调心滚子轴承滚道曲率半径和中心位置测量仪

垫Ｉ技　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１５．０１．０２１　调心滚子轴承滚道曲率半径和中心位置测量仪　陈　虹　（广州大学，广东广州Ｉ　５１０００６）　摘要：调心滚子轴承的生产工艺设备落后，制造水准较低，测试手段较落后等因素直接影响其质量的提高。目前，国内制造厂　家基本上采用样板法和测量双滚道对称度的方法来间接测量内圈滚道曲率半径和曲率中心位置。该方法误差大，精度低。介绍　一种调心滚子轴承滚道曲率半径和中心位置测量仪，其使用方便，测量精度高，是适用于工序问检查站的测量仪器。　关键词：测量仪；曲率半径和中心位置；调心滚子轴承　中图分类号：ＴＨ１３３．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９４９２（２０１５）０１—００７９—０３　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｒｏｌｌｅｒ　Ｂｅａｒｉｎｇｓ　Ｒａｃｅｗａｙ　Ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ＣＨＥＮ　Ｈｏｎｇ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｒｏｌｌｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｂａｃｋｗａｒｄ，ｌｏｗｅｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ｍｅａｎｓ　ｍｏｒｅ　ｂａｃｋｗａｒｄ　ａ　ｄｉｒｅｃｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ　ａｒｅ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｙｍｍｅｔｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｌａｗ　ａｎｄ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｒａｃｅｗａｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ｅｅｎｔｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｒｉｎｇ　ｒａｃｅｗａｙ．Ｓｕｃｈ　ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｅｒｒｏｒｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｓ　ｌｏｗ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ａ　ｓｅｒｆ－ａｌｉｇｎｉｎｇ　ｒｏｌｌｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｒａｃｅｗａｙ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ｒａｄｉｕｓ　ａｎｄ　ｃｅｎｔｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｕｓｅ，ｈｉｇｈ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｆｏｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｈｅｃｋｐｏｉｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ：ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｃｕｒｖａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ；ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｒｏｌｌｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇｓ．　０引言　调心滚子轴承的生产工艺设备落后，制造水　１仪器构成　１．１仪器结构　准较低，测试手段较落后等因素直接影响其质量　的提高ｎ］。目前，国内制造厂家基本上采用样板法　和测量双滚道对称度的方法来间接测量内圈滚道　曲率半径和曲率中心位置。这种间接测量方法　外滚道曲率中心位置测量仪由机械和电气两　部分组成，主要包括：高精度滚道导轨、传动系　统、升降系统、定位机构、封闭式光栅传感器、　光栅细分接口卡和计算机及软件处理程序。