CN1589397A - 轴承装置的刚度估算设备和方法、制造轴承装置的设备和方法以及轴承装置 - Google Patents

轴承装置的刚度估算设备和方法、制造轴承装置的设备和方法以及轴承装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是精确地确定出轴承装置的径向刚度。本发明涉及一种制造轴承装置(5)的设备(10)，该轴承装置包括一对轴承(53)、连接在内圈上的轴(52)和连接在外圈上的外圈安装部件(51)，其特征在于，设置有振动单元(23a，23b)，向每个内圈或者轴(52)的两个端部提供径向输入振动；一对输入振动检测单元(31a，31b)，检测每个内圈或轴(52)的两个端部的振动；加法单元(33)，对所述一对输入振动检测单元的输出进行计算；振动检测单元(31c)，检测所述外圈安装部件或者连接在外圈安装部件(51)上的质量块的振动；传递函数计算单元(41)，从振动检测单元和加法单元(33)的输出确定传递函数，以计算轴承装置(5)的共振频率；和刚度计算单元(43)，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定轴承装置(5)的刚度。

Description

轴承装置的刚度估算设备和方法、 制造轴承装置的设备和方法以及轴承装置
技术领域
本发明涉及一种制造轴承装置的设备和方法，该轴承装置能够很好地用作在使用期间满足对径向刚度有重要要求(共振特性)的轴承装置，诸如磁盘(硬盘驱动器)中用于摆臂的轴承装置。
背景技术
近来，对磁盘装置的密度的要求越来越高了，并且要求带有安装于其上的用于再现/记录信号的头的摆臂能够更快地对所需的轨道进行访问，并且要求其能够更加精确地定位在所需的轨道上(加快速度和提高定位精度)。因此希望能够控制用于摆臂的轴承装置的径向共振频率并消除轴承装置刚度的漂移。
在带有结合于其中的轴承装置的控制器(例如，摆臂)中，轴承装置刚度(共振频率)的漂移是导致伺服系统调整效率下降的因素之一。因此，已经设想出了许多预先将轴承装置的刚度(共振频率)确定为处于一个预定的范围内的技术和设备。
下面引用的专利文献1公开了一种对用于摆臂的轴承装置的径向共振频率进行控制的技术。
此外，下面引用的专利文献2、3和4公开了一种确定轴承装置的轴向共振频率的技术。
而且，下面引用的专利文献5公开了一种制造轴承装置的方法，该方法包括在由压电元件产生的振动的作用下测量轴承装置的共振频率的同时进行压配合，并且当如此测量到的共振频率达到了一个预定值时，终止压配合。
[专利文献1]
JP-A-2001-83045(附图1，第3页)
[专利文献2]
日本专利第2882105号(附图1，第4-5页)
[专利文献3]
JP-A-2000-146726(附图1，第4-6页)
[专利文献4]
JP-A-2000-74788(附图1，第4-5页)
[专利文献5]
JP-A-6-344233(附图1，第4-6页)
不过，按照现有技术的制造轴承装置的设备和方法，轴承装置在径向上的刚度(径向刚度)难以直接估算。
具体讲，诸如用于摆臂的轴承装置这样的尺寸小且质量轻的轴承装置的径向共振频率难以精确地测量，这是因为这样的轴承装置具有因径向刚度造成的高共振频率和小的共振峰值幅度，并且测量仪器系统和轴承装置的振动模式是彼此叠加的。此外，当轴承装置径向上的多个振动模式的共振频率(径向平移模式、圆锥模式)彼此接近时，将无法确定出精确的共振频率，造成无法精确地估算径向刚度。
此外，按照上面引用的专利文献5中公开的设备和方法，很难从包括枢轴的整个产品装置的振动特性提取出枢轴的共振频率，以致难于具体地确定径向刚度或共振频率。小的尺寸和轻的质量造成了极高的共振频率，这也是造成这一工作困难的因素。这导致了共振频率的漂移，使得这样制造的产品质量有可能不稳定。
本发明就是在这种情况下做出的，并且其目的在于，提供一种能够制造轴承装置同时精确地确定其径向刚度的轴承装置制造设备和方法。
发明内容
本发明的目的是通过下述构造实现的。
(1)一种估算轴承装置的刚度的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承、以及安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：将输入振动提供给所述内圈或安装在所述内圈上的轴的单元；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定轴承装置的刚度。
