角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承裝配高度測量儀的設(shè)計

摘要：由于角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承內(nèi)、外圈的工作滑動表面均為少半球面，外圈與內(nèi)圈可以相互擺動，如何克服內(nèi)、外圈擺動對角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承裝配高度測量的影響，降低勞動強度，提高檢測效率及精度，成了企業(yè)急待解決的問題。文章設(shè)計了一種專用的測量儀以解決以上問題。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軸承；裝配高度；測量基準(zhǔn)；測量儀

中圖分類號：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0013-03

1 概述

角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承由于球形滑動接觸面積大，傾斜角大，有較大的載荷能力和抗沖擊能力，并具有抗腐蝕、耐磨損、自動調(diào)心、潤滑好或自潤滑型無潤滑物污染的特點，因此廣泛用于速度較低的擺動運動、傾斜運動和旋轉(zhuǎn)運動的場合，如工程液壓油缸、鍛壓機床、工程機械、自動化設(shè)備、汽車減震器、水利機械等。

角接觸關(guān)節(jié)軸承和推力關(guān)節(jié)軸承是我公司六大系列中的兩大系列的主導(dǎo)產(chǎn)品，產(chǎn)品型號繁多，每月都有大批量生產(chǎn)。該產(chǎn)品的裝配高度（如圖3的H值）是一個重要的技術(shù)參數(shù)，特別是自潤滑型的，在成品終檢時屬于全數(shù)檢驗項目。因此，如何提高測量精度及測量效率，降低檢測人員的勞動強度，成為企業(yè)保證批量生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、滿足市場需求急待解決的問題。

2 原有測量方法及存在的問題

由于角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承內(nèi)、外圈的工作滑動表面均為少半球面，外圈與內(nèi)圈可以相互擺動，常用的高度測量儀無法對該參數(shù)進(jìn)行測量。原有的檢測手段主要有兩種：第一種是采用芯軸法測量，如圖1所示。該檢驗方法有四個缺陷：（1）每種型號需配備一根與軸圈內(nèi)徑尺寸一致的芯軸；（2）芯軸與軸圈是間隙配合，間隙太大，測量值誤差大；間隙太小，不容易裝、卸出芯軸，測量困難；（3）檢測大型號且批量大的產(chǎn)品，在裝、卸出芯軸過程中對檢驗人員的體力要求較高，勞動強度大，且稍有不慎可能壓傷手指；（4）每套次測量要重復(fù)裝、卸出芯軸，檢測效率低。第二種用千分尺測量法，如（圖2）所示。用兩把千分尺在產(chǎn)品的對稱位置進(jìn)行測量，測量時需反復(fù)調(diào)整千分尺的測量值，直至兩把千分尺的測量值一致后，此時的測量值即為裝配高度。該種檢驗方法缺陷是：（1）兩把千分尺得多次調(diào)整才能得到測量值，測量繁瑣，效率低，不適合批量測量；（2）需要一定的測量技能，才能得到準(zhǔn)確的測量值。以上兩種測量方法的缺陷主要是為了在測量中克服外圈與內(nèi)圈可以相互擺動而造成的，所以如何在測量中快速保證兩測量基準(zhǔn)面相互平行這個測量難點成為設(shè)計的重點及核心。為此，本人設(shè)計了這臺角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承裝配高度測量儀，以解決這一難題。

3 測量儀的測量原理

由于角接觸（推力）關(guān)節(jié)軸承具有內(nèi)外圈球徑同心且可自動調(diào)心、球面的表面粗糙度小于Ra0.8等特點，所以對軸圈施加較小的壓力F后，如圖3所示，就可使軸圈的基準(zhǔn)面與座圈的基準(zhǔn)面平行，測量此時的H值即為該軸承的裝配高度。

4 測量儀的主要結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)圖3所示的測量原理，可通過圖4的測量機構(gòu)來實現(xiàn)。儀器主要由以下幾個部分組成：基礎(chǔ)裝置（工作臺、立柱、懸臂、V型定位叉、防磨損墊片等）；升降傳動系統(tǒng)（螺紋旋鈕、梯形螺紋軸、壓板）；測量系統(tǒng)（指示儀表架、精度0.01指示儀表）；防過載系統(tǒng)（防過載襯套、手柄等）；V形定位叉（位置可調(diào)節(jié)，定位被測軸承）。為了滿足生產(chǎn)過程中不同型號規(guī)格軸承的檢測，該測量儀設(shè)計時還考慮盡可能覆蓋較多的型號，從GAC25～GAC150，GX10～GX120（軸承座圈公稱外徑Φ30～Φ230mm）均可測量。

