一種新型軸承徑向游隙檢測(cè)與分選裝置

鄭曉峰，陸斌超，應(yīng)正平

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，杭州 310053；2.湖州出入境檢驗(yàn)檢疫局，浙江 湖州 313200)

徑向游隙影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、壽命、振動(dòng)與噪聲等，是軸承必檢項(xiàng)目[1-2]。目前，軸承徑向游隙的檢測(cè)方法有塞尺檢測(cè)法、壓鉛檢測(cè)法、專(zhuān)用測(cè)量?jī)x(如X093JB)、在線自動(dòng)檢測(cè)等，塞尺法和專(zhuān)用測(cè)量?jī)x的成本低，但效率不高，且存在人為讀數(shù)誤差；在線自動(dòng)檢測(cè)能進(jìn)行快速準(zhǔn)確地測(cè)量，但成本大，且在線抽檢的軸承仍需手動(dòng)檢測(cè)[3-4]。

為解決上述問(wèn)題，研制了一種新型軸承徑向游隙自動(dòng)檢測(cè)與分選裝置，可實(shí)現(xiàn)軸承徑向游隙的自動(dòng)檢測(cè)與分選(適用于外徑15～120 mm的各類(lèi)滾動(dòng)軸承)，大大提高軸承徑向游隙的檢測(cè)效率。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

徑向游隙自動(dòng)檢測(cè)與分選裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖1所示，主要由送料機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、頂旋機(jī)構(gòu)、分選機(jī)構(gòu)等組成。

1—分選機(jī)構(gòu)；2—頂旋機(jī)構(gòu)；3—夾緊機(jī)構(gòu)； 4—送料機(jī)構(gòu)

1.1 送料機(jī)構(gòu)

送料機(jī)構(gòu)如圖2所示，主要依靠曲柄滑塊和斜管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料。斜管一端可連接流水線(亦可手動(dòng)裝入軸承)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊，將曲柄滑塊的行程控制為一個(gè)被檢軸承的直徑。當(dāng)滑塊右移時(shí)，被檢軸承被推至定位槽中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位并通過(guò)擋片與待檢軸承隔離，同時(shí)滑塊擋住斜管口使其中的軸承無(wú)法自動(dòng)墜落；當(dāng)前被檢軸承完成檢測(cè)后，曲柄滑塊左移，斜管中的軸承借助重力及推力自動(dòng)掉下；然后曲柄滑塊右移，將定位槽中的已檢軸承推至相應(yīng)的分選檔中，并將后一待檢軸承推入定位槽中；周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料。

1—電動(dòng)機(jī)；2—曲柄滑塊； 3—斜管；4—擋片； 5—定位槽

1.2 夾緊機(jī)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)量軸承徑向游隙時(shí)需夾緊內(nèi)圈，移動(dòng)外圈，為此設(shè)計(jì)了如圖3所示的夾緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要由雙頭反牙絲杠、螺母、連接塊、直線導(dǎo)軌、直線軸承滑塊、偏心夾頭組成。

1—反牙絲杠；2—導(dǎo)軌滑塊；3—夾頭；4—絲杠螺母

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由于反牙，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)2個(gè)絲杠螺母相向運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)2個(gè)絲杠螺母背向運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母通過(guò)連接塊與直線軸承滑塊連接，直線軸承滑塊由直線導(dǎo)軌導(dǎo)向。偏心夾頭固定于連接塊一端，連接塊另一端通過(guò)角鐵固定于直線軸承滑塊上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，絲杠螺母在絲杠的帶動(dòng)下相向而行，帶動(dòng)直線軸承滑塊相向移動(dòng)，偏心夾頭夾緊軸承內(nèi)圈；反之，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，偏心夾頭松開(kāi)軸承內(nèi)圈。

1.3 頂旋機(jī)構(gòu)

測(cè)量軸承徑向游隙時(shí)，需要固定內(nèi)圈，并在同一個(gè)徑向交替施加載荷，測(cè)量2次的位移差即為該方向的徑向游隙。在本裝置中，軸承采用豎直裝夾且懸空，當(dāng)頂旋機(jī)構(gòu)上頂時(shí)，施加向上的載荷將軸承外圈頂起，當(dāng)頂旋機(jī)構(gòu)收回時(shí)，軸承外圈受重力作用(替代下壓載荷)恢復(fù)到原位置。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，重力作用與獨(dú)立施加下壓載荷產(chǎn)生的效果相同，為精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，提升檢測(cè)效率，去掉了下壓機(jī)構(gòu)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，需要測(cè)量多個(gè)徑向的游隙，因此，頂旋機(jī)構(gòu)需要完成上頂和旋轉(zhuǎn)軸承外圈2個(gè)動(dòng)作。如圖4所示，頂旋機(jī)構(gòu)由電磁鐵架、電磁鐵、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、輪架、微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。電磁鐵用2個(gè)螺母固定在輪架底部，可以調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)輪被頂起的高度，以適用于不同外徑的軸承。