(2)一种估算轴承装置的刚度的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：振动单元，向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；一对输入振动检测单元，检测每个内圈或轴的两个端部的振动；加法单元，对所述一对输入振动检测单元的输出进行相加；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元和加法单元的输出确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
(3)一种估算轴承装置的刚度的方法，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，该方法包括：在外圈上安装质量块；向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；检测每个内圈或轴的两个端部的振动，以获得第一检测振动值和第二检测振动值；将第一检测振动值和第二检测振动值相加，以得到总和；检测所述外圈安装部件或者质量块的振动，以获得第三检测振动值；从所述第三检测振动值和所述总和确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；然后，基于所述共振频率确定出轴承装置的刚度。
(4)一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承、以及安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：将输入振动提供给所述内圈或安装在所述内圈上的轴的单元；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，根据由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
(5)一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：振动单元，向内圈或者安装于其上的轴提供径向输入振动；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
(6)一种制造轴承装置的方法，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，该方法包括：
在外圈上安装质量块；向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；检测每个内圈或轴的两个端部的振动，以获得第一检测振动值和第二检测振动值；将第一检测振动值和第二检测振动值相加，以得到总和；检测所述外圈安装部件或者质量块的振动，以获得第三检测振动值；从所述第三检测振动值和所述总和确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；然后，基于所述共振频率确定出轴承装置的刚度。
(7)一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承、以及装配在外圈上外壳，其特征在于对径向刚度、共振频率和反共振频率的至少其中之一进行检测，并且当这样检测到的值达到预定值时，终止压配合。
(8)按照第(7)条所述的制造轴承装置的设备，其中设置有振动单元，向内圈或安装在所述内圈中的轴施加径向振动；加载单元，用于压配合；振动检测单元，检测轴或内圈和外壳或外圈上的至少一个位置的振动；和操作控制单元，从由振动检测单元检测到的信号确定出轴承装置的刚度、共振频率或反共振频率。
(9)按照第(7)或(8)条所述的制造轴承装置的设备，其中设置有传递函数计算单元，用于确定共振频率。
(10)一种制造轴承装置的方法，包括使用如第(7)到(9)条中任意一条所述的制造设备来制造轴承装置。
(11)一种轴承装置，具有如第(6)或(10)条中所述的制造方法预先确定的径向刚度。
按照这种结构，可以确定出关于轴承装置形变方向上的振动的传递函数，以精确地确定出该轴承装置的径向刚度。
