CN110554093B - 滚动轴承外圈夹持用仿形机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，包括驱动轴上活动套设的压盘和固定安装的仿形手。仿形手包括基座及基座上凸设的多个端柱。各端柱上活动穿设一推杆。推杆朝压盘伸出仿形手的部分上安装有弹簧，推杆伸入仿形手的部分上设有环形凹槽，端柱朝外的部分上设有滚动通道，滚动通道内装有滚珠。当压盘受气缸抵顶按压推杆时，凹槽与滚动通道相对，滚珠一部分置于凹槽，仿形手伸入至滚动轴承外圈内径面的待夹持部位。当气缸撤力时，推杆反弹，滚珠移出凹槽且卡在滚动通道开口外露、抵顶待夹持部位，仿形手夹持住滚动轴承外圈。本发明可将滚动轴承外圈牢固夹持住而做匀速、稳定地转动和不同方向的平移运动。

Description

滚动轴承外圈夹持用仿形机械手

技术领域

本发明涉及一种用于夹持工件的机械手，尤指一种用于夹持滚动轴承外圈的仿形机械手。

背景技术

铁路机车及车辆通过轮轴在钢轨上的高速转动而实现高速运行。在轮轴的轴颈上安装有滚动轴承，满载货物的车箱通过摇枕、侧架落在滚动轴承上，滚动轴承内、外圈通过滚子实现高速运动。尽管铁路货车的滚动轴承形式结构较为简单，但其存在的故障类型很多，主要是滚动轴承外圈及滚子(滚动体)因内部缺陷而产生的剥离、裂纹现象，严重时甚至会出现列车倾覆、脱轨等事故，造成严重的后果。由此可见，滚动轴承是保证铁路机车和车辆安全运行的重要零部件。为了保证滚动轴承的制造和检修质量，目前国内铁路对滚动轴承实施无损超声波探伤，这种探伤手段可以有效保证滚动轴承内、外圈及滚动体的内部质量，其中对滚动轴承外圈的缺陷探伤过程为：将探头置于滚动轴承外圈的外径面上，为了使超声波声束覆盖内径面，需要转动滚动轴承外圈，同时上下移动探头，即探头与滚动轴承外圈两者之间需要同时在外圈轴向和圆周方向上做相对运动。在探伤实物试块上，令Φ0.5mm-Φ1mm平底孔反射波的最小高度为满刻度的20％时生成1条DAC灵敏度曲线，在实际探伤扫查中，当反射波高度超过此曲线时视为超标缺陷孔波。

目前在探伤扫查时采用的还是手工探伤方式，可以看出，探伤人员通过手动操作来实现上述运动是极其困难的。这种手工探伤方式存在以下问题：

第一，滚动轴承外圈的外径面光洁度非常高，经验丰富的探伤人员都有过这样的经历：光洁的表面用油耦合后很难使探头速度保持均匀，常常会发生瞬间打滑或吸滞不动的现象，继而易使Φ0.5mm-Φ1mm平底孔的反射波稍瞬即逝，因此在寻找某一反射波时，无法重现较好的波高。总之，手持探头无法保持探头稳定，直接影响了探伤结果的准确性，尤其是探头与外圈的接触面非常小的时候。

第二，在探伤扫查过程中，用肉眼观察反射波形来检测Φ0.5mm-Φ1mm平底孔的当量缺陷时，探头移动速度必须很慢，通常必须控制在100mm/s以下，可见手持探头方式的探伤效率十分低，且探头速度不可控使得探伤结果准确性无法保证，不能满足大批量生产和检修的要求。

第三，手工探伤方式需要探伤人员注意力高度集中，责任心强，眼睛要时刻观察波形变化，当发现超标波形时要及时复探确认，可见，探伤结果受人为因素影响很大，劳动强度过高，工作效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其可将滚动轴承外圈牢固夹持住而做匀速、稳定地转动和不同方向的平移运动。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：它包括驱动轴上活动套设的压盘和固定安装的仿形手，其中：

仿形手包括基座及基座上凸设的多个端柱；各端柱上活动穿设一推杆；推杆朝向压盘伸出仿形手的部分上安装有弹簧，推杆伸入仿形手的部分上设有环形凹槽，端柱朝外的部分上与凹槽相对应设有滚动通道，滚动通道内装有滚珠；