电气　原理框图如图１所示。　误差大，精度低。随着我国轴承工业发展，提　高调心滚子轴承质量的研究势在必行。本文介　绍一种测量自动调心滚子轴承内圈双滚道中心　距专用测量仪，该仪器应用于车间检查站，实　现对调心滚子轴承的内圈外滚道曲率半径偏差　和曲率中心位置的测量，以控制曲率半径偏差　和中心位置，为调心滚子轴承的制造工艺提供　可靠的数据依据［２１。　收稿日期：２０１４—０８—１１　图１　测量仪电气原理框图　匿　技术与机床　机械结构由基座、支　架、齿形带轮、定导轨、动　导轨、光栅传感器、轴承、　偏心轴、微调旋钮、光栅传　感器、吸板、Ｖ型铁和定位　６　尺等组成。结构图如图２所　示。　其中基座为仪器总底座　基础，支架支撑固定定导　１　轨，齿形带轮带动传动系　统，定导轨与　方向平行，　动导轨引导光栅传感器１读　数头沿　轴方向移动，光栅　传感器１测量　轴方向位移　１．基座２．支架３．齿形带轮４．定导轨５．动导轨６．光栅传感器７．轴承８．偏心轴　９．微调旋钮１０．光栅传感器１１．测头１２．吸板ｌ３．ｖ型铁１４．定位尺　图２测量仪结构示意图　量，Ｃ１０￣８５轴承与滚动导轨组成滚动组件，偏　心轴用于调整Ｃ１０￣０８５轴承的预负荷，微调旋钮　实际测量中要测出圆弧上的一系列点　、　坐标值，因此：　ｘ　＋Ｙ　＋Ａ　ｘｔ＋Ｂ　Ｙｌ＋Ｃ＝　Ｉ　；　调整光栅传感器２位置，光栅传感器２测量ｙ轴方　向位移量，吸板用于固定被测工件，Ｖ型铁用于　被测工件定位。　１．２工作原理　根据最小二乘法：　分别求导：　ａ∑△。２／３Ａ＝０；　ａ　△　／ＯＢ＝０；　△　＝ｍｉｎ；　本仪器采用直角坐标法测量双滚道轴承内圈　曲率中心位置和曲率半径【３］。工件被测母线置于坐　ａ∑△　／ＯＣ＝０：　标系　ｙ平面内，并与ｙ轴垂直，封闭式光栅传感　（　＋　２）　＋Ａ　五　＋ＢＺＸｉＥ＋ｃ　五＝０；　∑　＋　ｚ）　＋Ａ　令：　ａｌｌ＝∑五　；ａ１２＝　；　器的光栅尺安装在定导轨上，光栅传感器的读数　头与动导轨固定在一起，形成　轴。长度计位移　＋ＢＥＥ　＋（　＝０；　∑　＋　２）盖＋ＡＥＺ＋　∑　＋Ｃ　＝０；　传感器固定在动导轨上，测头沿ｙ轴方向随工件　被测母线上下移动，测量时，调整ｙ轴方向光栅　传感器的位置，使测头接触被测量工件轮廓时传　感器的测量量程范围之内，测量时均匀转动手　轮，封闭式光栅传感器测出　轴方向位移量，长　度计位移传感器测出ｙ轴方向（工件母线轮廓）　位移量，将这两个测量值分别通过接口与光栅细　口　，＝∑　；　ａ　＝一　（疋　＋　）　；　ａ２ｌ＝ＥＸ，　；ａ２２＝∑　；　口２　＝∑　；　ａ２４＝一∑（　＋　。）　；　ａ３ｌ：ＥＸ，；ａ２＝∑　；　ａ３３＝∑ｎ；　＝一∑（　＋　）；　分计数卡连接并输入计算机，计算机程序采用最　小二乘法分别计算出圆心位置及曲率半径，并将　结果显示在计算机屏幕上。　１．３数学模型建立　调心滚子轴承的双沟道均为一段圆弧滚道，　每段弧可视为整圆的一部分。圆的一般方程式：　ｘ　２＋　＋ＡＸ七ＢＹ＋Ｃ＝０　则：　ａ１　＋ａｌ　＋ａ１３Ｃ＝ａ１４；　ａ２ｌＡ＋ａ２　＋ａ２３Ｃ＝ａ２４；　ａ３　＋ａ３　＋ａ　Ｃ＝ａ３４；　且：　ａｌ２＝ａ２１；ａ２３＝ａ３２；ａ１３：ａＭ；　解三元一次方程组，求出Ａ，Ｂ，Ｃ，圆心半　其中Ａ、Ｂ、Ｃ为常数，Ｊ］ｊｆ、】，为圆上某点坐标　值　径为：（．Ａ／２，一Ｂ／２），曲率半径为：　陈　虹：调心滚子轴承滚道曲车半往和中心位置测量仪　塑　垫　＝平　１．４精密导轨设计　本测量仪采用精密滚动导轨。定导轨采用　ＧＣｒｌ５材料制造，四个工作面两两相对，两相对　面平行差为１　Ｉ￣ｍ／２００　ｍｍ，动导轨采用框架组　合，并由ｌ６套Ｃ１００００８５精密微型轴承组成。轴　承分别与动导轨工作面接触，组成滚动付。动、　静导轨配合为可调式。实际工作时把动、静导轨　调整为负间隙配合，以保证Ｃ　１００００８５轴承有一定　预负荷，以增加导轨刚性和精度，实测精度为　２．３　Ｉ￣ｍ／１２０ｍｍ。　１．５传感器及电路设计　根据仪器工作原理，　坐标轴选用贵阳新天　光电科技有限公司的封闭式光栅传感器，型号为　ＪＣＸＦ１，测量量程为１５０　ｍｍ，分辨率１　ｍ；Ｙ坐　标轴选用德国海德汉公司的长度计，型号是　ＭＴ１２７１，量程选用１２　ｍｍ行程，精度±Ｏ．２　ｍ，　直线式光栅传感器，两个光栅传感器分别通过光　栅细分接口卡与计算机连接，光栅传感器将位移　量转化为按正弦规律变化的四路电信号，经过放　大电路进行增益调节放大后，再将电信号进行细　分，通过计数器保存位移的变化量，并经过计算　机系统总线传递给ＣＰＵ进行随机采样，得到光栅　传感器的数据，通过建立的数学模型计算得到调　心滚子轴承的内圈外滚道曲率半径偏差值和曲率　中心的位置坐标值。　本仪器的测量值可为调心滚子轴承的设计、　生产工艺制定提供数据分析基础。　１．６计算机软件设计编程　计算机通过双路光栅细分计数卡接口分别接　受　轴与】，轴的数据采集信息。