按照这种结构，能够将在内圈和外圈的每一个上检测到的等相和等幅分量(除轴承装置外的位置上出现的振动分量)彼此分离开来，以提取出轴承装置自身的振动特性。尤其是，当将一个质量块安装在外圈安装部件上，以增加包括外圈和外圈安装部件的可动部分的质量和转动惯量时，能够容易地实现共振峰值的检测。这是因为可动部分质量的增加使得减小由径向刚度造成的共振频率和提高共振峰值的幅度成为可能。此外，转动惯量的提高实现了轴承装置圆锥模式下的共振频率的减小，能够增加与径向平移模式下的共振频率的差值，并因此能够实现共振频率的精确测量。
而且，按照这种结构，轴承装置的径向刚度或共振频率能够落在预定的范围内，使得在轴承装置与例如一个摆臂结合在一起的时候容易有效地调整伺服系统。此外，能够大幅提高径向刚度或共振频率的测量精度。而且，径向刚度和共振频率的测量精度的提高能够稳定在共振模式下压配合的枢轴的品质。
附图说明
附图1是按照本发明的实现方式的第一实施例的轴承装置的制造设备的全视图。
附图2是表示在第一实施例中通过添加一个质量块而出现的效果的图表。
附图3A和3B是表示第一实施例中的传递函数的频率特性的图表。
附图4A到4C是表示在第一实施例中将质量块安装到轴承装置上的方法的示意图。
附图5是表示第一实施例的修改方案的示意图。
附图6是表示另一种修改方案的效果的示意图。
附图7是按照本发明的实现方式的第二实施例的轴承装置的制造设备的全视图。
附图8是第二实施例中在计算了FFT传递函数之后出现的频率特性。
附图9是第二实施例中传递函数的原理图，该传递函数是一个振动模型。
附图10A和10B是表示第二实施例中枢轴的径向振动模式的示意图。
附图11A到11E是表示第二实施例中安装质量块的方法的示意图。
附图12是第二实施例的修改方案的全视图。
附图13是第二实施例的另一修改方案的全视图。
附图14是按照附图13所示的修改方案测量到的波形图。
附图15是第二实施例中的其它修改方案的全视图。
附图16是第二实施例中的另一个修改方案的全视图。
在这些附图中，附图标记1代表支撑部件，附图标记2代表加振部分，附图标记3代表振动检测部分，附图标记4代表运算处理部分，附图标记5代表轴承装置，附图标记10和60各自代表制造轴承装置的设备，附图标记23a代表压电元件型加振器(加振单元)，附图标记31a到31c各自代表振动检测传感器(振动检测单元)，附图标记33代表加法器(加法单元)，附图标记41代表传递函数计算单元(刚度计算单元)，附图标记43代表刚度转换装置，附图标记51代表外壳(外圈安装部件)，附图标记52代表轴，附图标记53代表滚动轴承，附图标记54代表质量块。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实现方式的实施例进行详细介绍。
在第二实施例和后面的实施例中，与已经介绍过的组件具有相同构造和作用的组件将在附图中使用相同的附图标记和符号，以简化和省略它们的说明。
如附图1所示，第一实施例中的制造轴承装置的设备10主要包括：一个刚度估算装置10a，它具有一个在轴向上支撑和固定轴承装置5的支撑部分1；一个加振部分2，用于在径向上振动所述轴承装置5；一个振动检测部分3，用于检测轴承装置5的径向振动；和一个运算处理部分4，用于根据振动检测部分3的输出估算所述轴承装置5的径向刚度。
这里，所述轴承装置5具有：两个沿轴向彼此分开设置的滚珠轴承53、53；一个装配在其内圈中的轴52；和一个装配在其外圈上的外壳(外圈安装部件)51。在外壳51的外周上安装有质量块54。质量块54的质量可以与真正施加给使用所述轴承装置5的装置(例如，用于磁盘装置的摆臂轴承装置)的负荷相同。质量块54的形状(重心、转动惯量)也可以与由轴承装置5真正承载的零件(例如，摆臂)等同。
支撑部分1具有：一个设置在轴52的一端(上端)上的加载装置11，用于为轴承装置5的轴52提供固定力；和设置在轴52的另一端(下端)上的测力传感器(负载传感器)，用于检测负载。按照这种安排，可以以恒定的负载固定轴52。所述加载装置11和测力传感器12可以设置在轴承装置5的同一侧上。在轴52的一端和加载装置11之间插有稍后将要介绍的支撑部件24a和加振器23a，同时在轴52的另一端和测力传感器12之间插入设置有支撑部件24b和加振器23b。由于轴52的两端与支撑部件24a和24b之间的固定状态影响径向刚度的估算结果，因此希望由加载装置11和测力传感器12提供适当的负载将轴52固定。
