CN113587817A - 滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法 - Google Patents

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CN113587817A CN202111001616.7A CN202111001616A CN113587817A CN 113587817 A CN113587817 A CN 113587817A CN 202111001616 A CN202111001616 A CN 202111001616A CN 113587817 A CN113587817 A CN 113587817A
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Abstract

本发明公开了一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法，属于检测设备技术领域，本发明包括基座、集成在基座上的直线尺规和位移机构；位移机构具有能够平行于直线尺规往复位移的滑块，滑块具有能够与其随动的导向结构；导向结构一端装设有与直线尺规保持滚动接触的滚轮轴承，另一端布设有二维光栅编码器；检测状态下，驱动滑块位移带动导向结构联动，使二维光栅编码器绘制滚轮轴承在直线尺规上滚动时的径向跳动曲线和圆心运动不重合曲线，本发明具有能够直观、快捷，同时能够连续同步地获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，结构简单，使用方便，检测精度高的有益效果。

Description

滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法。
背景技术
滚轮轴承外圈径向跳动是判断轴承旋转精度的重要参数指标，现有技术中滚轮轴承外圈径向跳动检测技术大多是固定轴承内圈，内圈圆心静止，在过圆心的直线方向上采用位移测量装置，测量外圈外表面在外圈不同的角位置，相对内圈一固定点间的最大与最小径向距离之差，该方法可获得外圈径向跳动值(或称外圈滚动半径变化差值)最大范围，但该方法存在以下缺点：
1)该方法无法获得整个外圈上相对于内圈圆心的不同的角位置径向距离分布曲线(或称外圈滚动半径随内圈圆心角度的变化规律)，当采用千分表时获取连续数据较为困难，若采用长度计时只能测得跳动值的变化量，引起跳动值变化的滚轮旋转角度无法同步实时获得；
2)由于滚轮轴承存在游隙，滚轮轴承在一段距离上重复滚动时，内圈圆心(内圈用于安装固定滚轮轴承)的运动轨迹存在不重合现象，无法在检测滚轮轴承外圈径向跳动曲线时同步获取内圈圆心运动轨迹不重合曲线；
所以，就以上问题，本发明提供一种能够直观、快捷，同时能够连续同步地获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，结构简单，使用方便，检测精度高的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法是必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，检测时能够直观、快捷，同时能够连续同步地获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，结构简单，使用方便，检测精度高。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，包括：基座、集成在基座上的直线尺规和位移机构；
位移机构具有能够平行于直线尺规往复位移的滑块，滑块具有能够与其随动的导向结构；
导向结构一端装设有与直线尺规保持滚动接触的滚轮轴承，另一端布设有二维光栅编码器；
检测状态下，驱动滑块位移带动导向结构联动，使二维光栅编码器绘制滚轮轴承在直线尺规上滚动时的径向跳动曲线和圆心运动不重合曲线。
进一步的，导向结构垂直于直线尺规设置于滑块上方。
进一步的，导向结构包括与滑块固连的导向块和与导向块滑动连接的导杆；
导杆一端通过连接件固连有滚轮轴承，导杆另一端装设有二维光栅编码器。
进一步的，导向块和导杆之间装设有弹性部件，用于对滚轮轴承施加载荷并使滚轮轴承与直线尺规保持接触。
