CN110763172A - 一种外球面轴承零件测量工具及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承零件测量技术领域，尤其是涉及一种外球面轴承零件测量工具及测量方法；一种外球面轴承零件测量工具，包括支架，支架上设有可将工件夹紧的下支撑和上支撑，上支撑固定设置，下支撑活动连接在支架中；上支撑中包括一个上支脚，上支脚下端设有V形支口，工件的外球面抵接在该V形支口中；还包括一个固定安装在支架中的位移测量仪表；本发明可以解决现有的测量方法精度不高、操作繁琐的问题。

Description

一种外球面轴承零件测量工具及测量方法

技术领域

本发明属于轴承零件测量技术领域，尤其是涉及一种外球面轴承零件测量工具及测量方法。

背景技术

现有内圈沟道为外球面的工件，例如关节轴承内圈，加工完成后需要对一些参数进行测量，以检测加工精度，其中，沟位的传统测量方法是借助于轴承外径测量仪，如附图1、附图2所示，将扭簧表和支承调整到测量高度为h的位置，测量工件直径D1，再水平翻转工件180°测工件直径D2，D1与D2的差值即实测“径向对称度”，再代入勾股定理计算间接得到轴向对称度值，h1＝((球径²-d1²)^1/2)/2，h2＝((球径²-d2²)^1/2)/2，h1与h2的差值即轴向对称度；还需另外测量一些别的参数，这种方法存在以下缺点：

1、需先要将技术条件中的形位公差和工件直径计算求得，而此值与工件直径尺寸、工件宽度被测面与支撑面间距的公差相关，尤其变动量的变化和几个公差叠加就更加明显，当工件直径大，曲率平缓的时候，球面对称度已经相差很大了，在外径测量仪上的示值差却很小，误差较大；测高h的调整误差约0.3mm，工件宽度公差约0.1mm，叠加工件直径误差，宽度误差，椭圆误差，球形偏差，整体综合测量误差比较高；

2、对称度仪器调整难度大，测量结果不够准确，外径测量仪的支撑点和扭簧表对支撑面的测量高度由卡尺测得，很容易不在一个与支撑面平行的平面内，使测量结果产生偏差，更无法检测沟位置变化量，即不能检测沟位值对端面的跳动；

3、对于加工现场来讲并不很实用，当对称度超标时，无法直接判断出调整量，只能多次试验直到多件满足要求，给工件加工时，对称度调整带来很大压力，在人力和时间成本上都是浪费。

综上所述，传统的外球面工件对称度测量方法，不能将技术条件中的指标直接反映到被测工件上，技术条件的指导性不能直观体现，此测量结果与技术条件无线性关联，不能对加工现场设备调试高效指导性，机床调整难度大，测量方法比较繁琐且不够精确。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种外球面轴承零件测量工具及测量方法，以解决现有的测量方法精度不高、操作繁琐的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种外球面轴承零件测量工具，包括支架，支架上设有可将工件夹紧的下支撑和上支撑，上支撑固定设置，下支撑活动连接在支架中；上支撑中包括一个上支脚，上支脚下端设有V形支口，工件的外球面抵接在该V形支口中；还包括一个固定安装在支架中的位移测量仪表。

进一步地，下支撑包括一个V形支架，该V形支架中包括两根支杆，每根支杆末端连接有一个下支脚。

进一步地，下支脚中设有一个侧支撑面和与该侧支撑面相对的斜支撑面，工件支撑在下支脚中且工件的其中一个端面贴紧侧支撑面，工件的外球面抵接在斜支撑面上。

进一步地，支架包括一个底座和垂直固接在底座上的立架板。

进一步地，上支撑中还包括一根固接在立架板上端的连杆，上支脚固接在连杆上。

进一步地，V形支架的下端可水平滑动连接在一根活动杆上，活动杆可上下滑动连接在立架板上。

进一步地，立架板中开有一个竖直方向的滑槽，活动杆上固接有一块限位板，活动杆的末端设有螺纹，还包括一个锁紧螺母，锁紧螺母拧接在活动杆的螺纹部上，活动杆贯穿通过滑槽且立架板位于锁紧螺母和限位板之间；V形支架下端设有一个连接套口，活动杆套在连接套口内且两者之间间隙配合，还包括一个调节螺栓，调节螺栓贯穿拧接在连接套口的侧壁中且调节螺栓的末端紧顶在活动杆上。