所述加振器2具有：一个产生电压波形的振荡器21，该电压波形是在预定频率范围内高速扫描的正弦波；一对压电元件型加振器23a、23b，用于以与振荡器21产生的电压波形相应的振幅和频率产生振动力；和一个放大器22，插入地设置在振荡器21与加振器23a、23b之间。当该对加振器23a、23b在径向上以相同的相位振动时，就将径向振动提供给了轴承装置5。在轴承装置5中激励出来的振动包括：由轴承装置5的径向刚度造成的径向平移模式(基于外壳51径向刚度的平移和轴52的弹性可挠性的振动模式)、圆锥模式(基于外壳51的倾斜的振动模式)、轴承装置5的部件的弹性振动模式以及来自包括彼此叠置的支撑部分1和振动部分2的测量仪器系统的振动模式。
振动检测部分3具有一个设置在外壳51与质量块54之间的轴向中央位置处的振动检测传感器31c和分别设置在轴52的两端处的支撑部件24a、24b上的振动检测传感器31a、31b。这些振动检测传感器31a、31b、31c是设置在包含轴52的轴向的同一平面上的。可以适当地选用压电元件型传感器、激光非接触型传感器、记录拾取器(record pick up)等等作为振动检测传感器31a、31b和31c。由各个振动检测传感器31a、31b和31c检测到的振动包括互相重叠在一起的各种模式。分别位于轴52的两端上的振动检测传感器31a、31b的输出信号(第一振动检测值、第二振动检测值)由放大器32a、32b进行放大，然后在加法器33中相加。这一加法运算导致轴52的圆锥振动分量得以消除，给出了轴52的平移模式的信号。
由加法器33输出的信号是一个相加信号，并如此由一个主放大器34b进行放大。随后，将该信号的电平(幅度)减半。
所述运算处理部分4具有一个传递函数计算单元41，该单元通过放大器34a从振动检测传感器31c接收一个输出信号(第三振动检测值)以及通过放大器34b从加法器33接收一个输出信号。该传递函数计算单元41利用快速傅立叶变换(FFT)来计算轴承装置5的共振频率(特征频率)fr。更加详细地讲，内外圈(介于轴52和外壳51之间)的传递函数H是通过FFT计算出来的，导致包含在所输入的各种信号中的等相和等幅振动分量得以分离，并因此导致径向共振频率fr以π/2相位差出现。关于这一点，由于振动检测传感器31c对介于外壳51和质量块54之间的轴向中心进行观测，因此难于检测圆锥模式(其中分量以外壳51的轴向中心作为节点落下和振动)，而是主要检测径向平移模式。
加振器2的振荡器21产生电压波形的时间和运算处理部分4的传递函数计算单元41进行采样的时间是完全同步的。
在本实施例中，在轴承装置5的外壳51上安装了质量块54，与附图2中所示的没有加质量块的情况(只有轴承装置自身)相比，减小了共振频率。此外，增加质量块54使得径向平移模式与圆锥模式之间的共振频率差值是只有轴承装置自身的情况下的大约10倍。
附图3A和3B描述了由刚度估算装置10a求出的传递函数H的频率特性。附图3A表示相位差，而附图3B表示振幅(增益)。
当轴承装置5的轴承53没有密封或涂有油脂时，由轴承53所造成的衰减是几乎察觉不到得小，并且由传递函数H的相位差是-π/2处的频率测量值与由振幅处于峰值处的频率测量值得出的刚度估算值之间没有差异。
不过，当轴承装置5的轴承53进行了密封或填充了油脂时，就不能忽略轴承53所固有的阻尼了。在这种情况下，振幅为峰值处的频率的漂移增大了。不过，相位差为-π/2时频率没有发生漂移，在本发明中，可以采用利用相位差进行的估算，以维持刚度估算的精度。
附图3A、3B的波形显示在一个波形显示装置42上，如附图1所示。此外，所确定的径向共振频率fr输入给了刚度转换装置43。由于轴承装置的径向共振频率和径向刚度之间的关系是非线性的，并且该径向刚度不能直接由径向共振频率得出，因此采用了下述的方法。所述刚度转换装置43进行FEM(有限元法)分析，以通过一个多项式近似给出轴承装置的先前确定的径向刚度和共振频率fr之间的关系，然后使用该多项式计算出与所输入的径向共振频率fr相对应的轴承装置的径向刚度Kr。具体讲，由于Kr＝f(fr，α)被定义为一个表示径向刚度Kr和共振频率fr之间的关系的函数，因此，对接触角α预先进行FEM分析来求出一个离散值，利用于共振频率作为变量的多项式，由该离散值近似得出了该函数。使用这个多项式，可以将所测得的共振频率fr换算成径向刚度Kr。
在这样求得的轴承装置的径向刚度Kr低于或超过预定值的情况下，通过再设定预载或其它方式来优化轴承装置的径向刚度。
下面，将参照附图4A到4C介绍将质量块54附着在轴承装置5的外壳51上的方法。