进一步的，导向块固连有第一凸块，导杆固连有第二凸块，弹性部件一端与第一凸块连接，另一端与第二凸块连接。
进一步的，第二凸块上装设有弹力调节机构，用于驱动弹性部件弹性变形。
进一步的，弹力调节机构包括装设在第二凸块上的调节杆和与弹性部件连接的定位块，调节杆与定位块螺纹连接。
进一步的，二维光栅编码器包括二维光栅编码器读数头和固连在基座上表面的二维栅；
导向结构上固连有二维光栅编码器读数头，二维光栅编码器读数头与二维光栅间隙配合。
进一步的，位移机构具有与滑块滑动连接的滑轨，滑轨的直线度不大于1μm。
滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测方法，使用上述的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置；
该检测方法包括以下步骤：
步骤A：提供滚轮轴承；
步骤A1：将滚轮轴承水平放置，滚轮轴承的内圈固定于导向结构上，滚轮轴承的外圈与直线尺规侧壁接触；
步骤A2：同步获取滚轮承轴外圈径向跳动曲线和内圈圆心运动不重合曲线；
步骤A2.1：获取滚轮承轴外圈径向跳动曲线；
驱动滑块带动导向结构平行于直线尺规位移，从而使导向结构联动，二维光栅编码器绘制滚轮轴承外圈径向跳动曲线；
步骤A2.1.1：根据步骤A2.1的曲线变化规律，曲线中P1点的发生于外圈最大径向移动位置，P2发生于外圈最小径向移动位置，由此计算出滚轮轴承外圈的径向跳动值为P＝P1-P2；
步骤A2.2：获取滚轮承轴内圈圆心运动不重合曲线；
驱动滑块带动导向结构平行于直线尺规至少往复位移两次，滚轮轴承外圈在铅锤平面上逆时针或顺时针的游隙作用下，获取多条不重合的滚轮轴承外圈在滚动过程中内圈圆心的运动轨迹曲线；
步骤A2.2.1：根据步骤A2.2的曲线变化规律，滚轮承轴内圈圆心运动不重合曲线，其分布区间在正向偏摆最大时A1所在曲线与反向偏摆最大时A2所在曲线之间，由此计算出滚轮承轴内圈圆心运动不重合曲线不重合度为A＝A1-A2。
在上述技术方案中，本发明提供的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法；
有益效果，利用该滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法，实现了直观、快捷，并能够连续同步地获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，结构简单，使用方便，检测精度高，另外，该检测装置，利用同一个高精度的滚轮轴承作为标准，可以校验、评估多个二维光栅编码器，补偿二维光栅编码器读数误差，有利于提高二维光栅编码器精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置的轴测图；
图2是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置的主视图；
图3是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置的局部放大图；
图4是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置沿X轴、Y轴运动示意图；
图5是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置二维光栅编码器绘制的滚轮轴承径向跳动曲线；
图6是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置滚轮轴承游隙状态示意图；
图7是本发明公开的一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置二维光栅编码器绘制的滚轮轴承内圈圆心运动不重合曲线。
附图标记说明：
1、基座；2、直线尺规；3、滑块；4、滑轨；5、导向结构；501、导向块；502、导杆；503、连接件；6、弹性部件；7、定位块；8、调节杆；9、二维光栅编码器；901、二维光栅编码器读数头；902、二维光栅；10、滚轮轴承。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1-2所示；
发明一种滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，包括：