进一步地，位移测量仪表采用扭簧表，扭簧表的测量杆端部抵接在工件的其中一侧端面。

使用上述的外球面轴承零件测量工具,工件对称度的测量方法为：设定工件的其中一个端面为基面，另一个端面为非基面；测量工件的基面沟位h1,保持工件的中心不动，将工件翻转180度测量工件的非基面沟位h2，工件的对称度等于h1与h2差值的一半；

工件的沟位值对端面的跳动测量方法为：测量工件其中一个端面在某一点处的沟位值,保持工件的中心不动，将工件绕其中心轴线旋转一周测得不同端面的沟位值，即工件的沟位值对端面的跳动。

进一步地，(1)工件对称度测量过程中，使用外球面轴承零件测量工具保持工件的中心不动，使用扭簧表测量基面沟位h1和非基面沟位h2的值；

具体方法为：

步骤A、将工件的上端外球面抵接在上支脚的V形支口中，使得外球面与V形支口的支撑面充分接触；松开锁紧螺母，沿滑槽上下调整活动杆，并且松开调节螺栓，沿活动杆水平移动V形支架，使得工件的下部外球面正好支撑在两个下支脚中，此时，工件的基面贴紧侧支撑面，工件的外球面抵接在斜支撑面上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母和调节螺栓将下支撑固定，扭簧表固定在支架中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件的基面，读取扭簧表数值为基面沟位h1；

步骤B、上支撑固定在支架中，其位置不动，松开锁紧螺母和调节螺栓，沿滑槽向下滑动活动杆，取下工件，将工件翻转180度，重新将工件装在支架中，操作方法同步骤A；并读取扭簧表读数为非基面沟位h2；

(2)工件的沟位值对端面的跳动测量过程中，使用外球面轴承零件测量工具保持工件的中心不动，使用扭簧表测量端面沟位值；

具体方法为：

步骤A、将工件的上端外球面抵接在上支脚的V形支口中，使得外球面与V形支口的支撑面充分接触；松开锁紧螺母，沿滑槽上下调整活动杆，并且松开调节螺栓，沿活动杆水平移动V形支架，使得工件的下部外球面正好支撑在两个下支脚中，此时，工件的其中一个端面贴紧侧支撑面，工件的外球面抵接在斜支撑面上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母和调节螺栓将下支撑固定；

步骤B、扭簧表固定在支架中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件的基面，读取扭簧表数值为工件其中一个端面在某一点处的沟位值,保持上支撑和下支撑不动，将工件绕其中心轴线旋转一周，读取多个扭簧表数值，即工件的沟位值对端面的跳动。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

相对于原测量方法和测量工具，本发明中，直接关联技术条件中形位公差，文件指导性强，1:1精确测量，增加了工件球面中心对端面跳动的测量功能，降低加工难度，节约检测用时，节约调整用时，降低生产成本，有效指导机床调试和工件加工和检测，检测用时和调整用时由原来的5、6小时缩短到0.25小时，提高效率20多倍，而得到一致好评。本优化设计结构简单、制作方便，增加了测量功能，扩展了测量范围，工艺流程简化，能够用于多规格、多品种球面工件的加工检测，同时能够节约检测成本，缩短调整过程，提高加工效率，可大范围推广至球面工件的加工企业应用，对球面工件企业的发展起到推动价值。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1、图2为现有技术中工件对称度的测量示意图；

图3本发明中的检测工具的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为上支脚在图3中A方向的结构示意图；

图6为下支脚在图3中B方向的结构示意图；

图7为基面沟位h1和非基面沟位h2在工件中的表达示意图。

附图标记说明：

1-支架；11-立架板；111-滑槽；12-底座；2-下支撑；21-下支脚；211-侧支撑面；212-斜支撑面；22-V形支架；221-活动杆；2211-限位板；222-锁紧螺母；223-连接套口；224-调节螺栓；3-上支撑；31-上支脚；311-V形支口；32-连杆；4-位移测量仪表；5-工件；51-外球面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2-7所示，一种外球面轴承零件具具检测工具，其特征在于：包括支架1，支架1上设有可将工件5夹紧的下支撑2和上支撑3，上支撑3固定设置，下支撑2活动连接在支架1中；上支撑3中包括一个上支脚31，上支脚31下端设有V形支口311，工件5的外球面51抵接在该V形支口311中；还包括一个固定安装在支架1中的位移测量仪表4。

