CN117433783A - 一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法及装置，装置包括轴向力加载检测装置、轴向位移检测装置、圆锥滚子轴承轴系及调整装置。本发明采用液压缸、球头法兰和力传感器所组成的轴向力加载检测装置为圆锥滚子轴承施加精准的轴向力，采用轴向位移检测装置测量在轴向力作用下轴承的变形量并计算轴承的轴向刚度，基于圆锥滚子轴承轴向刚度实测值和设计值的偏差调整轴承定位预紧量。应用本发明方法和装置可在圆锥滚子轴承装配过程中简便有效地保证轴承预紧量满足设计要求，方法便于实施、装置结构简单、测量精度高，具有很好的实际应用价值。

Description

一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法及 装置

技术领域

本发明涉及精密轴承装配与检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法及装置。

背景技术

滚动轴承是机械传动装置中的关键基础部件，其装配质量直接决定着传动系统的精度特性和动力学性能。轴承预紧工艺是轴承装配的重要环节，即在轴承装配过程中使滚动体和内、外圈之间产生一定量的预变形，主要分为定压预紧和定位预紧方式，其中定位预紧方式更加便于设计与实施，圆锥滚子轴承常用的预紧方式为定位预紧。采用合理的预紧量能提高轴承的支承性能，但在实际装配过程中由于各零部件制造误差的影响，轴承实际的预紧量往往偏离设计值，如何调整轴承预紧量使其满足设计要求，是保证轴承装配质量的重中之重。

目前，圆锥滚子轴承的预紧量主要是通过各零部件尺寸检测以及零件配磨的方法得以保证，该调整过程较为繁琐且尺寸检测过程不可避免地存在测量误差，因此，亟需一种简便有效的轴承定位预紧调整方法。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法及装置，主要用于圆锥滚子轴承预紧量的调整。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，包括：轴向力加载检测装置、轴向位移检测装置、圆锥滚子轴承轴系以及调整装置；

所述圆锥滚子轴承轴系包括至少两个圆锥滚子轴承和传动轴，所述调整装置包括箱体和圆螺母，所述传动轴的两端各至少连接一个圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承均安装在箱体上，设一侧最外边的圆锥滚子轴承为第一圆锥滚子轴承，另一侧最外边的圆锥滚子轴承为第二圆锥滚子轴承，所述第二圆锥滚子轴承处的传动轴的端部伸出至箱体外；所述圆螺母与箱体通过螺纹连接，圆螺母的端面与第一圆锥滚子轴承的外圈接触，用于对第一圆锥滚子轴承施加定位预紧，轴承预紧量通过拧紧或拧松圆螺母进行调整；

所述轴向力加载检测装置位于箱体的外部一侧，包括轴向力加载装置和轴向力检测装置，所述轴向力加载装置与传动轴上伸出到箱体外的端部接触，用于向传动轴施加作用力；所述轴向力检测装置安装在轴向力加载装置上，用于检测施加的轴向力的大小；

所述轴向位移检测装置安装在箱体上，靠近第二圆锥滚子轴承，用于测量轴向力引起的第二圆锥滚子轴承处轴承内圈相对于外圈的位移量。

进一步地，所述轴向力加载装置包括固定机架、液压缸底座、液压缸、过渡工装和球头法兰；所述液压缸底座固定在机架上，所述液压缸的一侧与液压缸底座通过止口配合连接，所述液压缸的另一侧与过渡工装相连，所述过渡工装与轴向力检测装置相连，所述轴向力检测装置与球头法兰相连，所述球头法兰用于与传动轴的伸出端接触，向传动轴施加作用力。

进一步地，所述轴向力检测装置包括力传感器，所述力传感器的外圈与球头法兰通过螺栓连接，所述力传感器的内圈与液压缸之间通过包含法兰和螺纹的过渡工装进行连接，其中，液压缸通过法兰与过渡工装连接，过渡工装与力传感器内圈进行螺纹连接。