当压盘受气缸抵顶按压推杆时，凹槽与滚动通道相对，滚珠一部分置于凹槽，以使仿形手伸入至滚动轴承外圈内径面的待夹持部位；

当气缸撤力时，推杆在弹簧作用下反弹，滚珠移出凹槽且卡在滚动通道开口处外露而抵顶在待夹持部位上，以使仿形手夹持住滚动轴承外圈。

本发明的优点是：

本发明仿形机械手可牢固夹持住滚动轴承外圈，运动速度可控、平稳性好，一方面可实现滚动轴承外圈的平稳输送，另一方面，在超声波探伤时，可使探头与滚动轴承外圈两者之间同时在外圈轴向和圆周方向上做匀速、稳定的相对运动，实现了对滚动轴承外圈内径面的全面探伤扫查，探伤结果准确性高，探伤效率高，可很好地满足大批量生产和检修的要求。

附图说明

图1是本发明仿形机械手的结构示意图。

图2是仿形手的结构示意图。

图3是图2的俯视示意图。

图4是图2的A-A向剖视示意图。

图5是本发明仿形机械手的工作说明图。

图6是圆锥滚动轴承外圈的结构示意图。

图7是图6的俯视示意图。

图8是球滚动轴承外圈的结构示意图。

图9是圆柱滚动轴承外圈的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图9，本发明滚动轴承外圈夹持用仿形机械手包括驱动轴70上活动套设的压盘10和固定安装的仿形手50，即仿形手50固定安装在驱动轴70末端上，压盘10活动套设在驱动轴70上，其中：

仿形手50包括基座51以及基座51上凸设的多个端柱53；各端柱53上活动穿设一推杆20；推杆20朝向压盘10伸出仿形手50的部分上安装有弹簧30，即弹簧30介于压盘10与仿形手50之间，推杆20伸入仿形手50的部分上设有环形凹槽23，端柱53朝外的部分上与凹槽23相对应设有滚动通道54，滚动通道54内装有滚珠60；

当压盘10受气缸90施加的压力抵顶按压推杆20时，压盘10向靠近仿形手50的方向运动，弹簧30压缩，推杆20上的凹槽23与端柱53上的滚动通道54相对，滚珠60沿滚动通道54滚动且滚珠60一部分滚入置于凹槽23，以使在驱动轴70的作用下，仿形手50的各端柱53可伸入至滚动轴承外圈80内径面82的待夹持部位；

当气缸90撤力时，推杆20在弹簧30弹力作用下反弹，做反向运动，压盘10向远离仿形手50的方向运动，推杆20上的凹槽23离开端柱53上的滚动通道54而不再相对，滚珠60滚动移出凹槽23，滚珠60一部分卡在滚动通道54开口处外露而抵顶在滚动轴承外圈80内径面82的待夹持部位上，以使仿形手50夹持住滚动轴承外圈80。

如图2至图4，仿形手50的基座51呈十字状，基座51的中心位置凸设有中心柱52，基座51的四个支臂端部各凸设有一端柱53，中心柱52和端柱53在背离压盘10的方向延伸，中心柱52和其对应的基座51部分开设有用于驱动轴70贯穿的中心通孔520，端柱53和其对应的基座51部分开设有用于推杆20贯穿的贯穿孔530，端柱53朝外的部分上开设的滚动通道54与贯穿孔530相通。

当然，基座51也可设计为其它形状，端柱53的数量不受局限。在实际实施时，各端柱53以基座51中心对称设置为佳。

如图1，推杆20的一端设有挡圈21而另一端设有下限位圈22，仿形手50的各贯穿孔530位置安装有起到导向作用的导向套31，推杆20贯穿导向套31，其中，挡圈21与压盘10接触但不固定，弹簧30介于挡圈21与导向套31之间，下限位圈22位于仿形手50外，下限位圈22的作用在于当推杆20反弹时防止推杆20脱离仿形手50。

如图1，滚动通道54的开口处安装有挡片61。挡片61的作用在于防止滚珠60滚出滚动通道54而可以稳固地卡在滚动通道54的开口处并一部分外露。

在本发明中，挡片61呈U型，其通过螺钉固定安装在端柱53上，相应地，如图4，端柱53上预先设有安装挡片61的嵌槽55以及预先开设有螺孔56。

如图1，凹槽23具有下斜面230。下斜面230在本发明仿形机械手从松开状态向夹持状态转变时，可对滚珠60起到推动的作用。当然，凹槽23的截面形状也可设计为其它形状。