优选地，下支撑2包括一个V形支架22，该V形支架22中包括两根支杆，每根支杆末端连接有一个下支脚21。下支脚21中设有一个侧支撑面211和与该侧支撑面211相对的斜支撑面212，工件5支撑在下支脚21中且工件5的其中一个端面贴紧侧支撑面211，工件5的外球面51抵接在斜支撑面212上。

支架1包括一个底座12和垂直固接在底座12上的立架板11。上支撑3中还包括一根固接在立架板11上端的连杆32，上支脚31固接在连杆32上。

优选地，V形支架22的下端可水平滑动连接在一根活动杆221上，活动杆221可上下滑动连接在立架板11上。具体地，立架板11中开有一个竖直方向的滑槽111，活动杆221上固接有一块限位板2211，活动杆221的末端设有螺纹，还包括一个锁紧螺母222，锁紧螺母222拧接在活动杆221的螺纹部上，活动杆221贯穿通过滑槽111且立架板11位于锁紧螺母222和限位板2211之间；V形支架22下端设有一个连接套口223，活动杆221套在连接套口223内且两者之间间隙配合，还包括一个调节螺栓224，调节螺栓224贯穿拧接在连接套口223的侧壁中且调节螺栓224的末端紧顶在活动杆221上。

优选地，位移测量仪表4采用扭簧表，扭簧表的测量杆端部抵接在工件5的其中一侧端面。扭簧表测量精度高，且操作方便。

使用上述的外球面轴承零件具具检测工具,工件5对称度的测量方法为：设定工件5的其中一个端面为基面，另一个端面为非基面；测量工件5的基面沟位h1,保持工件5的中心不动，将工件5翻转180度测量工件5的非基面沟位h2，工件5的对称度等于h1与h2差值的一半；

此处，沟位是指，与工件5端面平行，且通过外球面51大直径的平面到端面的距离；基面沟位与非基面沟位的和等于工件5宽度。

工件5的沟位值对端面的跳动测量方法为：测量工件5其中一个端面在某一点处的沟位值,保持工件5的中心不动，将工件5绕其中心轴线旋转一周测得不同端面的沟位值，即工件5的沟位值对端面的跳动。

具体地，(1)工件5对称度测量过程中，使用外球面轴承零件具具检测工具保持工件5的中心不动，使用扭簧表测量基面沟位h1和非基面沟位h2的值；

具体方法为：

步骤A、将工件5的上端外球面51抵接在上支脚31的V形支口311中，使得外球面51与V形支口311的支撑面充分接触；松开锁紧螺母222，沿滑槽111上下调整活动杆221，并且松开调节螺栓224，沿活动杆221水平移动V形支架22，使得工件5的下部外球面51正好支撑在两个下支脚21中，此时，工件5的基面贴紧侧支撑面211，工件5的外球面51抵接在斜支撑面212上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母222和调节螺栓224将下支撑2固定，扭簧表固定在支架1中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件5的基面，读取扭簧表数值为基面沟位h1；

步骤B、上支撑3固定在支架1中，其位置不动，松开锁紧螺母222和调节螺栓224，沿滑槽111向下滑动活动杆221，取下工件5，将工件5翻转180度，重新将工件5装在支架1中，操作方法同步骤A；并读取扭簧表读数为非基面沟位h2；

本发明中，上支脚31创新地采用V形支口311，对工件5的定心起到关键作用，在测量基面沟位h1和非基面沟位h2的过程中，工件5的上端外球面51始终抵接在上支脚31的V形支口311中，通过球面和固定夹角斜面的接触，工件5位置会自适应调整，保证工件5在翻转前后装夹的同心度，实现了工件5准确定位，保证了对称度测值准确。

(2)工件5的沟位值对端面的跳动测量过程中，使用外球面轴承零件具具检测工具保持工件5的中心不动，使用扭簧表测量端面沟位值；

具体方法为：

步骤A、将工件5的上端外球面51抵接在上支脚31的V形支口311中，使得外球面51与V形支口311的支撑面充分接触；松开锁紧螺母222，沿滑槽111上下调整活动杆221，并且松开调节螺栓224，沿活动杆221水平移动V形支架22，使得工件5的下部外球面51正好支撑在两个下支脚21中，此时，工件5的其中一个端面贴紧侧支撑面211，工件5的外球面51抵接在斜支撑面212上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母222和调节螺栓224将下支撑2固定；