先向细分卡发送　指令，锁存当前　轴、ｙ轴的测量数据值，保证采　样数据的准确性，计算机实时接受两个并行口送　２．１测量范围　内径：咖２０ｍｍ～咖１００ｍｍ　２．２示值误差　图３软件流程图　２主要技术指标　来的数据　，仪器处于调整状态时，将实时采集的　轴、ｙ轴的测量值显示在计算机屏幕上；处于测　量状态时，先测量第一段弧，根据数学模型　卅计　中心距：±０．０２　ｍｍ　曲率半径±０．１　ｍｍ　２．３示值重复性　中心距±０．０２ｍｍ　算出其圆心位置及半径值，然后手动抬起测头，　越过平台挡边，再进行第二段弧的测量，计算出　第二段弧的圆心位置及半径值，最后再计算出双　滚道中心距离。软件流程图（程序略）如图３所　示。　曲率半径±０．１　ｍｍ　３测试验证　在环境温度２０￣Ｃ，相对湿度６０％的实验条件　下，以　６２．００２　ｍｍ两个外径环规置于ｖ型块上　（下转第１２２页）　交流　性、磁稳定性、化学稳定性以及时间稳定性）以　及永磁体和永磁驱动主机的生产厂家的制造工　艺，同时亦有必要开发出永磁同步电梯驱动主机　永磁体的剩磁密度的在线检验技术。　社．２００７．　［２］陈家盛．电梯结构原理及安装维修［Ｍ］．北京：机械　工业出版社．２０１１．　［３］唐任远．现代永磁电机理论与设计［Ｍ］．北京：机械　工业出版社．１９９７．　５结语与期望　当前，国外各大品牌的电梯公司所生产的永　磁同步主机的电梯基本都有封星装置，而国内品　［４］唐任远．特种电机原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业　出版社．２０１０．　［５］李光中，周定颐．电机及电力拖动［Ｍ］．北京：机械　工业出版社。２０１３．　牌所生产的基本没有。因此，欲提高电梯的安全　性能，最大限度地降低电梯的使用风险，不但需　要进一步完善相关的标准和技术条件，并使其得　到严格执行，也需要提高相应的检验技术、检验　水平以及监督管理水平。　参考文献：　作者简介：刘接胜，男，１９７６年生，广东梅州人，硕士，　工程师。研究领域：检测技术及自动化装置。已发表论文　４篇。　（编辑：向飞）　『１１叶安丽．电梯控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版　（上接第８１页）　定位进行测量，两个环规中心距为ｑｂ　６２．００２　ｍｍ。　重复测试３Ｏ次数据值，如表１。　表１　环规中心距重复性测量值　用户使用，各项指标满足生产需求，为提高调心　滚子轴承的质量提供了可靠的检测手段。该仪器　功能单一，今后改进方向应该使功能多样性，进　步简化操作，使装调、使用更为方便。　一参考文献：　序号　中心距测量值　序号　中心距测量值　序号　中心距测量值　ｌ　６１．９８０　５　１１　６Ｉ．９８９　７　２１　６１．９８０ｌ　［１］姜山，刘英华．双列偏心圆锥滚子轴承内滚道标准件　测量方法［Ｊ］．哈尔滨轴承，２０１１（０２）：７８—７９．　［２］钟华，李峰，孙晓惠．调心滚子轴承内圈滚道磨削方　法和质量控制［Ｊ］．哈尔滨轴承，２０１１（０１）：　７－８，２４．　２　３　４　５　６　７　８　６１．９８３ｌ　６１．９９３１　６１　９９３　３　６１．９８２　３　６１．９８４　６　６１．９８１　３　６１．９８６　８　１２　ｌ３　１４　１５　ｌ６　ｌ７　１８　６１．９９１　９　６１．９８９　２　６１．９９１　６　６１．９８３　９　６１．９７６　７　６１．９８３　２　６１．９９７　５　２２　２３　２４　２５　２６　２７　２８　６１．９８９　９　６１．９８５　９　６１．９９６ｌ　６１．９９００　６１．９９３１　６１．９８２　９　６２．ｏｏ７　５　［３］王长山，陈虹，朱孔敏．Ｒ９０３Ｚ沟曲率测量仪　［Ｊ］．轴承，１９９７（１２）：３５—３８，４２．　［４］郑学坚，周斌．微型计算机原理及其应用［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００１．　［５］余泽通，王超，陈世超．最小条件下圆度误差计算　９　ｌ０　６１．９９３　５　６１．９８７　０　ｌ９　２０　６１．９９１　１　６１．８９７　５　２９　３０　６２．０ｏｏ　６　６２．０１４　０　［Ｊ］．机械研究与应用，２０１０（Ｏ６）：６７—６８．　［６］岳奎．最小二乘圆法评定圆度误差的程序设计　［Ｊ］．工具技术，２００６（ｏ４）：７９—８１．　［７］黄建龙，秦建华，吕汝金，等．圆度误差最小区域法　数学模型的建立及其测量方法［Ｊ］．兰州理工大学学　设测试误差为６（ｍｍ）　＝Ｗｍ．　一　标准值＝６１．９８０１—６２．００２　一０．０１　１　报．２００５（０２）：４０—４２．　＝Ｗｏ，　一　标准值＝６２．０１４０—６２．００２—０．０１２　中心距均小于误差±０．０２　ｍｍ，满足设计指标。　作者简介：陈论文１２篇。　虹，女，１９６２年生，河南人，大学本科，　（编辑：向飞）　４结束语　该仪器原理正确，结构合理，操作方便。经　高级工程师。研究领域：检测技术与自动化装置。已发表　［二］　曩