进一步地，所述球头法兰对传动轴施加的作用力的方向沿着球头法兰的球头与传动轴端面的接触法线方向，保证液压缸施加作用力方向沿着传动轴的轴向方向。

进一步地，所述轴向位移检测装置包括精密位移传感器和传感器固定工装，所述精密位移传感器装夹在传感器固定工装上，所述传感器固定工装固定连接在箱体上；所述精密位移传感器的探头置于第二圆锥滚子轴承一端的内圈上，以测量轴向力引起的轴承内圈相对于外圈的位移量。

进一步地，所述精密位移传感器设有多个，均匀布置在第二圆锥滚子轴承的内圈上，将轴向位移量的读数取平均值，以计算轴承轴向刚度；所述精密位移传感器的精度在变形总量的五分之一以上。

进一步地，所述圆锥滚子轴承的内圈与传动轴过盈配合，所述圆锥滚子轴承的外圈与箱体间隙配合。

本发明还提供了一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置的调整方法，包括如下步骤：

步骤1：装配圆锥滚子轴承、传动轴、箱体和圆螺母，并初步给定轴承的预紧量；

步骤2：通过轴向力加载装置为圆锥滚子轴承施加轴向力，轴向力的大小可选为实际的工作载荷；

步骤3：采用力传感器记录轴向力大小，采用位移传感器记录在轴向力作用下轴承的变形量，轴向力与变形量的比值即为圆锥滚子轴承实测的轴向刚度；

步骤4：将实测的轴向刚度与设计的轴向刚度进行对比，当实测的轴向刚度偏小时，通过拧紧圆螺母增大圆锥滚子轴承的轴向刚度，当实测的轴向刚度偏大时，通过拧松圆螺母减小圆锥滚子轴承的轴向刚度；

步骤5：重复步骤2到步骤4，直至实测的轴向刚度与设计的轴向刚度的偏差低于允用值。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、圆锥滚子轴承的预紧量大多数是通过各零部件尺寸检测以及零件配磨的方法得以保证，各零部件尺寸检测过程中存在的偏差较大且该预紧调整过程比较繁琐；本发明直接通过轴承装配后的轴向刚度反映轴承的预紧状态，并加以调整，能简便有效地调整圆锥滚子轴承的预紧量。

2、本发明采用液压缸、球头法兰和力传感器所组成的轴向力加载检测装置为圆锥滚子轴承施加精准的轴向力，采用轴向位移检测装置测量在轴向力作用下轴承的变形量并计算轴承的轴向刚度，基于圆锥滚子轴承轴向刚度实测值和设计值的偏差调整轴承定位预紧量。应用该方法和装置可在圆锥滚子轴承装配过程中简便有效地保证轴承预紧量满足设计要求，方法便于实施、装置结构简单、测量精度高，具有很好的实际应用价值。

3、在轴承轴向力的加载方面，本发明采用球头方式进行加载，保证作用力方向沿着轴承的轴向方向，可提高轴向刚度检测的准确性。

基于上述理由本发明可在精密轴承装配与检测等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的轴向力加载检测装置结构示意图。

图中：1、固定机架；2、液压缸底座；3、液压缸；4、过渡工装；5、力传感器；6、球头法兰；7、精密位移传感器；8、传感器固定工装；9、圆锥滚子轴承；10、传动轴；11、箱体；12、圆螺母。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-2所示，本发明提供了一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，包括轴向力加载检测装置、轴向位移检测装置、圆锥滚子轴承轴系以及调整装置。轴向位移检测装置包括精密位移传感器7和传感器固定工装8。圆锥滚子轴承轴系包括左右两个圆锥滚子轴承9和传动轴10，调整装置包括箱体11和圆螺母12。轴向力加载检测装置位于箱体11外部右侧，包括轴向力加载装置和轴向力检测装置，轴向力加载装置包括包括固定机架1、液压缸底座2、液压缸3、过渡工装4以及球头法兰6，轴向力检测装置包括力传感器5。