步骤B、扭簧表固定在支架1中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件5的基面，读取扭簧表数值为工件5其中一个端面在某一点处的沟位值,保持上支撑3和下支撑2不动，将工件5绕其中心轴线旋转一周，读取多个扭簧表数值，即工件5的沟位值对端面的跳动。在这个过程中，由于工件5的其中一个端面贴紧侧支撑面211，侧支撑面211保持不动，为一个固定的基准面，可以保证在工件5绕其中心轴线旋转一周的过程中，工件5的中心保持不动，提高了测量精度。

本发明中，测量对称度的方法为一种直接测量法，相比于现有技术中间接测量法，技术条件中的形位公差直接对应测量值，省掉了勾股定理计算，避免了工件5宽度误差，测量高度误差，工件5球径误差，工件5椭圆误差，曲率误差叠加造成的测量误差，避免了检测盲区，实现了1:1线性测量；测量精度大大提高。

表1和表2分别为采用现有技术中间接测量法和采用本发明中所述直接测量法测量同一个批工件(外球面直径25.4mm，宽14mm)的对称度的多组实测值：

间接测量法：

序号	1	2	3	4	5
						球面基本尺寸	25.4	25.4	25.4	25.4	25.4
端面宽度基本值	14	14	14	14	14
						对称度	0.0604	0.0528	0.0456	0.0387	0.0319

表1

直接测量法：

序号	1	2	3	4	5
						球面基本尺寸	25.4	25.4	25.4	25.4	25.4
端面宽度基本值	14	14	14	14	14
						对称度	0.04	0.04	0.04	0.04	0.04

表2

可见，表1中采用间接测量法，测量仪的支撑点与工件圆弧接触，很难准确调整测量高度，对于同一个工件的对称度实测值不同，测量有误。采用新的测量装置和测量方法后，对于同一个工件的对称度实测值相同，可实现直接的1:1线性测量，测量精度较高。

该测量工具，在径向上设置3个不同方位的支撑点(两个下支脚21和一个上支脚31)，将工具径向稳定夹持，并且在每个径向支撑点处，设置有两个轴向支撑(下支脚21中的侧支撑面211和斜支撑面212，以及上支脚31中的V形支口311)，进一步将工件5轴向定位，使用该工具，可以使外球面51工件5在轴向和径向上均匀受力，定位准确，测值可靠，通过径向定位和轴向定位结合，可靠地解决了沟道外球面51工件5的轴向、径向定位问题。

另外，在测量对称度的过程中，还可以兼顾测量沟位值对端面的跳动，只需将工件5在测量仪上旋转一周，端面表的示值变动即工件5球面中心对端面的跳动量，此测量方法的优化增加了工件5球面中心对端面跳动的测量功能，增加了沟位置对端面跳动的测量功能；弥补了外径测量仪间接测量对工件5端面跳动的检测缺失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外球面轴承零件测量工具，其特征在于：包括支架(1)，支架(1)上设有可将工件(5)夹紧的下支撑(2)和上支撑(3)，上支撑(3)固定设置，下支撑(2)活动连接在支架(1)中；上支撑(3)中包括一个上支脚(31)，上支脚(31)下端设有V形支口(311)，工件(5)的外球面(51)抵接在该V形支口(311)中；还包括一个固定安装在支架(1)中的位移测量仪表(4)。

2.根据权利要求1所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：下支撑(2)包括一个V形支架(22)，该V形支架(22)中包括两根支杆，每根支杆末端连接有一个下支脚(21)。

3.根据权利要求2所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：下支脚(21)中设有一个侧支撑面(211)和与该侧支撑面(211)相对的斜支撑面(212)，工件(5)支撑在下支脚(21)中且工件(5)的其中一个端面贴紧侧支撑面(211)，工件(5)的外球面(51)抵接在斜支撑面(212)上。

4.根据权利要求1所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：支架(1)包括一个底座(12)和垂直固接在底座(12)上的立架板(11)。

5.根据权利要求4所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：上支撑(3)中还包括一根固接在立架板(11)上端的连杆(32)，上支脚(31)固接在连杆(32)上。

6.根据权利要求4所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：V形支架(22)的下端可水平滑动连接在一根活动杆(221)上，活动杆(221)可上下滑动连接在立架板(11)上。

