CN114235403A - 一种测量四点角接触球轴承接触角的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量四点角接触球轴承接触角的装置及方法。现有接触角测量装置测量精度低、不准确，且难以一次性测量双面接触角。本发明测量装置包括加载装置、承载装置和驱动装置；加载装置包括作用体一、作用体二、弹簧套筒和作用杆；承载装置包括底板一、底板二、固定圆台、推力球轴承、承载台、深沟球轴承和主轴。本发明测量方法：将四点角接触球轴承的内圈固定不动，让外圈和保持架转动，通过测量外圈和保持架转速，再结合各钢珠所处节圆的直径和钢珠直径得到四点角接触球轴承两面的接触角。本发明能在一次性安装后不再拆、装四点角接触球轴承的前提下先后测得四点角接触球轴承两面的接触角，测量精度高。

Description

一种测量四点角接触球轴承接触角的装置及方法

技术领域

本发明属于四点角接触球轴承技术领域，具体涉及一种结构简单、精度高的测量四点角接触球轴承接触角的装置及方法。

背景技术

四点角接触球轴承是可分离型结构，单个轴承可代替正面组合或背面组合的角接触球轴承。因此它作为机械设备中的基础部件之一被广泛使用在航空航天、工业生产、交通运输等众多领域。其接触角的大小及一致性对于整个轴系的刚度、旋转精度及使用寿命有着重要影响，在相关标准中对接触角的大小有明确要求和规定。已有的接触角测量装置测量精度低、不准确，且难以一次性测量双面接触角。因此，设计一种可以准确地测量四点角接触球轴承接触角大小的装置对于生产实践很有意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种测量四点角接触球轴承接触角的装置及方法，来准确测量四点角接触球轴承(不考虑薄壁四点角接触球轴承)的接触角。

本发明一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，包括加载装置、承载装置和驱动装置。所述的加载装置包括作用体一、作用体二、弹簧套筒和作用杆；所述的作用体一与弹簧套筒通过螺栓和螺母固定连接；作用体一和作用体二的螺纹孔通过双头螺柱固定连接；所述的作用杆穿过透盖；作用杆底端一体成型的凸台与弹簧套筒的中心孔构成圆柱副，并由透盖限位；且凸台与弹簧套筒通过弹簧连接；所述的透盖与弹簧套筒顶端固定；作用杆的螺纹段与支持架开设的螺纹孔构成螺旋副。所述的承载装置包括底板一、底板二、固定圆台、推力球轴承、承载台、深沟球轴承和主轴；所述的固定圆台和支持架均固定在底板二上；所述的底板二通过立柱固定在底板一上；固定圆台的中心处开设有阶梯孔，所述的主轴通过两个深沟球轴承和一个推力球轴承支承在固定圆台的阶梯孔内；所述的承载台与主轴顶端通过螺栓和螺母固定连接；承载台的中心处开设有阶梯孔，作用体二置于承载台的阶梯孔内；所述的主轴由驱动装置驱动旋转；作用体一和作用体二均设有不同外径规格的多个，承载台设有不同阶梯孔孔径规格的多个；所述的支持架上固定有光电传感器。