在附图4A所示的例子中，质量块54是由两个组件组成的，即，第一部分54a和第二部分54b。将阶梯状圆筒形第一部分54a装在外壳51的外周上，该第一部分54a具有一个向内凸出的凸缘54c，该凸缘54c设置在第一部分54a大直径侧的端部处，而圆筒形的第二部分54b利用螺纹旋拧或通过其它方式安装在第一部分54a的小直径部分的外周上。在第二部分54b的另一端上也设置了一个凸缘54d，并且该凸缘54d和第一部分54a的凸缘54c沿着轴的方向夹住并固定住了外壳51和该对轴承53、53。由于夹持和固定的作用所造成的外壳51的轴向形变能够改变轴承装置5中的预载，因此希望预先确定这一形变，以进行修正。
在附图4B中所示的例子中，圆筒形的质量块54通过螺钉固定在外壳51的外周上的。这里，质量块54沿径向延伸的孔具有螺纹，以致当一个螺钉59拧入时，质量块54向内移动。由于外壳51的外周与质量块54的内表面的接触或螺钉59的轴向力所造成的外壳51的形变严重影响径向刚度的估算，因此希望以适当的扭矩拧入该螺钉59。
在附图4C所示的例子中，质量块54的轴向孔形成了一个锥形孔，该锥形孔的内表面由外壳51的一个端面咬住，该端面为一个倒角面，所以质量块54得以固定在外壳51上。在这种情况下，同样由于质量块54与外壳51的倒角部分影响径向刚度的估算，因此希望通过提供一个引导部分或采用其它方式使固定条件稳定，以致能够控制插入力，来保持轴52和质量块54同轴。
在这些实施例中，如附图1所示，振动检测传感器31c的输出信号是经放大器34a输入给传递函数计算单元41的，而加法器33的输出信号是经放大器34b输入给传递函数计算单元41的。
不过，本发明并不局限于这些实施方式，在放大器34a、34b与传递函数计算单元41之间可插入高通滤波器35a、35b，如附图5所示。按照这种安排，可以滤除不需要的外部噪声频率分量，例如电源噪声，以提高S/N比。附图5中未示出的结构部分与附图1中相同。
此外，在这些实施例中，刚度估算装置43进行FEM分析，以通过一个多项式近似得出轴承装置5的先前求出的径向刚度Kr和径向共振频率fr之间的关系，借助该多项式，求出与所输入的径向共振频率相对应的轴承装置的径向刚度Kr。不过，本发明并不局限于这些实施方式，而是，根据例如一种假设的一自由度模型可以在刚度变换装置43中容易地由共振频率fr求出径向刚度Kr，该一自由度模型包括由轴承53的外圈和外壳51以及质量块54和具有径向刚度Kr的弹簧组成的可动部分的质量M。在这一模型中，径向刚度Kr表示为：
Kr＝4M(πfr)2
分别使用由外圈、外壳5 1和质量块54预先确定的M和测得的fr代替该公式中的M和fr，则可得出径向刚度Kr。
附图6是表示使用FEM分析得出的径向刚度与使用一自由度模型得出的径向刚度之间的比较结果的图表。如此，两种模型具有很高的相关性，二者之间的误差非常小。
通过求出与轴承装置5在形变方向上的振动相关的传递函数，可以精确地求出轴承装置5的径向刚度。
按照第一实施例的制造轴承装置的设备10，分别在内圈和外圈上检测到的等相和等幅分量(除了轴承装置之外的部位上产生的振动分量)可以彼此分离开，以单独提取出轴承装置的振动特性。特别是，当将质量块54装在外壳51上来增加包括外圈和外壳51的可动部分的质量和转动惯量时，可容易地检测出共振峰值。这是因为可动部分质量的增加能够减小由径向刚度造成的共振频率并提高共振峰值的幅度。此外，转动惯量的增加实现了轴承装置5圆锥模式的共振频率的有效减小，能够增大与径向平移模式的共振频率的差异并因此能够实施共振频率的精确测量。
下面，将对按照实现本发明的第二实施例的轴承装置制造设备进行介绍。
如附图7所示，在按照第二实施例的轴承装置制造设备60中，一对加振器23a、23b通过一个压配合夹具61向枢轴的两端施加径向振动。最好使用那些具有足够强度和轴向刚度的元件作为加振器23a、23b，例如，压电元件或磁致伸缩元件。由加振器23a、23b产生的振动信号得出了良好扫描的正弦信号。
在加振器23a上连接了一个直接动作的加载装置11，例如液压或进给螺杆机构，同时另一个加振器23b与测力传感器12相连接，使得检测压配合力成为可能。该压配合力被反馈以控制进给速度，并且还用于测量的修正，这将在后面介绍。
振动传感器31a、31b和31c设置在轴52的两端上，或者设置在压配合夹具61和外壳51上或者设置在外圈的外周上。振动传感器31a、31b和31c是线性设置在与振动方向相同的平面上的。
振动传感器31a、31b和31c每个分别是固定型的(例如加速度拾取器)、探针型的(例如记录针)或者非接触型的(激光多普勒速度仪)。