基座1、集成在基座1上的直线尺规2和位移机构；具体的，基座1为现有技术中精密大理石台面，直线尺规2为现有技术中精密直线尺规，基座1上表面沿X轴方向固连有直线尺规2和位移机构，且直线尺规2和位移机构相互平行；优选的位移机构包括滑块3和滑轨4，滑轨4的直线度不大于1μm，滑轨4与基座1固定连接，滑轨4上滑动连接有滑块3，
滑块3能够平行于直线尺规2往复位移，滑块3上装设有能够与其随动的导向结构5，导向结构5一端装设有与直线尺规2保持滚动接触的滚轮轴承10，另一端布设有二维光栅编码器9；
检测状态下，驱动滑块3位移带动导向结构5联动，使二维光栅编码器9绘制滚轮轴承10在直线尺规2上滚动时的径向跳动曲线和圆心运动不重合曲线。
该检测装置，通过滑块3实现了带动滚轮轴承10沿X轴方向一级位移，导向结构5跟随滑块3位移的同时，导向结构5一端通过滚轮轴承10的外圈与直线尺规2保持滚动接触，外圈在滚动过程中的径向变化使导向结构5在沿Y轴方向发生往复随动，即实现了滚轮轴承10沿Y轴方向二级位移，并且通过导向结构5能够实时地将滚轮轴承10外圈径向变化量传递给二维光栅编码器9，进而，通过过二维光栅编码器9能够直观、快捷、同步地连续获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，优选的二维光栅编码器9包括二维光栅编码器读数头901和二维光栅902，基座1上表面固连有二维光栅902，导向结构5位于二维光栅902上方固连有二维光栅编码器读数头901；二维光栅编码器读数头901与二维光栅902间隙配合，从而发生相对移动时输出X、Y方向数据，二维光栅编码器读数头901与外部读取设备(未示出)连接，外部读取设备通过二维光栅编码器读数头901读取曲线数据、并实现数据处理和合成曲线的显示；
优选的，导向结构5垂直于直线尺规2设置于滑块3上方。检测时，驱动滑块3位移，导向结构5跟随滑块3做垂直于直线尺规2往复位移运动，从在X轴和Y轴坐标系中获得类似于正弦曲线的波浪形曲线，方便测量曲线波峰和波谷间距，提高测量精度；
参见图1所示，优选的，导向结构5包括与滑块3固连的导向块501和与导向块501滑动连接的导杆502；
导杆502一端通过连接件503固连有滚轮轴承10，导杆502另一端装设有二维光栅编码器9。
具体的，连接件503可以是现有技术中的螺钉，螺钉穿过滚轮轴承10的内圈中心孔与导杆502螺纹连接，从而使滚轮轴承10的内圈固定于导杆502上，保证滚轮轴承10外圈滚动时内圈在导杆502上的中心位置不变；
检测时，参见图1、4所示，滑块3沿X轴位移，滚轮轴承10外圈在直线尺规2侧壁上滚动位移，导杆502随着滚轮轴承10外圈滚动位移产生Y轴方向浮动地往复位移，从而使导杆502末端的二维光栅编码器9绘制连续的类似于正弦曲线的曲线；
参见图2-3所示，优选的，导向块501和导杆502之间装设有弹性部件6，用于对滚轮轴承10施加载荷并使滚轮轴承10与直线尺规2保持接触。
具体的，弹性部件6为现有技术中的拉伸弹簧，当然，弹性部件6也可以是现有技术中其它能够提供弹力的弹簧或装置，能够实现对滚轮轴承10施加载荷并使滚轮轴承10与直线尺规2保持接触即可，本实施例中以弹性部件6为拉伸弹簧为例，通过拉伸弹簧收缩使滚轮轴承10与直线尺规2保持接触、同时对滚轮轴承10施加载荷，使滚轮轴承10模拟承受载荷作用力的情况下获得真实的外圈径向跳动曲线和内圈圆心运动不重合曲线，进一步提高了测量精度；
参见图1所示，优选的，导向块501固连有第一凸块，导杆502固连有第二凸块，弹性部件6一端与第一凸块连接，另一端与第二凸块连接。
具体的，导向块501远离直线尺规2端固连有第一凸块，导杆502位于二维光栅编码器9端固连有第二凸块，弹性部件6连接在第一凸块连接和第二凸块之间，弹性部件6收缩，拉近第一凸块连接和第二凸块之间的间距，从而驱动导杆502朝向直线尺规2方向位移、并对滚轮轴承10施加载荷作用力；
参见图1所示，优选的，第二凸块上装设有弹力调节机构，用于驱动弹性部件6弹性变形。
具体的，导杆502上布设有驱动弹性部件6弹性变形的弹力调节机构，通过弹力调节机构改变弹性部件6弹性变形量，使弹性部件6产生不同的弹性力，进而实现对滚轮轴承10施加不同的载荷作用力，便于在不同的载荷作用力下获取外圈径向跳动曲线和内圈圆心运动不重合曲线；优选的，弹力调节机构包括装设在第二凸块上的调节杆8和与弹性部件6连接的定位块7，调节杆8与定位块7螺纹连接，调节杆8可以是现有技术中内六角螺栓，通过旋转调节杆8，改变调节杆8与定位块7旋合长度拉伸弹性部件6变形来改变弹力值。
