軸承外圈跳動(dòng)量測量儀

郝大慶，李副來，張煒，胡英貝

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

軸承外圈的徑向跳動(dòng)與端面跳動(dòng)是判斷軸承旋轉(zhuǎn)精度的重要指標(biāo)。目前，測量軸承跳動(dòng)時(shí)通過檢測人員手動(dòng)撥轉(zhuǎn)軸承并目測扭簧表的表針讀數(shù)確定檢測數(shù)值，此類方法存在軸承裝夾繁瑣、1次只能測量1個(gè)參數(shù)且人為因素影響大等缺陷[1-2]。因此，根據(jù)GB/T 307.2—2005《滾動(dòng)軸承 測量和檢驗(yàn)的原則及方法》，設(shè)計(jì)了深溝球軸承和角接觸球軸承外圈徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)專用檢測儀器。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)客戶要求及現(xiàn)有技術(shù)條件，確定技術(shù)指標(biāo)為：測量范圍，外徑19～110 mm；重復(fù)精度，外圈徑向跳動(dòng)≤0.001 mm，外圈端面跳動(dòng)≤0.001 5 mm；測量轉(zhuǎn)速，18 r/min。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械機(jī)構(gòu)

測量儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，工作臺(tái)由具有不變形、硬度高、不必防銹處理等優(yōu)點(diǎn)的大理石材料制作，是一個(gè)平面度為0.01 mm的工作基準(zhǔn)面；傳感器調(diào)整裝置能夠保證傳感器測頭到達(dá)測量范圍內(nèi)任一測點(diǎn)位置；萬向節(jié)的作用是消除電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)通過主軸帶來的振動(dòng)和主軸的旋轉(zhuǎn)偏差，并將主軸的旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給載荷塊，萬向節(jié)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如同聯(lián)軸節(jié)，具有一定的柔性偏轉(zhuǎn)特性，也有一定的剛度以承受力的作用；載荷塊通過螺釘連接到萬向節(jié)的底部，其內(nèi)孔設(shè)計(jì)有擋肩以便坐落于軸承外圈端面上，載荷塊內(nèi)孔與被測軸承的外圈為間隙配合，起到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的作用。另外，載荷塊的內(nèi)孔及軸承座的心軸與被測軸承以一定的公差配合，不同型號(hào)的軸承需要更換相應(yīng)尺寸的載荷塊和軸承座以進(jìn)行測量。

1—工作臺(tái)；2—傳感器調(diào)整裝置；3—端面跳動(dòng)測量傳感器；4—被測軸承；5—萬向節(jié)；6—抬升手柄；7—主軸；8—載荷塊；9—徑向跳動(dòng)測量傳感器；10—軸承座

2.2 測量步驟

(1)轉(zhuǎn)動(dòng)抬升手柄，升起主軸、萬向節(jié)及載荷塊(三者連為一體)，將被測軸承放置于軸承座的心軸上，然后再松開手柄，落下主軸、萬向節(jié)及載荷塊，并確保載荷塊的內(nèi)孔與被測軸承的外圈配合良好，以使萬向節(jié)及載荷塊的質(zhì)量全部施加于軸承外圈；

(2)將2個(gè)傳感器擺放固定好，并使其測頭分別接觸被測軸承外圈的徑向表面及下端面；

(3)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過同步帶帶動(dòng)主軸、萬向節(jié)及載荷塊同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由萬向節(jié)和載荷塊的質(zhì)量產(chǎn)生的載荷與軸承外圈端面之間的摩擦力帶動(dòng)軸承外圈同步旋轉(zhuǎn)；

(4)傳感器獲取軸承外圈徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)的變化量，并通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)角爸脵z測電路和A/D數(shù)據(jù)采集卡，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并同步顯示動(dòng)態(tài)曲線，給出測量結(jié)果。

3 軟件操作界面和電路設(shè)計(jì)

3.1 測量界面

系統(tǒng)軟件基于LabWindows/CVI開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)，測量主界面如圖2所示。

圖2 程序測量主界面

測量界面中，測量預(yù)轉(zhuǎn)時(shí)間默認(rèn)為5 s，用戶也可根據(jù)需要設(shè)置為其他數(shù)值，其含義是從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開始到計(jì)算機(jī)接收傳感器測量值的時(shí)間，目的是在計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)前使被測軸承達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以模擬正常使用工況，測量真實(shí)的跳動(dòng)值。測量圈數(shù)一般設(shè)置為5圈，用戶也可以根據(jù)需要重新設(shè)置圈數(shù)，但最小值為1圈。軸承每轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，計(jì)算機(jī)會(huì)定時(shí)記錄傳感器測量值中的1 024個(gè)測量數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶設(shè)置的測量圈數(shù)連續(xù)測量和記錄，最后的結(jié)果是所有測量值的算術(shù)平均值。測量預(yù)轉(zhuǎn)時(shí)間和測量圈數(shù)的設(shè)置都是為了避免一些偶然因素對(duì)測量結(jié)果的影響。

測量完成后，計(jì)算結(jié)果將顯示在界面左下方的表格中，用戶可以對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行保存或?qū)?shù)據(jù)以Excel格式導(dǎo)出并打印。另外，測量過程中程序會(huì)實(shí)時(shí)生成被測軸承的跳動(dòng)曲線，用戶可以選擇不同的放大倍率對(duì)曲線進(jìn)行放大觀察，以便對(duì)軸承的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析。

3.2 電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)原理如圖3所示，計(jì)算機(jī)通過I/O電路板控制同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過同步帶減速后帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，徑向和端面?zhèn)鞲衅魍ㄟ^前置檢測電路將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸/D數(shù)據(jù)采集卡，最后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖3 電路原理圖

4 結(jié)果分析

某6004Z型(帶防塵蓋)軸承的外圈徑向跳動(dòng)值和端面跳動(dòng)的連續(xù)5次測量結(jié)果見表1。重復(fù)精度在這里定義為：多次測量值的算術(shù)平均值與單次測量值之差的最大絕對(duì)值。由表1可以計(jì)算出徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)的重復(fù)精度分別為0.06和0.26 μm，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表1 跳動(dòng)量測量結(jié)果 μm

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)的軸承外圈跳動(dòng)量測量儀操作簡單，效率高，性能可靠，能夠快速、精確地檢測軸承外圈徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)，可廣泛應(yīng)用于軸承檢測部門或軸承在線檢測。目前已有近二十套交付于客戶使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。