如图1，滚动通道54的长度(或说端柱53的壁厚)小于滚珠60的直径。

如图1，驱动轴70上活动套设有上限位套40，上限位套40介于压盘10与仿形手50之间。当气缸90不施加压力时，上限位套40与仿形手50接触，上限位套40与压盘10之间相距的距离应等于此时推杆20上的凹槽23与滚动通道54之间相距的距离，这样的设计可以使得当压盘10按压推杆20时，受上限位套40的限位作用，推杆20上的凹槽23可以直接准确地移动至与端柱53上的滚动通道54相对。

如图1，压盘10包括盘体13，盘体13的中心孔处安装有筒型盘芯11，盘芯11内安装有起到导向作用的导套12，驱动轴70贯穿导套12。

在本发明中，驱动轴70与伺服电机(图中未示出)连接，受伺服电机控制而可进行各种运动，如转动、不同方向的平移运动(如上下、左右、前后平移等)。驱动轴70的作用在于，带动仿形手50进行转动、不同方向的平移运动，进而仿形手50夹持着滚动轴承外圈80进行转动、不同方向的平移运动。

如图1和图2，仿形手50的各端柱53上将与滚动轴承外圈80的内径面82的待夹持部位接触的表面57为仿形面，仿形面的形状与滚动轴承外圈80的内径面82上的待夹持部位的形状相适配。这样可以做到端柱53外侧的仿形面与内径面82间的无间隙紧密接触，从而既不会使仿形手50损坏内径面，又可保证运动的稳定性，不会发生松动，不会产生滑动和窜动。

如图6至图9，滚动轴承外圈80的内径面82上都具有突起，因此，如图5，滚珠60随仿形手50伸入滚动轴承外圈80内的深度应超过突起所在深度，即从图5来看，滚珠60抵顶在待夹持部位上的位置上方为突起。这样的设计可使仿形手50更加稳固地夹持住滚动轴承外圈80而不会脱离。

在本发明中，滚动轴承外圈80为圆锥滚动轴承外圈、球滚动轴承外圈或圆柱滚动轴承外圈。

滚动轴承外圈80为本领域的已有元件，其可分为圆锥滚动轴承外圈、球滚动轴承外圈、圆柱滚动轴承外圈三种类型。不论哪种类型，它们的结构大致相同。

如图6至图9，滚动轴承外圈80通常包括形成有内孔801的外圈本体81，外圈本体81的外圆周表面为外径面83，内孔801的孔壁形成外圈本体81的内径面82。外径面83的大部分为平直面，不同类型的滚动轴承外圈的外径面83的形状略有不同。内径面82通常由上、下滚道面和过渡面构成，但不同类型的滚动轴承外圈的内径面82的形状略有不同。从图6至图9可以看出，内径面82上都形成有突起。

如图6和图7，圆锥滚动轴承外圈的内径面82由倾斜的上、下滚道面821、822以及连接上、下滚道面821、822的、平直的过渡面823构成，过渡面823与上、下滚道面821、822一同形成突起，于是，滚珠60抵顶在突起下方，即抵顶在下滚道面822上最佳。

如图8，球滚动轴承外圈的内径面82由平直的上、下滚道面821’、822’以及连接上、下滚道面821’、822’的弧形过渡面823’构成，过渡面823’与上滚道面821’形成突起，于是，滚珠60抵顶在突起下方，即抵顶在过渡面823’上最佳。

如图9，圆柱滚动轴承外圈的内径面82由平直的上、下滚道面821”、822”以及连接上、下滚道面821”、822”的、平直的过渡面823”构成，过渡面823”与上、下滚道面821”、822”构成台阶而形成突起，于是，滚珠60抵顶在突起下方，即抵顶在下滚道面822”上最佳。

图6、图8、图9分别示出了圆锥滚动轴承外圈、球滚动轴承外圈、圆柱滚动轴承外圈的结构，图8的球滚动轴承外圈、图9的圆柱滚动轴承外圈的俯视图可参考图7示出的圆锥滚动轴承外圈的俯视图来理解。

如图5，本发明的工作过程为：

气缸90向下对压盘10施加压力，压盘10抵顶按压推杆20，压盘10向靠近仿形手50的方向运动，弹簧30压缩，推杆20下移，当压盘10触碰到上限位套40时停止向下移动，此时推杆20上的凹槽23与端柱53上的滚动通道54相对，于是滚珠60沿滚动通道54滚动且一部分滚入置于凹槽23内，此时滚珠60不外露于端柱53，本发明仿形机械手处于松开状态。于是，驱动轴70在伺服电机的驱动下向下移动，带动仿形手50的各端柱53伸入滚动轴承外圈80且位于内径面82的待夹持部位。此时仿形手50与滚动轴承外圈80的内径面82吻合接触。于是伺服电机停止工作，驱动轴70停止向下移动。