将来自轴的各端部的两个信号彼此相加、电平减半、经过一个滤波器、进行AD转换，然后进行FFT分析。两个信号的相加消去了轴两端上彼此相位相反的振动分量，经过这样处理的信号等效于轴52中央处的振动信号。将这一信号假定为输入信号Xa。
对来自外壳51或外圈的信号进行与上面所介绍的相同的处理(不进行相加)。这假定为响应信号Xb。
使用下述的公式，由输入信号Xa和响应信号Xb求出传递函数。这里Xb*是共轭复数。
H(jω)＝Xb×Xb*/Xa×Xb*
如附图8所示，由计算结果得到的增益和相位差的频率特性显示，在增益峰值或相位差是-90°时的频率是枢轴的响应频率。
通过检测两个借助轴承刚度彼此相对的质量块(在这种情况下是内圈和外圈)的振动和确定它们之间的传递函数，可以仅抽取出局部系统的频率特性，包括轴承刚度以及外圈和外壳51的质量，以进行估算。
附图9所示的振动模型表示出了这一效果。
参照由共振频率求算刚度的方法，刚度由下述公式表示。
f = ( 1 / 2 π ) × ( k / M )
用已知质量M和所确定出的共振频率f分别替换M和f，则根据该公式得出了刚度k。
另外，可以采用使用有限元法这样的数值分析方法预先建立的轴承刚度与特征频率之间的关系。
在压配合过程中，对应于压配合力的负载作用在轴52上，导致了固体预载的变化，并因此使共振频率偏离了无载值。因此，需要针对轴负载对实测值进行修正。使用由测力传感器12检测到的负载F，通过下述公式求出正常频率。
Fr＝C(F)×i
其中Fr是正常频率；F是实测频率；而C(F)是修正系数。
按照第二实施例，使得轴承装置的径向刚度或共振频率落在预定的范围内，使得当该轴承装置使用在例如摆臂中时，易于进行伺服系统的调谐。此外，径向刚度或共振频率的测量精度能够得到大幅提高。而且，径向刚度或共振频率的测量精度的提高能够稳定以共振模式进行了压配合的枢轴的质量。
下文中将介绍第二实施例的修改方案。
任何的共振频率都可以测量到，只要它出现在枢轴的径向上。
例如，存在附图10A中所示的平移模式和附图10B中所示的称为圆锥模式的刚体模式。
还可以加入一个附加质量块。加入附加质量块的效果是增加外圈的质量、降低轴承装置5的共振频率并因此使得在一个具有很小的噪声影响的低频率范围内对共振频率进行估算成为可能。此外，共振过程中的振幅得到了放大，使得检测峰值更加容易。
同时，外圈的转动惯量得到了增大，以致降低了圆锥模式的特征频率。即使在平移模式与圆锥模式中的特征频率彼此非常接近以致通过常规的方法难于单独地区分出来的情况下，通过使这些特征频率不同，还是能够将它们轻易地彼此区分开来。
为了确定附加质量块的形状，有效地调节质量、转动惯量和重心，从而使不同的模式具有所需的共振频率。例如，最好使重心位于轴承跨度的中心。
由于附加质量块安装部分的刚度(接触刚度)影响枢轴的共振频率，因此，最好使用一种稳固地固定该附加质量块的方法。
利用安装在轴承装置上的摆臂主体代替附加质量块，可在实际工作条件下进行估算。
附图11A、11B、11C、11D和11E各自表示一种安装附加质量块的方法。
在附图11A中，圆柱形附加质量块54的内孔是一个圆锥形的孔54e，该孔54e由外圈或外壳51的倒角部分咬合。按照这种安装方法，对推力加以控制，使得附加质量块54能够牢固稳定地固定在轴承装置5上。这种方案类似于附图4C。
在附图11B中，在锥形孔54e的一部分上形成了一个竖直部分54f，从而能够防止附加质量块54倾斜着固定。
附图11C表示一个包括两个部分的圆筒，该圆筒卡在轴承装置的端部上。这种方案类似于附图4A。
在附图11D中，利用一个螺钉将一个圆筒形附加质量块安装在了外壳的侧壁上。在这种方案中，螺钉固定方式可由粘接剂粘接代替。这种方案类似于附图4A。
在附图11E中，利用了中空的圆筒形压电元件62的径向膨胀和收缩。
附图12表示一种改进方案，包括取消或驱动上下加振器中的任何一个。在这种方案种，只使用一个加振器23a。
通过将上下加振器安排得能够以单独的振幅和相位加以驱动，也可以自由地激励该驱动模式。
附图13表示一种改进方案，包括仅检测轴的两端或压配合夹具61的振动信号Xa，该方案确定了一个反共振频率。
附图14表示在本改进方案中检测到的波形。
在这种情况下，外壳51和外圈的振动幅度在轴承装置5的共振频率下变为最大，并且该处于共振状态的系统起到了动态振动吸收装置的作用，衰减了内圈和轴52的振动，使振幅最小，因此维持了反共振。因此，通过仅仅对内圈和轴52的振动进行检测，然后确定反共振频率，可以实现与通过确定轴承装置5的共振频率相同的效果。在这种方案中，传感器或电路的数量能够得到减少，使得降低成本成为可能。