滚轮轴承径向跳动和圆心运动不重合曲线检测方法，使用上述滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置；
该检测方法包括以下步骤：
步骤A：提供滚轮轴承10；
步骤A1：将滚轮轴承10水平放置，滚轮轴承10的内圈固定于导向结构5上，滚轮轴承10的外圈与直线尺规2侧壁接触；
步骤A2：同步获取滚轮承轴外圈径向跳动曲线和内圈圆心运动不重合曲线；
步骤A2.1：获取滚轮承轴外圈径向跳动曲线；
驱动滑块3带动导向结构5平行于直线尺规2位移，从而使导向结构5联动，二维光栅编码器9绘制滚轮轴承10外圈径向跳动曲线；
具体的，驱动滑块3位移的方式可以采用设备或人工手动驱动，滑块3带动导向结构5沿X轴位移，滚轮轴承10外圈沿直线尺规2滚动位移，滚动时外圈径向跳动变化量使导向结构5沿Y轴往复位移，并同步通过导向结构5将滚轮轴承10外圈径向跳动变化量传动给二维光栅编码器9，此时，二维光栅编码器读数头901跟随滚轮轴承10沿X方向移动，二维光栅编码器读数头901与二维光栅902在X方向发生相对移动，输出X方向坐标数据；此时，若滚轮轴承10若存在偏心必将引起导向结构5的导杆502沿Y方向滑动，从而带动二维光栅编码器读数头901沿Y方向移动，二维光栅编码器读数头901与二维光栅902在Y方向发生相对移动，输出Y方向坐标数据，进一步可知，由于滚轮轴承10存在径向跳动，当二维光栅编码器读数头901沿X方向运动时，滚轮轴承10轴心与二维光栅编码器读数头901必然一起在Y方向上做周期性(滚轮轴承10滚动360°为一个周期)往复运动，二维光栅编码器读数头901将沿X、Y方向上读取的数据输送到外部读取设备，外部读取设备集成有PLC控制系统，PLC控制系统连接有显示屏，PLC控制系统将处理后的数据以X轴为角度变化量，Y轴为位移变化量，绘制成具有周期性变化的曲线输出到显示屏上，如图5所示。
步骤A2.1.1：根据步骤A2.1的曲线变化规律，曲线中P1点的发生于外圈最大径向移动位置，P2发生于外圈最小径向移动位置，由此计算出滚轮轴承10外圈的径向跳动值为P＝P1-P2；
步骤A2.2：获取滚轮承轴内圈圆心运动不重合曲线；
驱动滑块3带动导向结构5平行于直线尺规2至少往复位移两次，滚轮轴承10外圈在铅锤平面上逆时针或顺时针的游隙作用下，获取多条不重合的滚轮轴承10外圈在滚动过程中内圈圆心的运动轨迹曲线；
具体的，如图6所示，在滚轮轴承10滚动过程中会伴随着游隙现象产生，在一定的载荷下游隙会对滚轮轴承10内圈轴心的运动轨迹产生影响。虚线框表示滚轮轴承10处在偏摆的极限位置，b表示按图示位置顺时针的最大偏摆角度，如图7所示，a表示按图示位置逆时针的最大偏摆角度，当滚轮轴承10沿X方向运动时会在极限偏摆角度a、b之间存在微弱的摆动，该摆动幅值的变化必然引起滚轮轴承10在滚动过程中内圈圆心的运动轨迹发生变化，为了获得该轨迹连续的变化规律，采用二维光栅编码器9测量X、Y方向数据，并根据此来绘制曲线，能够直观的看到滚轮轴承10内圈圆心的运动轨迹。进一步，这种微弱摆动的不确定性会导致多次行程(去程、回程)的曲线叠放在同一坐标系时存在不完全重合现象，即得到滚轮承轴内圈圆心运动不重合曲线，如图7所示；
步骤A2.2.1：根据步骤A2.2的曲线变化规律，滚轮承轴10内圈圆心运动不重合曲线，其分布区间在正向偏摆最大时A1所在曲线与反向偏摆最大时A2所在曲线之间，由此计算出滚轮承轴10内圈圆心运动不重合曲线不重合度为A＝A1-A2。
有益效果，利用该滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置及其检测方法，实现了直观、快捷，并能够连续同步地获取滚轮轴承外圈径向跳动量变化曲线和内圈圆心运动不重合曲线，结构简单，使用方便，检测精度高，另外，该检测装置，利用同一个高精度的滚轮轴承作为标准，可以校验、评估多个二维光栅编码器，补偿二维光栅编码器读数误差，有利于提高二维光栅编码器精度。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于，包括：
基座(1)、集成在基座(1)上的直线尺规(2)和位移机构；
位移机构具有能够平行于直线尺规(2)往复位移的滑块(3)，滑块(3)具有能够与其随动的导向结构(5)；