5 設(shè)計要點

（1）本測量儀是利用軸承內(nèi)、外圈可相互擺動且球徑同心，可自動調(diào)心的特點設(shè)計的，其中壓板與工作臺是否平行是影響測量精度的一個重要因素。為了保證測量精度，除基礎(chǔ)裝置各相關(guān)部件的剛性及形位公差保證外，梯形螺紋軸外徑與懸臂孔徑的配合間隙，在滿足梯形螺紋軸上下運動靈活的前提下，必須是精密的導(dǎo)向（間隙配合控制在0.02～0.04mm），以消除該間隙對測量精度的影響。

（2）在升降傳動系統(tǒng)中，采用的是工藝性好、螺紋強度高、對中性好的梯形螺紋（導(dǎo)程20、螺距5）進(jìn)行負(fù)荷的傳遞及行程的傳動。該升降機構(gòu)可以實現(xiàn)快速升降運動，提高工作效率，降低勞動強度；同時為防止對測量軸承施加的負(fù)載過大，造成測量儀和產(chǎn)品變形，還特別設(shè)計了一套防過載系統(tǒng)進(jìn)行過載保護(hù)，如圖5所示。手柄帶動防過載襯套及鋼球旋轉(zhuǎn)，同時螺紋旋鈕在壓力鋼球帶動下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)負(fù)載過大時，鋼球被頂起，防過載襯套打滑旋轉(zhuǎn)，從而起到過載保護(hù)作用。

（3）由于角接觸軸承成品的軸圈非基準(zhǔn)面與座圈基準(zhǔn)面處于同一平面，如圖6所示，在軸圈壓平前，A點將低于基準(zhǔn)面，所以測量時必須用支承塊墊高軸承的座圈才能實現(xiàn)裝配高度的測量。為此，我們在工作臺上設(shè)計了兩個可移動的支承塊支承被測軸承。對于推力關(guān)節(jié)軸承，由于軸圈小端面高于座圈基準(zhǔn)面，在軸圈壓平前，A點不會低于基準(zhǔn)面，所以可以拆除支承塊，將軸承直接置于工作臺測量。

以上是該儀器的一些創(chuàng)新點和設(shè)計思路，該儀器設(shè)計的最大創(chuàng)新點在于把原有的兩種測量方法中需努力克服的測量難點（外圈與內(nèi)圈可以相互擺動）轉(zhuǎn)化為設(shè)計思路，并通過測量儀來實現(xiàn)快速、精確的測量。

6 測量誤差分析

（1）從測量原理分析：在該儀器的剛性及制造精度保證（儀器的制造精度主要是指兩方面：梯形螺紋軸外徑與懸臂孔徑配合精度、壓板相對于工作臺的平行度）的前提下，加上防過載系統(tǒng)保護(hù)及被測軸承自動調(diào)心的特點，該儀器的測量精度是可以保證的，并且測量定位快速。

（2）從實際使用進(jìn)行驗證：儀器制造完成后，我們從以下兩個方面對測量誤差進(jìn)行實際驗證：

第一，用不同的標(biāo)準(zhǔn)高度塊進(jìn)行重復(fù)測量驗證，表1為驗證數(shù)據(jù)。

第二，用芯軸測量法和該測量儀測量兩種方法分別對同一套的GAC110S/K軸承的裝配高度進(jìn)行多次重復(fù)測量，驗證其測量結(jié)果的重復(fù)性，測量數(shù)據(jù)如表2。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，測量結(jié)果的測量精度、重復(fù)精度均在0.01mm以內(nèi)；從表2的數(shù)據(jù)可以看出，芯軸法測量較本測量儀測量的重復(fù)精度要差，這和芯軸法的測量缺陷是息息相關(guān)的。綜上，該裝置完全可以滿足產(chǎn)品測量要求（裝配高度公差值均在0.1mm以上）。

7 檢測效率比較

經(jīng)過現(xiàn)場生產(chǎn)的實際應(yīng)用，本測量儀可降低檢驗人員的勞動強度，并且較芯軸法提高檢測效率達(dá)近10倍（以GAC110S/K為例，芯軸法30～40秒/件，本測量儀3～5秒/件）。

8 結(jié)語

該測量儀解決了采用原有檢測方法時檢測精度差、檢驗人員勞動強度大的問題。

該測量儀檢測效率比原有檢測方法提高近10倍，并且可以對同系列不同規(guī)格的軸承進(jìn)行檢測，滿足批量生產(chǎn)的要求。

因此，該測量儀的設(shè)計是成功的。

作者簡介：陳小春（1971—），男，福建漳州人，福建龍溪軸承（集團(tuán)）股份有限公司工程師，研究方向：關(guān)節(jié)軸承檢測技術(shù)及工藝設(shè)計。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）