参照另一种修改方案，该方案为一种简单的方法，能够从时间轴数据确定出共振频率。
在这种情况下，传递函数是从一个时间范围内的两个信号求出的。共振频率能够通过传递函数的幅度和先前确定的幅度与系统的共振频率之间的关系估算出来。这也能够应用到反共振方法中。
这种方法的效果是不需要FFT，因此计算速度得到了提高。这导致成本降低和循环使用能力提高。判别共振频率的时间能够得到减少，使得提高压配合的定位精度和减少刚度的漂移成为可能。
此外，作为另一种修改方案，可以修改振动单元。
为此，可以使用一种涉及整个装置在径向上的振动的方法和一种涉及外壳51的振动的方法。
例如，可以使用一种包括对外壳51进行碰撞的方法、一种包括抵靠外壳51打击加振器23a、23b的方法、一种包括对外壳51施加声波以无接触的方式振动外壳51的方法、一种包括从外圈(该外圈为一线圈)向外壳施加磁场的方法。
如附图15所示，可在将外壳51压配合到轴承装置5上的同时，使用胡克(Hooke)法则由在静态负载条件下测到的位移来确定轴承装置5的静态径向刚度。
按照这种方案，通过一个接触型或非接触型位移计测量出外壳51、内圈和轴51的位移，此时外壳51或外圈处于静载荷状态下。
位移计63a、63b和63c设置在与振动传感器31a、31b和31c相应的位置上。
对于测量结果，使用了下述公式。
F＝K(x2-x1)
其中F是载荷；x1是加载点的位移；而x2是轴和内圈的位移。
测量和压配合可以在转动外圈的同时进行。
在这种方案中，可以估算出可能由滚珠位置、速度等造成的刚度的圆周漂移。
此外，作为共振测量功能，在压配合装置上进行的振动和测量可以在以压配合力或更小的力进行工件装配的同时进行。在这种情况下，使用了一种用于夹住轴的端部的结构来取代压配合夹具。而其它的机构可以与按照第二实施例的结构相同。
如附图16所示，压配合模具(加载装置)64可以卡靠在内圈的外周上，同时轴的端部由加振器23a、23b夹住。在这种情况下，各加载装置是独立的机构，通过这些机构，夹持力和压配合力可以单独地受控制。
一般来说，无法为具有小压配合力的物件提供足够的夹持力。在这种情况下，振动力将无法完全地传递到这一物件上。此外，压配合型轴承装置支撑部分的接触刚度降低了，使得无法测量正确的共振频率。不过，在本方案中，可以为具有小压配合力的物件提供足够的夹持力，使得测定正确的共振频率成为可能。
本发明并不局限于这些实施例，并且可以进行适当的修改、改进或其它的改变。
例如，根据需要可将各种修改方案组合起来。
轴承装置并不局限于滚珠轴承，而是可以是圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承。
虽然详细地并参照着具体的实施例对本发明进行了介绍，但是对于本领域的技术人员来说，有一点是显而易见的，可以对其进行各种改变和修改，而不会超出本发明的思想和范围。
本申请是在2001年10月9日提交的日本专利申请第2001-311501号的基础上提出的，并且该申请的内容以引用的方式并入本文。
工业实用性
如上所述，按照本发明，确定了关于轴承装置在形变方向上的振动的传递函数，使得精确地确定出轴承装置的径向刚度成为可能。
此外，按照本发明，使包含在内圈和外圈中的每一个中的等相和等幅振动分量(除了由轴承装置的刚度造成的振动之外的振动分量)得以彼此分离，以确定径向共振频率(特征频率)。尤其是，当质量块安装在外圈安装部件上以增加包括外圈和外圈安装部件的可动部分的质量和转动惯量时，可以容易地进行共振峰值的检测。这是因为可动部分的质量的提高使得减小由径向刚度造成的共振频率和提高共振峰值的幅度成为可能。此外，转动惯量的提高实现了圆锥模式下的轴承装置的共振频率的有效降低，使得增大与径向平移模式的差并因此进行共振频率的精确测量成为可能。
而且，轴承装置的径向刚度或共振频率能够落在预定的范围内，使得在轴承装置与例如一个摆臂结合在一起的时候可以容易地有效调整伺服系统。此外，能大幅提高径向刚度或共振频率的测量精度。而且径向刚度和共振频率的测量精度的提高能够稳定在共振模式下压配合的枢轴的品质。
这样，可以提供一种轴承装置制造装置和方法，该装置和方法能够在制造轴承装置的同时精确地确定其径向刚度。

Claims (11)

