CN109737910A - 一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，它涉及一种测量方法。本发明解决了现有采用轮廓仪测量圆锥滚子大头球基面半径R时，无法定量确定球基面最大圆弧直径位置测量的问题。本发明步骤一：制作V型夹具6；步骤二：选取第一钢球(1)、第二钢球(2)和平板(3)，第一钢球(1)的直径小于第二钢球(2)的直径；步骤三：将V型夹具(6)安装在平板(3)上，将平板(3)和V型夹具(6)一起放置在轮廓仪的V型工作台上；步骤四：V型夹具(6)的安装调整；步骤五：圆锥滚子的测量；步骤六：测量球基面的半径R轮廓；步骤七：确定圆锥滚子(4)的球基面的半径R。本发明用于确定圆锥滚子大端面球基面最大圆弧的直径位置。

Description

一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法

技术领域

本发明涉及一种圆锥滚子轴承的测量方法，具体涉及一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法。

背景技术

圆锥滚子的大头端面是基准面，其端面形状通常有平面，圆锥面，球面三种形状。对于球基面的圆锥滚子轴承，需要测量其半径R.

常用的测量方法是使用圆锥滚子球基面样板，通过光隙法来定性测量其半R,但是这种方法受人为因素影响较大。再就是采用球基面测量仪来测量。随着轮廓仪普遍使用，及其测量精度及量程的不断提高，以及测量分析软件的功能不断增多，现在对于球基面半径R的测量，基本上采用轮廓仪来测量。但是，由于大端面结构具有特殊性，在球基面的中间有一个凹坑，在测量时，不能直接找到球基面的最高点，即最大直径。只能目测确定其最大直径位置，通过多次测量，取得R的最大值。由于目测判定时，受人为因素影响，通常测量误差较大，不同的测量人员间测值的差异较大。因此，需要一种可以定量的确定球基面最大直径位置的方法。

综上所述，现有采用轮廓仪测量圆锥滚子大头球基面半径R时，存在无法定量确定球基面最大直径圆弧位置测量的问题。

发明内容

本发明为了解决现有采用轮廓仪测量圆锥滚子大头球基面半径R时，存在无法定量确定球基面最大直径圆弧位置测量的问题。提供了一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法。

本发明的技术方案是：

一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径位置的方法，包括以下步骤：

步骤一：制作V型夹具，V型夹具的夹角α通过铰接点可调；

步骤二：选取第一钢球、第二钢球和平板，第一钢球的直径小于第二钢球的直径；

步骤三：将V型夹具安装在平板上，将平板和V型夹具一起放置在轮廓仪的V型工作台上；

步骤四：V型夹具的安装调整：

钢球的摆放：第一钢球和第二钢球安装在V型夹具内并与V型夹具的内侧壁接触；

V型夹具的安装调整：将轮廓仪的V型工作台上的平板分别进行旋转、沿着Y方向移动以及沿着X方向移动，找到第一钢球和第二钢球同时位于轮廓仪的Y方向的最高点，第一钢球和第二钢球的圆心连线与V型夹具的角平分线L重合，完成V型夹具的安装调整，并将V型夹具初步固定；

步骤五：圆锥滚子的测量：

取出第一钢球和第二钢球，将一个圆锥滚子放置在V型夹具内，并使圆锥滚子与V型夹具的内侧壁点接触；圆锥滚子的球基面的最大圆弧直径位置近似确定为位于V型夹具的角平分线上，即找到球基面平行于ZX平面方向上的最大直径圆弧的位置；

步骤六：测量球基面的半径R：

用轮廓仪沿着X方向测量圆锥滚子的球基面的原始轮廓；

步骤七：确定圆锥滚子的球基面的半径R：

用带有非连续圆弧拟合功能的泰勒轮廓仪分析软件中的contour软件，它具有强大的拟合分析功能，可以将直线，圆弧等拟合，求取距离，半径，角度等功能等，通过分析软件中分段圆弧的拟合功能，将步骤六中测量的原始轮廓的第一圆弧5和第二圆弧7拟合成一个圆弧，然后用圆弧分析功能，分析出拟合后的圆弧半径值即为所测量球基面的半径R。至此，完成了圆锥滚子大端面的球基面最大直径位置的确定及半径R的测量。

进一步地，V型夹具包括两个夹板，两个夹板在长度方向的同一侧靠近端部铰接。

进一步地，步骤四中V型夹具的安装调整的钢球的摆放如下：将第一钢球和第二钢球放置在V型夹具的内侧，且第一钢球靠近V型夹具的铰接点，调整第一钢球和第二钢球的具体位置，直至第一钢球和第二钢球均与V型夹具的内侧壁接触，并将此状态下V型夹具的夹角α初步固定。