优选地，所述作用杆的侧部设有一体成型的方杆，转动把手开设的方孔套置在作用杆的方杆上。

优选地，所述深沟球轴承和推力球轴承的外圈均与固定圆台的阶梯孔过盈配合，内圈均与主轴间隙配合。

优选地，所述的驱动装置包括电机、小齿轮和大齿轮；所述的电机固定在底板一上；所述的小齿轮固定在电机的输出轴上；所述的大齿轮固定在主轴上，并与小齿轮啮合。

更优选地，所述大齿轮与主轴的固定方式为：大齿轮套置在主轴上，一端与主轴的轴段接触，另一端由固定圆片压紧；所述固定圆片的螺纹孔与主轴端部的外螺纹连接。

本发明一种测量四点角接触球轴承接触角的方法，具体如下：

步骤一：根据被测轴承外圈选择相应孔径规格的承载台，根据被测轴承内圈选择相应外径规格的作用体一和作用体二；然后，将固定圆台固定不动，将主轴支承在固定圆台上，承载台固定在主轴顶端，将双头螺柱的一端与作用体二的螺纹孔连接，被测轴承穿过双头螺柱的另一端；接着，将被测轴承外圈与承载台的阶梯孔过盈配合；再接着，将作用体一的螺纹孔与双头螺柱未连接作用体二的一端连接，使被测轴承置于作用体一和作用体二之间；随后，将弹簧套筒与作用体一固定，将作用杆穿过透盖，将作用杆底端一体成型的凸台与弹簧套筒构成圆柱副，且凸台与弹簧套筒通过弹簧连接；透盖与弹簧套筒顶端固定；最后，将作用杆的螺纹段与支持架构成螺旋副，将支持架固定不动，将光电传感器固定在支持架上。

步骤二：旋转作用杆，使作用杆压缩弹簧，从而使弹簧套筒经作用体一施加预设压力给被测轴承内圈上端面。

步骤三：在被测轴承内、外圈径向对齐的位置处均做记号，通过驱动装置驱动主轴正转一圈，则主轴经承载台带动被测轴承外圈正转一圈；然后，驱动装置驱动主轴带动被测轴承外圈反转一圈。

步骤四：检查被测轴承内、外圈上的记号是否错位，若发生错位，则旋转作用杆，按预设步长增大作用体一施加给被测轴承内圈上端面的压力，然后擦除被测轴承内、外圈原先的记号，回到步骤三；若被测轴承内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步。

步骤五：在被测轴承的保持架端面贴一个反光标记；然后，驱动装置驱动主轴转动，光电传感器通过被测轴承保持架上的反光标记测量被测轴承保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承上端面接触角的大小。

步骤六：旋转作用杆，使作用杆施加向上的压力给透盖，透盖再经弹簧套筒、作用体一、双头螺柱和作用体二给被测轴承内圈下端面施加预设压力。

步骤七：擦除被测轴承内、外圈原先的记号，重复一次步骤三。

步骤八：检查被测轴承内、外圈上的记号是否错位，若发生错位，则旋转作用杆，按预设步长增大作用体二对被测轴承内圈下端面的压力，然后回到步骤七；若被测轴承内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步。

步骤九：驱动装置驱动主轴转动，光电传感器通过被测轴承保持架上的反光标记测量被测轴承保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承下端面接触角的大小。

优选地，所述的球轴承接触角计算公式如下：

即：

其中，α为接触角，D_pw为各钢珠所处节圆的直径，D_w为钢珠直径，n_c为保持架转速，n_o为球轴承外圈转速。

更优选地，所述球轴承接触角计算公式的推导过程如下：

球轴承内圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_i为球轴承内圈沟道的角速度。

球轴承外圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_o为球轴承外圈沟道的角速度。

保持架在各钢珠所处节圆处的线速度为：

其中，ω_c为保持架的角速度。

又根据

其中，n_i为球轴承内圈沟道的转速，

得：

在保持架不发生打滑的情况下，保持架在各钢珠所处节圆处的线速度是球轴承内、外圈沟道接触点线速度的平均值，即：

而球轴承内圈不动时，有v_i＝0，则得到：

将式(6)、式(7)和式(9)联立，得：

本发明与现有技术相比，具有以下有益结果：

1.本发明能在一次性安装后不再拆、装四点角接触球轴承的前提下先后测得四点角接触球轴承两面的接触角，测量精度高。而且，本发明整体结构简单，操作简易，实验可重复性好。

2.本发明将四点角接触球轴承的内圈固定不动，让外圈和保持架转动，基于此实验条件提出计算简便、准确性又高的四点角接触球轴承接触角计算公式，通过测量外圈和保持架转速，再结合各钢珠所处节圆的直径和钢珠直径便能快速、准确得到四点角接触球轴承两面的接触角。

