CN112254616A - 一种圆锥滚子球基面半径测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种圆锥滚子球基面半径测量仪，包括测量套、测量柱和千分表；测量柱与测量套滑动配合连接；在测量柱的下端均布设有三个内圈钢球，在测量套的下端均布设有三个外圈钢球，三个内圈钢球的球心所在的平面和三个外圈钢球的球心所在的平面均垂直于测量套内环面的轴线，且三个内圈钢球的球心所确定的圆的圆心与三个外圈钢球的球心所确定的圆的圆心均位于测量套内环面的轴线上；千分表固定在测量套的上部，且千分表的触头抵在测量柱上。一种测量方法，通过选取上下差对比件，能够快速地实现对圆锥滚子球基面半径的在线实时检测，具有可操作性强、检测效率高的优点。本发明实现了对圆锥滚子球基面半径的100％检测，解决了行业内急需要解决的技术难题。

Description

一种圆锥滚子球基面半径测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，尤其是涉及一种圆锥滚子球基面半径测量仪，还涉及该测量仪的一种测量方法。

背景技术

圆锥滚子轴承中的滚动体为圆锥滚子，圆锥滚子的加工精度对轴承的性能有着至关重要的作用。圆锥滚子的基准端面为球面形的基准端面（也称为球基面），在磨削加工后，需对该端面的球面半径（SR）尺寸进行检测，以控制球基面的形状精度，来满足滚子基面与轴承套圈挡边接触位置的要求。通常圆锥滚子球基面半径尺寸的测量是在轮廓仪上进行的，轮廓仪的检测精度很高，但是存在检测周期长、效率低、时效性很差的问题，因此，一般只在调整基面磨床时或换滚子型号时才进行检测。待首件产品检测合格后，基面磨床方可正常加工产品。之后仅对加工后的产品进行抽检，以验证球基面的半径尺寸是否超差。如果抽检件超差，则同批次生产的产品都存在报废的可能性。长期以来，圆锥滚子球基面半径尺寸的测量一直是我国乃至轴承行业急需要解决的技术难题。

随着国民经济的发展，对轴承精度的要求越来越高，相应的对圆锥滚子球基面半径尺寸精度的要求也越来越高，要求球基面半径SR的尺寸公差在其名义尺寸2%以内。这种要求下，使用轮廓仪抽检已不能控制球基面半径尺寸的合格率，只有对球基面半径尺寸进行100％检测才能满足工艺要求。因此，急需要一种高精度的、能够在线实时检测圆锥滚子球基面半径的测量仪器。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其目的在于：提供一种高精度的、能够在线实时检测圆锥滚子球基面半径的测量仪器，以实现对圆锥滚子球基面半径的100％检测。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆锥滚子球基面半径测量仪，包括测量套、测量柱和千分表；其中，测量柱位于测量套的内部，且与测量套的内环面滑动配合连接；在测量柱的下端面上均布设有三个同直径的内圈钢球，在测量套的下端面上均布设有三个同直径的外圈钢球，且内圈钢球的直径与外圈钢球的直径相同；三个内圈钢球的球心所在的平面和三个外圈钢球的球心所在的平面均垂直于测量套内环面的轴线，且三个内圈钢球的球心所确定的圆的圆心与三个外圈钢球的球心所确定的圆的圆心均位于测量套内环面的轴线上；千分表固定在测量套的上部，且千分表的触头抵在测量柱的上端面上。

进一步地改进技术方案，在圆锥滚子球基面的中心位置设有保持架穿孔；所述三个内圈钢球与所述圆锥滚子球基面的内侧球面接触，所述三个外圈钢球与所述圆锥滚子球基面的外侧球面接触。

进一步地改进技术方案，在测量套的下端面连接有定位环板，所述三个外圈钢球设在定位环板的下端面上。

进一步地改进技术方案，所述三个外圈钢球压嵌在定位环板的下端面上。

进一步地改进技术方案，所述三个内圈钢球压嵌在测量柱的下端面上。

进一步地改进技术方案，所述千分表为扇形千分表。

进一步地改进技术方案，所述千分表的触头抵在测量柱上端面的中心位置上。

一种圆锥滚子球基面半径测量仪的测量方法，包括以下步骤：

S1：将测量仪放在标准平台上，使三个外圈钢球和三个内圈钢球同时与标准平台接触；将千分表的触头抵在测量柱的上端面上，并使触头具有一定的压缩量，然后调整表盘，使表针指示在零刻度位；