进一步地，V型夹具的安装调整步骤如下：

第一步：移动轮廓仪的测针先与第一钢球接触，沿着轮廓仪的Y方向移动轮廓仪的V型工作台，找到第一钢球的最高点；

第二步：将轮廓仪的测针移动并与第二钢球接触，旋转轮廓仪的V型工作台，找到第二钢球在Y方向的最高点；

第三步：重复第一步和第二步，直到轮廓仪的测针沿着X方向移动时，第一钢球与第二钢球同时位于Y方向最高点；即，第一钢球始终沿着Y方向移动精确找到其最高点G1，第二钢球始终在XY平面内旋转工作台精确找到其Y方向的最高点G2；直到轮廓仪的测针沿着X方向移动时，轮廓仪的测针同时位于第一钢球在Y方向最高点G1，第二钢球在Y方向最高点G2，此时G1和G2的连线平行于ZX平面，当此连线投影于XY平面时，与V型夹具的角平分线L重合；

第四步：第一钢球与第二钢球的圆心连线与V型夹具的角平分线L重合，由几何关系可知，此时在V型夹具内放置任意尺寸的钢球，并且使钢球同时与V型夹具的两个边接触，两个接触点沿着Y方向的中点投影到XY平面时，一定位于V型夹具的角平分线L上。此时轮廓仪的测针也位于此钢球Y方向的最高点位置；从几何关系可知，钢球沿着Y方向最高点的位置与钢球沿着Y方向的球心位置位于钢球的同一个圆弧上，此圆弧平行于ZX平面，钢球沿着Y方向的球心投影到XY平面时，一定位于V型夹具的角平分线L上，此时，完成了V型夹具的安装调整。

进一步地，步骤六中的原始轮廓由左至右依次为第一圆弧、凹槽和第二圆弧。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

本发明通过V型夹具6来间接确定球基面最大直径的方法，将确定圆锥滚子球基面最大直径圆弧位置转化为确定球基面圆心O在Y方向的位置；但是球基面的圆心位置是虚点，将此圆心点投影到XY平面内O′点，只要保证此圆心投影的O′点位于V型夹具的角平分线L上即可；再将确定球基面圆的圆心O′转换为确定圆锥滚子外径母线与V型夹具的接触点1和点2的中分点，此中分点投影于XY平面上，它也于V型夹具的角平分线上，即确定了圆锥滚子球基面在平行于ZX平面方向上的最大直径圆弧的位置。

圆锥滚子外径由于借助V型夹具，对圆锥滚子进行装夹定位，可以定量的确定圆锥滚子球基面在平行于ZX平面方向上最大直径圆弧的位置，并且测量时不需要重复调整装夹定位，只是将待测量的圆锥滚子放置在V型夹具内，极大提高了测量效率，平均测量1件/分钟。

使用以来取得良好的测量效果，能够实现此类圆锥滚子大端面球基面R的批量测量。而且，有效的解决了轮廓仪测量圆锥滚子球基面最大直径位置难于确定的测量难题。另外，轮廓仪的测量分析软件最好有圆弧拟合的功能，能够增加被分析球基面的有效分析长度，提高测量的准确性(详见表1的试验数据)。

附图说明

图1是圆锥滚子球基面示意图；

图2是V型夹具6及钢球示意图；

图3是圆锥滚子放置及球基面示意图；

图4是圆锥滚子的球基面的半径R测量分析示意图。

图5钢球1与钢球2Y方向最高点示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，包括以下步骤：

步骤一：制作V型夹具6，V型夹具6的夹角α通过铰接点可调；

步骤二：选取第一钢球1、第二钢球2和平板3，第一钢球1的直径小于第二钢球2的直径；

步骤三：将V型夹具6安装在平板3上，将平板3和V型夹具6一起放置在轮廓仪的V型工作台上；

步骤四：V型夹具6的安装调整：

钢球的摆放：第一钢球1和第二钢球2安装在V型夹具6内并与V型夹具6的内侧壁接触；

V型夹具6的安装调整：将轮廓仪的V型工作台上的平板3分别进行旋转、沿着Y方向移动以及沿着X方向移动，找到第一钢球1和第二钢球2同时位于轮廓仪的Y方向的最高点，第一钢球1和第二钢球2的圆心连线与V型夹具6的角平分线L重合，完成V型夹具6的安装调整，并将V型夹具6初步固定；