3.本发明的加载装置采用弹簧加载，可以有效减弱驱动装置或外界因素所引起的各种震动影响，加载力稳定。

4.本发明的驱动装置使用齿轮传动，可以保证稳定传动比及传动力矩。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中主轴、承载台和固定圆台的装配剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，包括加载装置、承载装置和驱动装置。加载装置包括作用体一12、作用体二18、弹簧套筒13和作用杆14；作用体一12与弹簧套筒13通过螺栓和螺母固定连接；作用体一12和作用体二18的螺纹孔通过双头螺柱固定连接；作用杆14穿过透盖；作用杆14底端一体成型的凸台与弹簧套筒13的中心孔构成圆柱副，并由透盖限位；且凸台与弹簧套筒13通过弹簧连接；透盖与弹簧套筒13顶端固定；作用杆14的螺纹段与支持架16开设的螺纹孔构成螺旋副。承载装置包括底板一1、底板二9、固定圆台7、推力球轴承8、承载台10、深沟球轴承17和主轴6；固定圆台7和支持架16均固定在底板二9上；底板二9通过立柱固定在底板一1上；固定圆台7的中心处开设有阶梯孔，主轴6通过两个深沟球轴承17和一个推力球轴承8支承在固定圆台7的阶梯孔内，深沟球轴承17给主轴6提供径向支承，且推力球轴承8给主轴6提供轴向支承；承载台10与主轴6顶端通过螺栓和螺母固定连接；承载台10的中心处开设有阶梯孔，作用体二18置于承载台10的阶梯孔内；主轴6由驱动装置驱动旋转；作用体一12和作用体二18均设有不同外径规格的多个，承载台10设有不同阶梯孔孔径规格的多个。将被测轴承11套在双头螺柱上，并由作用体一12和作用体二18夹紧内圈两端，由承载台10固定外圈；支持架16上固定有光电传感器(光电传感器输出信号给处理器进行处理)，用于感应贴在被测轴承11保持架上的反光标记。

作为一个优选实施例，作用杆14侧部设有一体成型的方杆，转动把手15开设的方孔套置在作用杆14的方杆上。

作为一个优选实施例，深沟球轴承17和推力球轴承8的外圈均与固定圆台7的阶梯孔过盈配合，内圈均与主轴6间隙配合。

作为一个优选实施例，驱动装置包括电机2、小齿轮4和大齿轮5；电机2固定在底板一1上；小齿轮4固定在电机的输出轴上；大齿轮5固定在主轴6上，并与小齿轮4啮合。

作为一个更优选实施例，大齿轮5与主轴6的固定方式为：大齿轮5套置在主轴6上，一端与主轴6的轴段接触，另一端由固定圆片3压紧；固定圆片3的螺纹孔与主轴6端部的外螺纹连接，实现固定。

如图1和2所示，一种测量四点角接触球轴承接触角的方法，具体如下：

步骤一：根据被测轴承11外圈选择相应孔径规格的承载台10，根据被测轴承11内圈选择相应外径规格的作用体一12和作用体二18；然后，将固定圆台7固定不动，将主轴6支承在固定圆台7上，承载台10固定在主轴6顶端，将双头螺柱的一端与作用体二18的螺纹孔连接，被测轴承11穿过双头螺柱的另一端；接着，将被测轴承11外圈与承载台10的阶梯孔过盈配合；再接着，将作用体一12的螺纹孔与双头螺柱未连接作用体二18的一端连接，使被测轴承11置于作用体一12和作用体二18之间；随后，将弹簧套筒13与作用体一12固定，将作用杆14穿过透盖，将作用杆14底端一体成型的凸台与弹簧套筒13构成圆柱副，且凸台与弹簧套筒13通过弹簧连接；透盖与弹簧套筒13顶端固定；最后，将作用杆14的螺纹段与支持架16构成螺旋副，将支持架16固定不动，将光电传感器固定在支持架16上。

步骤二：旋转作用杆14，使作用杆14压缩弹簧，从而使弹簧套筒13经作用体一12施加预设压力给被测轴承11内圈上端面。

步骤三：在被测轴承11内、外圈径向对齐的位置处均做记号，通过驱动装置驱动主轴6正转一圈，则主轴6经承载台10带动被测轴承11外圈正转一圈；然后，驱动装置驱动主轴6带动被测轴承11外圈反转一圈。