两个圆锥滚子轴承9分别连接在传动轴10的两端，传动轴10的右端伸出到箱体11外部。圆锥滚子轴承9的内圈与传动轴10过盈配合。圆锥滚子轴承9的外圈与箱体11间隙配合。圆螺母12与箱体11左侧通过螺纹连接，圆螺母12的端面与左侧圆锥滚子轴承9的外圈接触，为左侧圆锥滚子轴承9施加定位预紧，轴承预紧量可通过拧紧或拧松圆螺母12进行调整。

将液压缸3与液压缸底座2通过止口配合，并固定于固定机架1上，液压缸3与力传感器5内圈之间通过包含法兰和螺纹的过渡工装4进行连接(液压缸3与过渡工装4通过法兰连接，过渡工装4与力传感器5内圈进行螺纹连接)，力传感器5外圈与球头法兰6通过螺栓连接，球头法兰6的球头用于与传动轴10的右端接触，通过液压缸3驱动球头法兰6向圆锥滚子轴承9支撑的传动轴10施加作用力，作用力的方向沿着球头法兰6的球头与传动轴10右端面的接触法线方向，即保证了液压缸3施加作用力方向沿着传动轴10的轴向方向，施加的轴向力的大小由力传感器5检测，传感器的精度为1N。

将精密位移传感器7装夹在传感器固定工装8上，并将传感器固定工装8与右侧圆锥滚子轴承9外圈处的箱体11固连；将精密位移传感器7的探头置于右侧圆锥滚子轴承9一端的内圈上，用于测量轴向力引起的轴承内圈相对于外圈的位移量(即变形量)，由于轴向力引起的圆锥滚子轴承的变形较小，精密位移传感器7的精度应在变形总量的五分之一以上，本实施方式中，精密位移传感器7的精度为0.5μm；为保证轴向变形测量的准确性，在右侧圆锥滚子轴承9的内圈上均匀布置四个精密位移传感器7，并将轴向位移量的读数取平均值，用于计算轴承轴向刚度。

本发明还提供了一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整方法，具体实现步骤如下：

步骤1：装配圆锥滚子轴承9、传动轴10、箱体11和圆螺母12，并初步给定轴承的预紧量；

步骤2：在圆锥滚子轴承轴系初步装配之后，通过轴向力加载装置为圆锥滚子轴承9施加轴向力，轴向力的大小可选为实际的工作载荷；

步骤3：采用力传感器5记录轴向力大小，采用位移传感器7记录在轴向力作用下轴承的变形量，上述轴向力与变形量的比值即为圆锥滚子轴承实测的轴向刚度；

步骤4：将实测的轴向刚度与设计的轴向刚度进行对比(设计的轴向刚度可由设计的预紧量和理论公式获取)，当实测的轴向刚度偏小时，通过拧紧圆螺母12增大圆锥滚子轴承的轴向刚度，当实测的轴向刚度偏大时，通过拧松圆螺母12减小圆锥滚子轴承的轴向刚度；

步骤5：轴承预紧调整后再次施加轴向力、检测轴承实际的轴向刚度并进行轴承预紧调整，重复步骤2到步骤4，直至实测的轴向刚度与设计的轴向刚度的偏差低于允用值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，包括：轴向力加载检测装置、轴向位移检测装置、圆锥滚子轴承轴系以及调整装置；

所述圆锥滚子轴承轴系包括至少两个圆锥滚子轴承(9)和传动轴(10)，所述调整装置包括箱体(11)和圆螺母(12)，所述传动轴(10)的两端各至少连接一个圆锥滚子轴承(9)，所述圆锥滚子轴承(9)均安装在箱体(11)上，设一侧最外边的圆锥滚子轴承(9)为第一圆锥滚子轴承，另一侧最外边的圆锥滚子轴承(9)为第二圆锥滚子轴承，所述第二圆锥滚子轴承处的传动轴(10)的端部伸出至箱体(11)外；所述圆螺母(12)与箱体(11)通过螺纹连接，圆螺母(12)的端面与第一圆锥滚子轴承的外圈接触，用于对第一圆锥滚子轴承施加定位预紧，轴承预紧量通过拧紧或拧松圆螺母(12)进行调整；