步骤五：圆锥滚子的测量：

取出第一钢球1和第二钢球2，将一个圆锥滚子4放置在V型夹具6内，并使圆锥滚子4与V型夹具6的内侧壁点接触；圆锥滚子4的球基面的最大直径圆弧位置近似确定位于V型夹具6的角平分线上，即找到球基面在平行于ZX平面方向上的最大直径圆弧；

步骤六：测量球基面的半径R：

用轮廓仪沿着X方向测量圆锥滚子4的球基面的原始轮廓；

步骤七：确定圆锥滚子4的球基面的半径R：

用带有非连续圆弧拟合功能的泰勒轮廓仪分析软件中的contour软件，它具有强大的拟合分析功能，可以将直线，圆弧等拟合，求取距离，半径，角度等功能等，通过分析软件将步骤六中测量的原始轮廓拟合成一个圆弧，拟合后的圆弧半径即为所测量球基面的半径R，至此，完成了圆锥滚子大端面的球基面最大直径圆弧位置的确定及半径R的测量。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的V型夹具6包括两个夹板，两个夹板在长度方向的同一侧靠近端部铰接。结构简单，便于生产制造，而且操作方便。关于对V型夹具6的初步固定。对于V型夹具的固定采用螺钉紧固固定或采用热熔胶棒粘贴的方式固定。。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤四中V型夹具6的安装调整的钢球的摆放如下：

将第一钢球1和第二钢球2放置在V型夹具6的内侧，且第一钢球1靠近V型夹具6的铰接点，调整第一钢球1和第二钢球2的具体位置，直至第一钢球1和第二钢球2均与V型夹具6的内侧壁接触，并将此状态下V型夹具6的夹角α初步固定。

为确保钢球与V型夹具的两边接触牢靠并且防止钢球滚动，钢球的固定可以采用工业橡皮泥粘贴固定的方式。其他步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式步骤四中的V型夹具6的安装调整步骤如下：

第一步：移动轮廓仪的测针先与第一钢球1接触，沿着X方向移动轮廓仪的测针，目测轮廓仪的测针位于第一钢球1在X方向的最高点；然后沿着Y方向移动轮廓仪的V型工作台，找到第一钢球1的Y方向最高点G1；

第二步：将轮廓仪的测针移动并与第二钢球2接触，沿着X方向移动轮廓仪的测针，目测轮廓仪的测针位于第一钢球2在X方向的最高点；然后旋转轮廓仪的V型工作台，找到第二钢球2在Y方向的最高点G2；

第三步：重复第一步和第二步，即，第一钢球1始终沿着Y方向移动精确找到其最高点G1，第二钢球2始终在XY平面内旋转工作台精确找到其Y方向的最高点G2；直到轮廓仪的测针沿着X方向移动时，轮廓仪的测针同时位于第一钢球1在Y方向最高点G1，第二钢球2在Y方向最高点G2，此时G1和G2的连线平行于ZX平面，当此连线投影于XY平面时，与V型夹具的角平分线L重合；

第四步：第一钢球1与第二钢球2的Y方向最高点的连线与V型夹具6的角平分线L重合，由几何关系可知，此时在V型夹具6内放置任意尺寸的钢球，并使此钢球同时与V型夹具的两个边接触，两个接触点沿着Y方向的中点投影到XY平面时，一定位于V型夹具的角平分线L上。此时轮廓仪的测针也位于此钢球Y方向的最高点位置；从几何关系可知，钢球沿着Y方向最高点的位置与钢球沿着Y方向的球心位置位于同一个圆弧上，此此圆弧平行于ZX平面，钢球沿着Y方向的球心投影到XY平面时，一定位于V型夹具6的角平分线L上，此时，完成了V型夹具6的安装调整。

为验证此方法及Y方向的正确性，可以将几个已知半径尺寸且半径尺寸不同的钢球放置在已经调整好的V型夹具内，用轮廓仪测量其半径尺寸。廓仪测量的半径尺寸与已知的半径尺寸通常相差2μm以内。试验数据验证了这种使用V型夹具确定钢球在平行于ZX平面内最大直径圆弧位置的正确性。其他步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式步骤六中的原始轮廓由左至右依次为第一圆弧5、凹槽7和第二圆弧6。将待测量的圆锥滚子放置在已经调整好的V型夹具内，保证圆锥滚子的外径母线与V型夹具的两边充分接触，原始轮廓由轮廓仪进行测量。由于借助V型夹具，对圆锥滚子进行装夹定位，可以定量的确定圆锥滚子球基面的最大直径位置，并且测量时不需要重复调整装夹定位，只是将待测量的圆锥滚子放置在V型夹具内，极大提高了测量效率，平均测量1件/分钟。其他步骤与具体实施方式四相同。