步骤四：检查被测轴承11内、外圈上的记号是否错位，若发生错位(如果给内圈的预设压力不够大，随着被测轴承11外圈的转动，内圈会因为摩擦力发生转动，从而发生错位)，则旋转作用杆14，按预设步长增大作用体一12施加给被测轴承11内圈上端面的压力，然后擦除被测轴承11内、外圈原先的记号，回到步骤三；若被测轴承11内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步。

步骤五：在被测轴承11的保持架端面贴一个反光标记；然后，驱动装置驱动主轴6转动，光电传感器通过被测轴承11保持架上的反光标记测量被测轴承11保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承11上端面接触角α₁的大小。

步骤六：旋转作用杆14，使作用杆14施加向上的压力给透盖，透盖再经弹簧套筒13、作用体一12、双头螺柱和作用体二18给被测轴承11内圈下端面施加预设压力。

步骤七：擦除被测轴承11内、外圈原先的记号，重复一次步骤三。

步骤八：检查被测轴承11内、外圈上的记号是否错位，若发生错位，则旋转作用杆14，按预设步长增大作用体二18对被测轴承11内圈下端面的压力，然后回到步骤七；若被测轴承11内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步。

步骤九：驱动装置驱动主轴6转动，光电传感器通过被测轴承11保持架上的反光标记测量被测轴承11保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承11下端面接触角α₂的大小。

作为一个优选实施例，球轴承接触角计算公式如下：

即：

其中，α为接触角，D_pw为各钢珠所处节圆的直径，D_w为钢珠直径，n_c为保持架转速，n_o为球轴承外圈转速(等于主轴6的转速，可通过设定驱动装置中的电机2转速得到)。由于D_pw和D_w均为已知量，而n_c经过测量得到，n_o自行设定，因此，α可根据上述公式求得。

作为一个更优选实施例，球轴承接触角计算公式的推导过程如下：

球轴承内圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_i为球轴承内圈沟道的角速度。

球轴承外圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_o为球轴承外圈沟道的角速度。

保持架在各钢珠所处节圆处的线速度为：

其中，ω_c为保持架的角速度。

又根据

其中，n_i为球轴承内圈沟道的转速，

得：

在保持架不发生打滑的情况下，保持架在各钢珠所处节圆处的线速度是球轴承内、外圈沟道接触点线速度的平均值，即：

而球轴承内圈不动时，有v_i＝0，则得到：

将式(6)、式(7)和式(9)联立，得：

Claims (8)

1.一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，包括加载装置、承载装置和驱动装置，其特征在于：所述的加载装置包括作用体一、作用体二、弹簧套筒和作用杆；所述的作用体一与弹簧套筒通过螺栓和螺母固定连接；作用体一和作用体二的螺纹孔通过双头螺柱固定连接；所述的作用杆穿过透盖；作用杆底端一体成型的凸台与弹簧套筒的中心孔构成圆柱副，并由透盖限位；且凸台与弹簧套筒通过弹簧连接；所述的透盖与弹簧套筒顶端固定；作用杆的螺纹段与支持架开设的螺纹孔构成螺旋副；所述的承载装置包括底板一、底板二、固定圆台、推力球轴承、承载台、深沟球轴承和主轴；所述的固定圆台和支持架均固定在底板二上；所述的底板二通过立柱固定在底板一上；固定圆台的中心处开设有阶梯孔，所述的主轴通过两个深沟球轴承和一个推力球轴承支承在固定圆台的阶梯孔内；所述的承载台与主轴顶端通过螺栓和螺母固定连接；承载台的中心处开设有阶梯孔，作用体二置于承载台的阶梯孔内；所述的主轴由驱动装置驱动旋转；作用体一和作用体二均设有不同外径规格的多个，承载台设有不同阶梯孔孔径规格的多个；所述的支持架上固定有光电传感器。

2.根据权利要求1所述一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，其特征在于：所述作用杆的侧部设有一体成型的方杆，转动把手开设的方孔套置在作用杆的方杆上。

3.根据权利要求1所述一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，其特征在于：所述深沟球轴承和推力球轴承的外圈均与固定圆台的阶梯孔过盈配合，内圈均与主轴间隙配合。