7.根据权利要求6所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：立架板(11)中开有一个竖直方向的滑槽(111)，活动杆(221)上固接有一块限位板(2211)，活动杆(221)的末端设有螺纹，还包括一个锁紧螺母(222)，锁紧螺母(222)拧接在活动杆(221)的螺纹部上，活动杆(221)贯穿通过滑槽(111)且立架板(11)位于锁紧螺母(222)和限位板(2211)之间；V形支架(22)下端设有一个连接套口(223)，活动杆(221)套在连接套口(223)内且两者之间间隙配合，还包括一个调节螺栓(224)，调节螺栓(224)贯穿拧接在连接套口(223)的侧壁中且调节螺栓(224)的末端紧顶在活动杆(221)上。

8.根据权利要求6所述的外球面轴承零件测量工具，其特征在于：位移测量仪表(4)采用扭簧表，扭簧表的测量杆端部抵接在工件(5)的其中一侧端面。

9.使用权利要求1-8任一项所述的外球面轴承零件测量工具,一种外球面轴承零件测量方法，其特征在于：

工件(5)对称度的测量方法为：设定工件(5)的其中一个端面为基面，另一个端面为非基面；测量工件(5)的基面沟位h1,保持工件(5)的中心不动，将工件(5)翻转180度测量工件(5)的非基面沟位h2，工件(5)的对称度等于h1与h2差值的一半；

工件(5)的沟位值对端面的跳动测量方法为：测量工件(5)其中一个端面在某一点处的沟位值,保持工件(5)的中心不动，将工件(5)绕其中心轴线旋转一周测得不同端面的沟位值，即工件(5)的沟位值对端面的跳动。

10.根据权利要求9所述的外球面轴承零件测量方法，其特征在于：

(1)、工件(5)对称度测量过程中，使用外球面轴承零件测量工具保持工件(5)的中心不动，使用扭簧表测量基面沟位h1和非基面沟位h2的值；

具体方法为：

步骤A、将工件(5)的上端外球面(51)抵接在上支脚(31)的V形支口(311)中，使得外球面(51)与V形支口(311)的支撑面充分接触；松开锁紧螺母(222)，沿滑槽(111)上下调整活动杆(221)，并且松开调节螺栓(224)，沿活动杆(221)水平移动V形支架(22)，使得工件(5)的下部外球面(51)正好支撑在两个下支脚(21)中，此时，工件(5)的基面贴紧侧支撑面(211)，工件(5)的外球面(51)抵接在斜支撑面(212)上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母(222)和调节螺栓(224)将下支撑(2)固定，扭簧表固定在支架(1)中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件(5)的基面，读取扭簧表数值为基面沟位h1；

步骤B、上支撑(3)固定在支架(1)中，其位置不动，松开锁紧螺母(222)和调节螺栓(224)，沿滑槽(111)向下滑动活动杆(221)，取下工件(5)，将工件(5)翻转180度，重新将工件(5)装在支架(1)中，操作方法同步骤A；并读取扭簧表读数为非基面沟位h2；

(2)、工件(5)的沟位值对端面的跳动测量过程中，使用外球面轴承零件测量工具保持工件(5)的中心不动，使用扭簧表测量端面沟位值；

具体方法为：

步骤A、将工件(5)的上端外球面(51)抵接在上支脚(31)的V形支口(311)中，使得外球面(51)与V形支口(311)的支撑面充分接触；松开锁紧螺母(222)，沿滑槽(111)上下调整活动杆(221)，并且松开调节螺栓(224)，沿活动杆(221)水平移动V形支架(22)，使得工件(5)的下部外球面(51)正好支撑在两个下支脚(21)中，此时，工件(5)的其中一个端面贴紧侧支撑面(211)，工件(5)的外球面(51)抵接在斜支撑面(212)上；位置调整完毕后，拧紧锁紧螺母(222)和调节螺栓(224)将下支撑(2)固定；

步骤B、扭簧表固定在支架(1)中，其位置不动，扭簧表的测量杆端部抵接在工件(5)的基面，读取扭簧表数值为工件(5)其中一个端面在某一点处的沟位值,保持上支撑(3)和下支撑(2)不动，将工件(5)绕其中心轴线旋转一周，读取多个扭簧表数值，即工件(5)的沟位值对端面的跳动。

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