本实施方式确定圆锥滚子球基面最大直径圆弧位置的原理：

由于不能直接找到球基面最大直径，所以只能用间接找到球基面最大直径位置。这种方法，假设球基面的球心O位于滚子外径母线L1和L2的角平分线L3上，或偏移角平分线在一定的公差范围内，如图1所示。从图中的几何关系可以得出，圆锥滚子外径母线L1和L2延长线的交点O1位于外径母线的角平分线L3上，球基面的球心O也位于外径母线的角平分线L3上，由于点O1和O都位于外径母线的角平分线L3上。所以，可以通过找到外径母线角平分线L3的方法来间接确定球基面球心O，即确定球基面最大直径的位置。

2.确定圆锥滚子大端面圆心的方法

制作一个V型的夹具，其夹角大小α可调。选取两个钢球，其直径尺寸不同，一个是小直径钢球1，一个是大直径钢球2，平板。将V型夹具6，固定在平板上，放置在轮廓仪V型工作台上。轮廓仪的V型工作台可以旋转，沿着Y方向移动，沿着X方向移动，同样平板具有上述的三个自由度。将小尺寸的钢球1放置在V型夹具6内侧，大尺寸的钢球2放置在V型夹具6外侧。两个钢球分别与V型夹具6的两边接触。移动调整轮廓仪的测针先与钢球1接触，沿着Y方向移动轮廓仪的V型工作台，找到钢球1的最高点。然后，将轮廓仪的测针移动到钢球2，旋转V型工作台，找到钢球2的Y方向的最高点。然后重复上述步骤，直到轮廓仪测针沿着X方向移动时，钢球1与钢球2同时位于Y方向最高点。由两点确定一条直线可知，钢球1与钢球2圆心连线与V型夹具6的角平分线L重合。由几何关系可知，此时在V型夹具6内放置任意尺寸的钢球，钢球的最高点和球心，一定位于V型夹具6的角平分线L上。这样，就完成了V型夹具6的安装调整，见图2所示。

同理，将钢球换成待测量的圆锥滚子，放置在V型夹具6内，由图1中的几何关系可知，球基面的圆心O位于外径母线的角平分线上，而圆锥滚子外径母线的角平分线垂直相较于V型夹具6的角平分线，这样，将确定球基面沿着Y方向的最大直径位置转化为确定其外径母线的角平分线。因此，球基面的最大直径可以近似确定为的位于V型夹具6的角平分线上，即找到球基面在平行于ZX平面方向上的最大直径圆弧。见图3所示。

轮廓仪沿着X方向测量球基面的原始轮廓，然后用分析软件分析，分析软件要具有非连续圆弧的拟合功能，将圆弧arc1和圆弧arc2拟合成一个圆弧，分析拟合圆弧的半径，即为所测量球基面的半径R，见图4。

按上述方法调整好V型夹具6，选取一粒钢球，用测长机测量其直径尺寸为20.6374mm，半径R为10.3187mm。将此钢球放置在调整好的V型夹具6内，用轮廓仪直接测量其半径R为10.3201mm，验证了这种V型夹具6方法的可行性。

选一某型号的圆锥滚子，其球基面R值得公差带为2mm。按上述方法测量其球基面R。在同一位置连续测量5次，测量值见下表1。

表1球基面半径R测量结果单位：mm

测量次数	1	2	3	4	5
						大端面R值	150.9242	150.8530	150.7296	150.9190	150.8793

表1中5次测量的最大差值0.1946mm，是球基面R公差带的约五分之一，能够满足测量要求。

Claims (5)

1.一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：制作V型夹具(6)，V型夹具(6)的夹角(α)通过铰接点可调；

步骤二：选取第一钢球(1)、第二钢球(2)和平板(3)，第一钢球(1)的直径小于第二钢球(2)的直径；

步骤三：将V型夹具(6)安装在平板(3)上，将平板(3)和V型夹具(6)一起放置在轮廓仪的V型工作台上；

步骤四：V型夹具(6)的安装调整：

钢球的摆放：第一钢球(1)和第二钢球(2)安装在V型夹具(6)内并与V型夹具(6)的内侧壁接触；

V型夹具(6)的安装调整：将轮廓仪的V型工作台上的平板(3)分别进行旋转、沿着Y方向移动以及沿着X方向移动，找到第一钢球(1)和第二钢球(2)同时位于轮廓仪的Y方向的最高点，第一钢球(1)和第二钢球(2)的最高点的连线与V型夹具(6)的角平分线L重合，完成V型夹具(6)的安装调整，并将V型夹具(6)初步固定；