S2：将测量仪放在被测圆锥滚子的球基面上，并使三个外圈钢球和三个内圈钢球同时与被测圆锥滚子的球基面接触，然后记录表针指数L；

S3：由方程：（D1/2）²+X² =（D2/2）²+(X-L)²，求得X；

式中，D1为三个内圈钢球的球心所确定的圆的直径；D2为三个外圈钢球的球心所确定的圆的直径；X为球基面球心到三个外圈钢球球心所在平面的距离；

S4：由方程：（SR+sr）²=（D1/2）²+X²，求得SR；

式中，SR为球基面球半径；sr为外圈钢球或内圈钢球的球半径。

进一步地改进技术方案，还包括S5：选取SR为极限上差的圆锥滚子作为上差对比件，记录该上差对比件的表针指示数值L1；选取SR为极限下差的圆锥滚子为下差对比件，记录该下差对比件的表针指示数值L2；设被测的圆锥滚子的表针指示数值为L，当L1≤L≤L2时，则被测的圆锥滚子的球基面半径尺寸为合格，否则为不合格。

进一步地改进技术方案，通过轮廓仪选取上差对比件和下差对比件。

由于采用上述技术方案，相比背景技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的测量仪，利用球台的几何原理，巧妙地通过测量球台高度实现了对圆锥滚子球基面半径的测量，不需要对圆锥滚子的倾斜进行找正，也不需要对球基面的素线进行测量，具有结构简单、使用方便、测量精度高的优点。

本发明的测量方法，能够通过公式能够计算出圆锥滚子的球基面半径，并通过选取上下差对比件，快速地实现对圆锥滚子球基面半径的在线实时检测，具有可操作性强、检测效率高的优点。

本发明实现了对圆锥滚子球基面半径的100％检测，解决了行业内急需要解决的技术难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为圆锥滚子球基面半径SR与D1、D2、L的关系示意图。

图中：1、测量套；2、测量柱；3、扇形千分表；4、定位环板；5、内圈钢球；6、外圈钢球；7、标准平台；8、圆锥滚子；9、夹紧螺钉。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

一种圆锥滚子球基面半径测量仪，如图1所示，包括测量套1、测量柱2和扇形千分表3。其中，测量柱2为圆盘状，位于测量套1的下部，且与测量套1的内环面滑动配合连接。在测量柱2的下端面上均布设有三个同直径的内圈钢球5。在测量套1的下端面上连接有定位环板4，在定位环板4的下端面上均布设有三个同直径的外圈钢球6。内圈钢球5的直径与外圈钢球6的直径相同，同为3.969mm。为了保证测量精度，外圈钢球6与内圈钢球5同为淬硬钢球，且钢球的直径公差在0.00025mm（G10级轴承钢球）以内。为了简化连接结构，在定位环板4的下端面上钻有三个盲孔，三个外圈钢球6分别压嵌在定位环板4的三个盲孔中。同样的，在测量柱2的下端面上钻有三个盲孔，三个内圈钢球5分别压嵌在测量柱2的三个盲孔中。

测量柱2在测量套1内上下滑动时，三个内圈钢球5的球心所在的平面和三个外圈钢球6的球心所在的平面始终垂直于测量套1内环面的轴线，且三个内圈钢球5的球心所确定的圆的圆心与三个外圈钢球6的球心所确定的圆的圆心始终位于测量套1内环面的轴线上。

本实施例中的千分表为扇形千分表3，扇形千分表3的优点在于，表盘的刻度对称，便于表针指针的读取。扇形千分表3通过夹紧螺钉9固定在测量套1的上部，扇形千分表3的触头插入测量套1的内环面内，并抵在测量柱2上端面的中心位置上。由于测量套1与测量柱2之间不可避免地存在制造误差和配合间隙，致使测量柱2在测量套1内产生微量的摆动，扇形千分表3的触头抵在测量柱2上端面的中心位置上，能够平均掉测量柱2的摆动误差，使测量更加准确。

为了使提高测量精度，三个外圈钢球6的球心所确定的圆的直径与三个内圈钢球5的球心所确定的圆的直径之比，要尽可能的大。也就是说，三个外圈钢球6要与圆锥滚子球基面的最外侧球面接触，而三个内圈钢球5要与圆锥滚子球基面的最内外侧球面接触。通常，在圆锥滚子球基面的中心位置设有保持架穿孔。因此，在设计定位环板4时，应以所要测量的圆锥滚子球基面的最外侧球冠直径作为设计参考；在设计测量柱2时，应以该圆锥滚子球基面上的保持架穿孔的直径作为设计参考。

为了实现对圆锥滚子8球基面半径的测量，本发明还公开了本圆锥滚子8球基面半径测量仪的测量方法。在本测量仪中，已知外圈钢球6或内圈钢球5的球半径sr=1.9845mm。根据所要测量的圆锥滚子8球基面及保持架穿孔尺寸，确定三个内圈钢球5的球心所确定的圆的直径D1=20mm，三个外圈钢球6的球心所确定的圆的直径D2=50mm。三个内圈钢球5和三个外圈钢球6分别与被测量圆锥滚子8球基面的内外侧边缘接触。本实施例中，圆锥滚子8的球基面半径为SR，图纸要求：1470mm≤SR≤1500mm。