导向结构(5)一端装设有与直线尺规(2)保持滚动接触的滚轮轴承(10)，另一端布设有二维光栅编码器(9)；
检测状态下，驱动滑块(3)位移带动导向结构(5)联动，使二维光栅编码器(9)绘制滚轮轴承(10)在直线尺规(2)上滚动时的径向跳动曲线和圆心运动不重合曲线。
2.根据权利要求1的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
导向结构(5)垂直于直线尺规(2)设置于滑块(3)上方。
3.根据权利要求1或2的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
导向结构(5)包括与滑块(3)固连的导向块(501)和与导向块(501)滑动连接的导杆(502)；
导杆(502)一端通过连接件(503)固连有滚轮轴承(10)，导杆(502)另一端装设有二维光栅编码器(9)。
4.根据权利要求3的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
导向块(501)和导杆(502)之间装设有弹性部件(6)，用于对滚轮轴承(10)施加载荷并使滚轮轴承(10)与直线尺规(2)保持接触。
5.根据权利要求4的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
导向块(501)固连有第一凸块，导杆(502)固连有第二凸块，弹性部件(6)一端与第一凸块连接，另一端与第二凸块连接。
6.根据权利要求5的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
第二凸块上装设有弹力调节机构，用于驱动弹性部件(6)弹性变形。
7.根据权利要求6的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
弹力调节机构包括装设在第二凸块上的调节杆(8)和与弹性部件(6)连接的定位块(7)，调节杆(8)与定位块(7)螺纹连接。
8.根据权利要求1的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
二维光栅编码器(9)包括二维光栅编码器读数头(901)和固连在基座(1)上表面的二维光栅(902)；
导向结构(5)上固连有二维光栅编码器读数头(901)，二维光栅编码器读数头(901)与二维光栅(902)间隙配合。
9.根据权利要求1的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
位移机构具有与滑块(3)滑动连接的滑轨(4)，滑轨(4)的直线度不大于1μm。
10.滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测方法，使用权要求1-9任一项的滚轮轴承径向跳动和圆心运动曲线检测装置，其特征在于；
该检测方法包括以下步骤：
步骤A：提供滚轮轴承(10)；
步骤A1：将滚轮轴承(10)水平放置，滚轮轴承(10)的内圈固定于导向结构(5)上，滚轮轴承(10)的外圈与直线尺规(2)侧壁接触；
步骤A2：同步获取滚轮承轴(10)外圈径向跳动曲线和内圈圆心运动不重合曲线；
步骤A2.1：获取滚轮承轴(10)外圈径向跳动曲线；
驱动滑块(3)带动导向结构(5)平行于直线尺规(2)位移，从而使导向结构(5)联动，二维光栅编码器(9)绘制滚轮轴承(10)外圈径向跳动曲线；
步骤A2.1.1：根据步骤A2.1的曲线变化规律，曲线中P1点的发生于外圈最大径向移动位置，P2发生于外圈最小径向移动位置，由此计算出滚轮轴承(10)外圈的径向跳动值为P＝P1-P2；
步骤A2.2：获取滚轮承轴(10)内圈圆心运动不重合曲线；
驱动滑块(3)带动导向结构(5)平行于直线尺规(2)至少往复位移两次，滚轮轴承(10)外圈在铅锤平面上逆时针或顺时针的游隙作用下，获取多条不重合的滚轮轴承(10)外圈在滚动过程中内圈圆心的运动轨迹曲线；
步骤A2.2.1：根据步骤A2.2的曲线变化规律，滚轮承轴(10)内圈圆心运动不重合曲线，其分布区间在正向偏摆最大时A1所在曲线与反向偏摆最大时A2所在曲线之间，由此计算出滚轮承轴(10)内圈圆心运动不重合曲线不重合度为A＝A1-A2。
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