步骤五：圆锥滚子的测量：

取出第一钢球(1)和第二钢球(2)，将一个圆锥滚子(4)放置在V型夹具(6)内，并使圆锥滚子(4)外径母线与V型夹具(6)的内侧壁点接触；圆锥滚子(4)的球基面的平行于ZX平面最大直径圆弧投影到XY平面上，近似确定为位于V型夹具(6)的角平分线上，即找到球基面平行于ZX平面方向上的最大直径圆弧；

步骤六：测量球基面的半径R：

用轮廓仪沿着X方向测量圆锥滚子(4)的球基面的原始轮廓；

步骤七：确定圆锥滚子(4)的球基面的半径R：

用带有非连续圆弧拟合功能的泰勒轮廓仪分析软件中的contour软件，通过该分析软件中分段圆弧的拟合功能将步骤六中测量的原始轮廓的圆弧(1)和圆弧(2)拟合成一个圆弧，然后用圆弧分析功能，分析出拟合后的圆弧半径值即为所测量球基面的半径R，至此，完成了圆锥滚子大端面的球基面最大直径位置的确定及半径的测量。

2.根据权利要求1所述的一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，其特征在于：V型夹具(6)包括两个夹板，两个夹板在长度方向的同一侧靠近端部铰接。

3.根据权利要求2所述的一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，其特征在于：步骤四中V型夹具(6)的安装调整的钢球的摆放如下：

将第一钢球(1)和第二钢球(2)放置在V型夹具(6)的内侧，且第一钢球(1)靠近V型夹具(6)的铰接点，调整第一钢球(1)和第二钢球(2)的具体位置，直至第一钢球(1)和第二钢球(2)均与V型夹具(6)的内侧壁接触，并将此状态下V型夹具(6)的夹角α初步固定。

4.根据权利要求3所述的一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，其特征在于：V型夹具(6)的安装调整步骤如下：

第一步：移动轮廓仪的测针先与第一钢球(1)接触，沿着X方向移动轮廓仪的测针，目测轮廓仪的测针位于第一钢球(1)在X方向的最高点；然后沿着Y方向移动轮廓仪的V型工作台，找到第一钢球(1)的Y方向最高点G1；

第二步：将轮廓仪的测针移动并与第二钢球(2)接触，沿着X方向移动轮廓仪的测针，目测轮廓仪的测针位于第一钢球(2)在X方向的最高点；然后旋转轮廓仪的V型工作台，找到第二钢球(2)在Y方向的最高点G2；

第三步：重复第一步和第二步，即，第一钢球(1)始终沿着Y方向移动精确找到其最高点G1，第二钢球(2)始终在XY平面内旋转工作台精确找到其Y方向的最高点G2；直到轮廓仪的测针沿着X方向移动时，轮廓仪的测针同时位于第一钢球(1)在Y方向最高点G1，第二钢球(2)在Y方向最高点G2，此时G1和G2的连线平行于ZX平面，所以当此连线投影于XY平面时，与V型夹具的角平分线L重合；

第四步：第一钢球(1)与第二钢球(2)的Y方向最高点的连线与V型夹具(6)的角平分线L重合，由几何关系可知，此时在V型夹具(6)内放置任意尺寸的钢球，并使此钢球同时与V型夹具的两个边接触，两个接触点沿着Y方向的中点投影到XY平面时，一定位于V型夹具的角平分线L上，此时轮廓仪的测针也位于此钢球Y方向的最高点位置；从几何关系可知，钢球沿着Y方向最高点的位置与钢球沿着Y方向的球心位置位于钢球的同一个圆弧上，并且此圆弧位于一个平行于ZX面的平面上，钢球沿着Y方向的球心投影到XY平面时，一定位于V型夹具(6)的角平分线L上，此时，完成了V型夹具(6)的安装调整。

5.根据权利要求4所述的一种确定圆锥滚子大端面球基面最大直径圆弧位置的方法，其特征在于：步骤六中的原始轮廓由左至右依次为第一圆弧(5)、凹槽(6)和第二圆弧(7)。