具体的，本测量方法包括以下步骤：

S1：将测量仪放在标准平台7上，使三个外圈钢球6和三个内圈钢球5同时与标准平台7接触；将扇形千分表3的触头抵在测量柱2的上端面中心位置上，并使触头具有一定的压缩量，然后调整表盘，使表针指示在-100刻度位上；将表针指示在-100μm刻度位上、而不是在0μm刻度位上，是因为扇形千分表3的量程为-100μm到100μm，如果将表针指示在0μm刻度位上，可能会造成测量超量程；

S2：将被测圆锥滚子8放在标准平台7，使球基面端向上；将测量仪放在被测圆锥滚子8的球基面上，并使三个外圈钢球6和三个内圈钢球5同时与被测圆锥滚子8的球基面接触，此时扇形千分表3表针指数为74.3μm，而实际上三个外圈钢球6与三个内圈钢球5之间的落差L=0.1743mm；

S3：由图2中的几何关系，可得到方程：

（D1/2）²+X² =（D2/2）²+(X-L)²，

式中，D1为三个内圈钢球5的球心所确定的圆的直径；D2为三个外圈钢球6的球心所确定的圆的直径；X为球基面球心到三个外圈钢球6球心所在平面的距离；

带入D1、D2、L求得X=1501.984mm；

S4：将X带入方程：

（SR+sr）²=（D1/2）²+X²，

式中，SR为球基面球半径；sr为外圈钢球6或内圈钢球5的球半径；

求得SR=1500mm，可知SR尺寸位于图纸公差带的下极限，为合格品；

S5：选取SR=1470mm的圆锥滚子8作为上差对比件，记录该上差对比件的表针指示数值为78.3μm；选取SR=1500mm的圆锥滚子8为下差对比件，记录该下差对比件的表针指示数值为74.3μm；当扇形千分表3的表针指示数值在74.3μm-78.3μm之间时，则被测圆锥滚子8的球基面半径尺寸为合格，否则为不合格。

当然，本发明也可以通过轮廓仪选取上差对比件和下差对比件，然后再通过本测量仪间接量取并记录上差对比件和下差对比件的表针指示数值，最后在线判别被测圆锥滚子8的表针指示数值是否在这个范围之间。

未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：包括测量套、测量柱和千分表；其中，测量柱位于测量套的内部，且与测量套的内环面滑动配合连接；在测量柱的下端面上均布设有三个同直径的内圈钢球，在测量套的下端面上均布设有三个同直径的外圈钢球，且内圈钢球的直径与外圈钢球的直径相同；三个内圈钢球的球心所在的平面和三个外圈钢球的球心所在的平面均垂直于测量套内环面的轴线，且三个内圈钢球的球心所确定的圆的圆心与三个外圈钢球的球心所确定的圆的圆心均位于测量套内环面的轴线上；千分表固定在测量套的上部，且千分表的触头抵在测量柱的上端面上。

2.如权利要求1所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：在圆锥滚子球基面的中心位置设有保持架穿孔；所述三个内圈钢球与所述圆锥滚子球基面的内侧球面接触，所述三个外圈钢球与所述圆锥滚子球基面的外侧球面接触。

3.如权利要求1所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：在测量套的下端面连接有定位环板，所述三个外圈钢球设在定位环板的下端面上。

4.如权利要求3所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：所述三个外圈钢球压嵌在定位环板的下端面上。

5.如权利要求1所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：所述三个内圈钢球压嵌在测量柱的下端面上。

6.如权利要求1所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：所述千分表为扇形千分表。

7.如权利要求1所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪，其特征是：所述千分表的触头抵在测量柱上端面的中心位置上。

8.一种圆锥滚子球基面半径测量仪的测量方法，其特征是：包括以下步骤：

S1：将测量仪放在标准平台上，使三个外圈钢球和三个内圈钢球同时与标准平台接触；将千分表的触头抵在测量柱的上端面上，并使触头具有一定的压缩量，然后调整表盘，使表针指示在零刻度位；

S2：将测量仪放在被测圆锥滚子的球基面上，并使三个外圈钢球和三个内圈钢球同时与被测圆锥滚子的球基面接触，然后记录表针指数L；

S3：由方程：（D1/2）²+X² =（D2/2）²+(X-L)² ，求得X；

式中，D1为三个内圈钢球的球心所确定的圆的直径；D2为三个外圈钢球的球心所确定的圆的直径；X为球基面球心到三个外圈钢球球心所在平面的距离；

S4：由方程：（SR+sr）²=（D1/2）²+X²，求得SR；

式中，SR为球基面球半径；sr为外圈钢球或内圈钢球的球半径。

9.如权利要求8所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪的测量方法，其特征是：还包括S5：选取SR为极限上差的圆锥滚子作为上差对比件，记录该上差对比件的表针指示数值L1；选取SR为极限下差的圆锥滚子为下差对比件，记录该下差对比件的表针指示数值L2；设被测的圆锥滚子的表针指示数值为L，当L1≤L≤L2时，则被测的圆锥滚子的球基面半径尺寸为合格，否则为不合格。

10.如权利要求9所述的一种圆锥滚子球基面半径测量仪的测量方法，其特征是：通过轮廓仪选取上差对比件和下差对比件。

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