4.根据权利要求1所述一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，其特征在于：所述的驱动装置包括电机、小齿轮和大齿轮；所述的电机固定在底板一上；所述的小齿轮固定在电机的输出轴上；所述的大齿轮固定在主轴上，并与小齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述一种测量四点角接触球轴承接触角的装置，其特征在于：所述大齿轮与主轴的固定方式为：大齿轮套置在主轴上，一端与主轴的轴段接触，另一端由固定圆片压紧；所述固定圆片的螺纹孔与主轴端部的外螺纹连接。

6.一种测量四点角接触球轴承接触角的方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一：根据被测轴承外圈选择相应孔径规格的承载台，根据被测轴承内圈选择相应外径规格的作用体一和作用体二；然后，将固定圆台固定不动，将主轴支承在固定圆台上，承载台固定在主轴顶端，将双头螺柱的一端与作用体二的螺纹孔连接，被测轴承穿过双头螺柱的另一端；接着，将被测轴承外圈与承载台的阶梯孔过盈配合；再接着，将作用体一的螺纹孔与双头螺柱未连接作用体二的一端连接，使被测轴承置于作用体一和作用体二之间；随后，将弹簧套筒与作用体一固定，将作用杆穿过透盖，将作用杆底端一体成型的凸台与弹簧套筒构成圆柱副，且凸台与弹簧套筒通过弹簧连接；透盖与弹簧套筒顶端固定；最后，将作用杆的螺纹段与支持架构成螺旋副，将支持架固定不动，将光电传感器固定在支持架上；

步骤二：旋转作用杆，使作用杆压缩弹簧，从而使弹簧套筒经作用体一施加预设压力给被测轴承内圈上端面；

步骤三：在被测轴承内、外圈径向对齐的位置处均做记号，通过驱动装置驱动主轴正转一圈，则主轴经承载台带动被测轴承外圈正转一圈；然后，驱动装置驱动主轴带动被测轴承外圈反转一圈；

步骤四：检查被测轴承内、外圈上的记号是否错位，若发生错位，则旋转作用杆，按预设步长增大作用体一施加给被测轴承内圈上端面的压力，然后擦除被测轴承内、外圈原先的记号，回到步骤三；若被测轴承内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步；

步骤五：在被测轴承的保持架端面贴一个反光标记；然后，驱动装置驱动主轴转动，光电传感器通过被测轴承保持架上的反光标记测量被测轴承保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承上端面接触角的大小；

步骤六：旋转作用杆，使作用杆施加向上的压力给透盖，透盖再经弹簧套筒、作用体一、双头螺柱和作用体二给被测轴承内圈下端面施加预设压力；

步骤七：擦除被测轴承内、外圈原先的记号，重复一次步骤三；

步骤八：检查被测轴承内、外圈上的记号是否错位，若发生错位，则旋转作用杆，按预设步长增大作用体二对被测轴承内圈下端面的压力，然后回到步骤七；若被测轴承内、外圈上的记号未发生错位，则执行下一步；

步骤九：驱动装置驱动主轴转动，光电传感器通过被测轴承保持架上的反光标记测量被测轴承保持架的转速信号，并将转速信号传给处理器；最后，处理器根据球轴承接触角计算公式计算得到被测轴承下端面接触角的大小。

7.根据权利要求6所述一种测量四点角接触球轴承接触角的方法，其特征在于：所述的球轴承接触角计算公式如下：

即：

其中，α为接触角，D_pw为各钢珠所处节圆的直径，D_w为钢珠直径，n_c为保持架转速，n_o为球轴承外圈转速。

8.根据权利要求6或7所述一种测量四点角接触球轴承接触角的方法，其特征在于：所述球轴承接触角计算公式的推导过程如下：

球轴承内圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_i为球轴承内圈沟道的角速度；

球轴承外圈沟道接触点处的线速度为：

其中，ω_o为球轴承外圈沟道的角速度；

保持架在各钢珠所处节圆处的线速度为：

其中，ω_c为保持架的角速度；

又根据

其中，n_i为球轴承内圈沟道的转速，

得：

在保持架不发生打滑的情况下，保持架在各钢珠所处节圆处的线速度是球轴承内、外圈沟道接触点线速度的平均值，即：

而球轴承内圈不动时，有v_i＝0，则得到：

将式(6)、式(7)和式(9)联立，得：

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