1—電磁鐵；2—微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；3—轉(zhuǎn)動(dòng)輪；4—輪架； 5—引導(dǎo)桿

上頂動(dòng)作由電磁鐵完成。電磁鐵通電后引導(dǎo)桿向上頂出，通過(guò)頂升裝置向軸承外圈施加一定的載荷，頂起軸承外圈。轉(zhuǎn)動(dòng)輪中間嵌有硅膠材質(zhì)的彈性密封圈，密封圈碰到不同游隙的軸承有一定量的回彈，不但可以保持一定的載荷作用于軸承外圈，也可防止直接剛性接觸。輪架為U形槽結(jié)構(gòu)，一邊固定有微型減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.4 分選機(jī)構(gòu)

如圖5所示，自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條、直線導(dǎo)軌和存放區(qū)等組成。分選時(shí)，根據(jù)激光測(cè)量?jī)x測(cè)出的實(shí)際游隙值分組，并在單片機(jī)的控制下由齒輪齒條將軸承帶至相應(yīng)的存放區(qū)，實(shí)現(xiàn)分選。

1—存放區(qū)；2—齒條；3—直線導(dǎo)軌

2 測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，由激光位移傳感器(重復(fù)性±0.3 μm，分辨率±0.1 μm)、保持架和固定夾板組成。保持架由型材構(gòu)成，固定于裝置平臺(tái)，固定夾板通過(guò)螺釘固定于保持架的左右臂，可根據(jù)激光位移傳感器的測(cè)量范圍自由升降。激光位移傳感器固定于固定夾板上。

1—保持架；2—固定夾板；3—激光位移傳感器；4—螺釘

測(cè)量時(shí)，軸承內(nèi)圈固定，外圈在頂旋機(jī)構(gòu)作用下沿徑向移動(dòng)，通過(guò)激光位移傳感器精確獲取該位移量，然后旋轉(zhuǎn)軸承角度，測(cè)量3個(gè)不同徑向的位移值，最后求平均值作為該軸承的徑向游隙值。由于頂旋機(jī)構(gòu)的作用，軸承內(nèi)圈夾頭可能會(huì)產(chǎn)生微小變形，從而影響測(cè)量準(zhǔn)確性。為此，在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上增加一層橡膠圈，改剛性接觸為柔性接觸，有效地降低了變形量；軟件方面則采取先頂后讀數(shù)的方法，回彈再讀數(shù)，有效避開(kāi)變形量，提高了測(cè)量精度。

顯示界面如圖7所示，由LabVIEW編制而成，其功能包括串口參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收與發(fā)送區(qū)、數(shù)據(jù)文件保存、圖形顯示等。該界面通過(guò)串口與單片機(jī)通信，可在接收區(qū)顯示單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，也可將數(shù)據(jù)繪制在波形圖表中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示[5-7]。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由STC12c5a60S2單片機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電磁鐵驅(qū)動(dòng)器等組成。單片機(jī)通過(guò)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和電磁鐵驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作。部分C語(yǔ)言數(shù)據(jù)采集程序如下所示：

圖7 顯示界面

dct=0; /*頂起軸承外圈及延時(shí)*/ for(i=0;i<1000;i++)

{

for(j=0;j<1000;j++);

}

sendc1(zifuchuan); /*第1次發(fā)送指令*/

m1=DAT[5]%16;

m2=DAT[6]%16;

m3=DAT[7]%16; /*第1次接收數(shù)據(jù)*/

b1=m1*100+m2*10+m3; /*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換*/

dct=1; /*電磁鐵收回及延時(shí)*/

for(i=0;i<1000;i++)

{

for(j=0;j<1000;j++);

}

sendc1(zifuchuan); /*第2次發(fā)送指令*/

m1=DAT2[5]%16;

m2=DAT2[6]%16;

m3=DAT2[7]%16; /*第2次接收數(shù)據(jù)*/

b2=m1*100+m2*10+m3; /*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換*/

cz1=b2-b1; /*相減計(jì)算游隙值*/

4 測(cè)量試驗(yàn)

為驗(yàn)證該裝置的測(cè)試精度，對(duì)6204型標(biāo)準(zhǔn)軸承(通過(guò)計(jì)量測(cè)試研究院檢定，徑向游隙為15.8 μm)進(jìn)行了多次重復(fù)等精度測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)軸承徑向游隙檢測(cè)的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，研制了新型軸承徑向游隙檢測(cè)與分選裝置，實(shí)現(xiàn)了軸承徑向游隙的自動(dòng)化檢測(cè)，可替代現(xiàn)有軸承徑向游隙測(cè)量方法。目前，該設(shè)備已在實(shí)驗(yàn)室試用，由于該裝置可自動(dòng)進(jìn)行送料、裝夾、檢測(cè)及分選，大大提升了檢測(cè)速度；而采用精密激光傳感器不但提高了檢測(cè)精度，還減小了人為讀數(shù)誤差，可有效地對(duì)軸承徑向游隙進(jìn)行檢測(cè)與分選。