滚珠丝杠(9)上，第二滚珠丝杠(9)穿过法兰压板(11)的中心通孔，法兰压板(11)的法兰端与滚珠丝杠套(10)固定连接，标准平面反射镜(12)安装在法兰压板(11)的另一端，标准平面反射镜(12)垂直于法兰压板(11)的中心轴，所述自准直仪(13)设置在标准平面反射镜(12)一侧并与第二滚珠丝杠(9)同心设置，标准平面反射镜(12)与自准直仪(13)进行配合；

所述外圈定距环(8)设置在待测组配轴承的外圈之间。

2.根据权利要求1所述的一种精密组配轴承快速装调装置，其特征在于：所述法兰压板(11)的法兰端与滚珠丝杠套(10)通过螺钉进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种精密组配轴承快速装调装置，其特征在于：所述滚珠丝杠套(10)为圆柱光轴。

4.根据权利要求2所述的一种精密组配轴承快速装调装置，其特征在于：所述滚珠丝杠套(10)为圆柱光轴。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种精密组配轴承快速装调装置，其特征在于：所述滚珠丝杠法兰套(5)直径较小一端外径小于过渡套筒(6)内径；所述滚珠丝杠套(10)的外径小于过渡套筒(6)的内径。

6.根据权利要求5所述的一种精密组配轴承快速装调装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将被测轴承A(14)卡在轴承外圈支承座(1)内，轴承内圈压板(2)卡在被测轴承A(14)的内圈内，在被测轴承A(14)的轴承内圈压板(2)中心施加垂直于被测轴承A(14)端面的游隙测量负荷，测量并记录被测轴承A(14)大开口端凸出量δA1，通过公式δA2＝Dw+δA1-Dn计算得被测轴承A(14)小开口端凸出量δA2，通过同样方法可测得被测轴承B(15)的大开口端凸出量δB1，被测轴承B(15)小开口端凸出量δB2，其中，Dn为被测轴承A(14)的内圈宽度，Dw为被测轴承A(14)的外圈宽度；

步骤二：将被测轴承A(14)和被测轴承B(15)安装在轴承座(3)内，被测轴承A(14)和被测轴承B(15)之间安装有外圈定距环(8)，再将过渡套筒(6)安装在被测轴承内圈内，将法兰压板(11)与滚珠丝杠套(10)固定，最后将自准直仪(13)设置在标准平面反射镜(12)一侧并与第二滚珠丝杠(9)同心设置；

步骤三：使被测轴承内圈转动，被测轴承内圈旋转带动标准平面反射镜(12)旋转，自准直仪(13)计算轴系晃动角度，即轴系精度，如果测得轴系精度不满足设计要求，使精密电机(7)正、反转驱动滚珠丝杠法兰套(5)和滚珠丝杠套(10)旋转，滚珠丝杠套(10)带动法兰压板(11)与滚珠丝杠法兰套(5)做相反或相向移动对轴系游隙进行增加或减小调整，对组配轴承的预紧力进行调整，如此反复，直到轴系精度满足设计要求；

步骤四：当轴系精度满足要求后，测量被测轴承A(14)组配时大开口端凸出量δA1’，被测轴承B(15)组配时大开口端凸出量δB1’，通过计算求得当前预紧游隙δ为：δ＝δA1’-δA1+δB1’-δB1，考虑到轴承使用过程中的磨损及载荷的不均匀性，根据实际经验对预紧游隙进行修正，修正系数K取1.3-1.5；通过以上分析计算，最终确定组配轴承内圈隔圈宽度Δn为：Δn＝Δw+δA2+δB2-(δA1’-δA1+δB1’-δB1)*K，其中，Δw为外圈定距环(8)的宽度。