所述轴向力加载检测装置位于箱体(11)的外部一侧，包括轴向力加载装置和轴向力检测装置，所述轴向力加载装置与传动轴(10)上伸出到箱体(11)外的端部接触，用于向传动轴(10)施加作用力；所述轴向力检测装置安装在轴向力加载装置上，用于检测施加的轴向力的大小；

所述轴向位移检测装置安装在箱体(11)上，靠近第二圆锥滚子轴承，用于测量轴向力引起的第二圆锥滚子轴承处轴承内圈相对于外圈的位移量。

2.根据权利要求1所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述轴向力加载装置包括固定机架(1)、液压缸底座(2)、液压缸(3)、过渡工装(4)和球头法兰(6)；所述液压缸底座(2)固定在机架(1)上，所述液压缸(3)的一侧与液压缸底座(2)通过止口配合连接，所述液压缸(3)的另一侧与过渡工装(4)相连，所述过渡工装(4)与轴向力检测装置相连，所述轴向力检测装置与球头法兰(6)相连，所述球头法兰(6)用于与传动轴(10)的伸出端接触，向传动轴(10)施加作用力。

3.根据权利要求2所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述轴向力检测装置包括力传感器(5)，所述力传感器(5)的外圈与球头法兰(6)通过螺栓连接，所述力传感器(5)的内圈与液压缸(3)之间通过包含法兰和螺纹的过渡工装(4)进行连接，其中，液压缸(3)通过法兰与过渡工装(4)连接，过渡工装(4)与力传感器(5)内圈进行螺纹连接。

4.根据权利要求2或3所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述球头法兰(6)对传动轴(10)施加的作用力的方向沿着球头法兰(6)的球头与传动轴(10)端面的接触法线方向，保证液压缸(3)施加作用力方向沿着传动轴(10)的轴向方向。

5.根据权利要求1所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述轴向位移检测装置包括精密位移传感器(7)和传感器固定工装(8)，所述精密位移传感器(7)装夹在传感器固定工装(8)上，所述传感器固定工装(8)固定连接在箱体(11)上；所述精密位移传感器(7)的探头置于第二圆锥滚子轴承一端的内圈上，以测量轴向力引起的轴承内圈相对于外圈的位移量。

6.根据权利要求5所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述精密位移传感器(7)设有多个，均匀布置在第二圆锥滚子轴承的内圈上，将轴向位移量的读数取平均值，以计算轴承轴向刚度；所述精密位移传感器(7)的精度在变形总量的五分之一以上。

7.根据权利要求1所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置，其特征在于，所述圆锥滚子轴承(9)的内圈与传动轴(10)过盈配合，所述圆锥滚子轴承(9)的外圈与箱体(11)间隙配合。

8.一种如权利要求1-7任意一项权利要求所述的基于轴向刚度检测的圆锥滚子轴承定位预紧调整装置的调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：装配圆锥滚子轴承(9)、传动轴(10)、箱体(11)和圆螺母(12)，并初步给定轴承的预紧量；

步骤2：通过轴向力加载装置为圆锥滚子轴承(9)施加轴向力，轴向力的大小可选为实际的工作载荷；

步骤3：采用力传感器(5)记录轴向力大小，采用位移传感器(7)记录在轴向力作用下轴承的变形量，轴向力与变形量的比值即为圆锥滚子轴承(9)实测的轴向刚度；

步骤4：将实测的轴向刚度与设计的轴向刚度进行对比，当实测的轴向刚度偏小时，通过拧紧圆螺母(12)增大圆锥滚子轴承的轴向刚度，当实测的轴向刚度偏大时，通过拧松圆螺母(12)减小圆锥滚子轴承的轴向刚度；

步骤5：重复步骤2到步骤4，直至实测的轴向刚度与设计的轴向刚度的偏差低于允用值。