然后气缸90撤力，推杆20在弹簧30弹力作用下反弹，向上移动，压盘10随推杆20向上运动，当下限位圈22触碰端柱53底部时，推杆20停止向上移动。此时，由于推杆20的移动，凹槽23离开滚动通道54不再相对，滚珠60受凹槽23下斜面230的推力作用，沿滚动通道54被推出向外滚动，最后滚珠60一部分卡在滚动通道54开口处露出，并且抵顶在内径面82上的突起下方，此时本发明仿形机械手处于夹持状态。于是，仿形手50将滚动轴承外圈80稳固地夹持住，等待对滚动轴承外圈80进行输送或探伤扫查。

在探伤扫查时，将探头置于滚动轴承外圈80的外径面83上，使超声波声束覆盖内径面82，于是，驱动轴70在伺服电机的作用下带动仿形手50和滚动轴承外圈80一起进行平稳转动、平移等运动，直至完成探伤作业。

本发明的优点是：

1、本发明仿形机械手可牢固夹持住滚动轴承外圈，运动速度可控、平稳性好，不会产生窜动和振动，移动误差小于20μm，一方面可实现滚动轴承外圈的平稳输送，且可对输送过程进行控制，另一方面，在超声波探伤时，可使探头与滚动轴承外圈两者之间同时在外圈轴向和圆周方向上做匀速、稳定的相对运动，实现了对滚动轴承外圈内径面的全面探伤扫查，探伤结果准确性高，探伤效率高，可很好地满足大批量生产和检修的要求。

2、本发明不会对滚动轴承外圈内径面造成损伤。

3、本发明的探伤结果不受人为因素影响，工作效率高，极大降低了探伤人员的劳动强度，成本极大降低。

4、本发明适用于圆锥、球、圆柱各种类型的滚动轴承外圈，有效确保了铁路运输的安全性，确保了人民的生命财产不受影响。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：它包括驱动轴上活动套设的压盘和固定安装的仿形手，其中：

仿形手包括基座及基座上凸设的多个端柱；各端柱上活动穿设一推杆；推杆朝向压盘伸出仿形手的部分上安装有弹簧，推杆伸入仿形手的部分上设有环形凹槽，端柱朝外的部分上与凹槽相对应设有滚动通道，滚动通道内装有滚珠；

当压盘受气缸抵顶按压推杆时，凹槽与滚动通道相对，滚珠一部分置于凹槽，以使仿形手伸入至滚动轴承外圈内径面的待夹持部位；

当气缸撤力时，推杆在弹簧作用下反弹，滚珠移出凹槽且卡在滚动通道开口处外露而抵顶在待夹持部位上，以使仿形手夹持住滚动轴承外圈。

2.如权利要求1所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述仿形手的所述基座呈十字状，所述基座的中心位置凸设有中心柱，所述基座的四个支臂端部各凸设有一所述端柱，中心柱和其对应的基座部分开设有用于所述驱动轴贯穿的中心通孔，端柱和其对应的基座部分开设有用于所述推杆贯穿的贯穿孔，所述端柱朝外的部分上开设的所述滚动通道与贯穿孔相通。

3.如权利要求2所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述推杆的一端设有挡圈而另一端设有下限位圈，所述仿形手的各所述贯穿孔位置安装有导向套，其中，挡圈与所述压盘接触，所述弹簧介于挡圈与导向套之间，下限位圈位于所述仿形手外。

4.如权利要求1所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述滚动通道的开口处安装有挡片。

5.如权利要求4所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述凹槽具有下斜面；

所述滚动通道的长度小于所述滚珠的直径。

6.如权利要求1所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述驱动轴上活动套设有上限位套，上限位套介于所述压盘与所述仿形手之间。

7.如权利要求1所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述压盘包括盘体，盘体的中心孔处安装有筒型盘芯，盘芯内安装有导套。

8.如权利要求1至7中任一项所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述仿形手的各所述端柱上将与滚动轴承外圈的内径面的待夹持部位接触的表面形状与滚动轴承外圈的内径面上的待夹持部位的形状相适配。

9.如权利要求8所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

滚动轴承外圈的内径面上具有突起，所述滚珠随所述仿形手伸入滚动轴承外圈内的深度超过突起所在深度。

10.如权利要求8所述的滚动轴承外圈夹持用仿形机械手，其特征在于：

所述滚动轴承外圈为圆锥滚动轴承外圈、球滚动轴承外圈或圆柱滚动轴承外圈。