1、一种估算轴承装置的刚度的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承、以及安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：将输入振动提供给所述内圈或安装在所述内圈上的轴的单元；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定轴承装置的刚度。
2、一种估算轴承装置的刚度的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：振动单元，向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；一对输入振动检测单元，检测每个内圈或轴的两个端部的振动；加法单元，对所述一对输入振动检测单元的输出进行相加；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元和加法单元的输出确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
3、一种估算轴承装置的刚度的方法，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，该方法包括：
在外圈上安装质量块；向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；检测每个内圈或轴的两个端部的振动，以获得第一检测振动值和第二检测振动值；将第一检测振动值和第二检测振动值相加，以得到总和；检测所述外圈安装部件或者质量块的振动，以获得第三检测振动值；从所述第三检测振动值和所述总和确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；然后，基于所述共振频率确定出轴承装置的刚度。
4、一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承、以及安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：将输入振动提供给所述内圈或安装在所述内圈上的轴的单元；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，根据由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
5、一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，其特征在于设置有：振动单元，向内圈或者安装于其上的轴提供径向输入振动；振动检测单元，检测所述外圈安装部件或者安装在外圈安装部件上的质量块的振动；传递函数计算单元，从振动检测单元的输出和所述输入振动确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；和刚度计算单元，基于由所述传递函数计算单元求出的共振频率确定出轴承装置的刚度。
6、一种制造轴承装置的方法，该轴承装置包括具有内圈和外圈的一对轴承、安装在内圈上的轴和安装在外圈上的外圈安装部件，该方法包括：
在外圈上安装质量块；向每个内圈或者轴的两个端部提供径向输入振动；检测每个内圈或轴的两个端部的振动，以获得第一检测振动值和第二检测振动值；将第一检测振动值和第二检测振动值相加，以得到总和；检测所述外圈安装部件或者质量块的振动，以获得第三检测振动值；从所述第三检测振动值和所述总和确定出传递函数，以计算轴承装置的共振频率；然后，基于所述共振频率确定出轴承装置的刚度。
7、一种制造轴承装置的设备，该轴承装置包括具有内圈和外圈的轴承及装配在外圈上外壳，其特征在于对径向刚度、共振频率和反共振频率的至少其中之一进行检测，且当这样检测到的值达到预定值时，终止压配合。
8、按照权利要求7所述的制造轴承装置的设备，其中，设置有振动单元，向内圈或安装在所述内圈中的轴施加径向振动；加载单元，用于压配合；振动检测单元，检测轴或内圈和外壳或外圈上的至少一个位置的振动；和操作控制单元，从由振动检测单元检测到的信号确定出轴承装置的刚度、共振频率或反共振频率。
9、按照权利要求7或8所述的制造轴承装置的设备，其中设置有传递函数计算单元，用于确定共振频率。
10、一种制造轴承装置的方法，包括使用如权利要求7到9中任意一项所述的制造设备来制造轴承装置。
11、一种轴承装置，具有如权利要求6或10中所述的制造方法预先确定的径向刚度。
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