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與端面跳動是判斷軸承旋轉(zhuǎn)精度的重要指標(biāo)。目前，測量軸承跳動時通過檢測人員手動撥轉(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《滾動軸承 測量和檢驗的原則及方法》，設(shè)計了深溝球軸承和角接觸球軸承外圈徑向跳動和端面跳動專用檢測儀器。

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≤0.001 mm，外圈端面跳動≤0.001 5 mm；測量轉(zhuǎn)速，18 r/min。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)的作用是消除電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時通過主軸帶來的振動和主軸的旋轉(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；2—傳感器調(diào)整裝置；3—端面跳動測量傳感器；4—被測軸承；5—萬向節(jié)；6—抬升手柄；7—主軸；8—載荷塊；9—徑向跳動測量傳感器；10—軸承座

2.2 測量步驟

(1)轉(zhuǎn)動抬升手柄，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)啟動電動機(jī)，通過同步帶帶動主軸、萬向節(jié)及載荷塊同步轉(zhuǎn)動，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軸承外圈同步旋轉(zhuǎn)；

(4)傳感器獲取軸承外圈徑向跳動和端面跳動的變化量，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，由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并同步顯示動態(tài)曲線，給出測量結(jié)果。

3 軟件操作界面和電路設(shè)計

3.1 測量界面

系統(tǒng)軟件基于LabWindows/CVI開發(fā)平臺設(shè)計，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，其含義是從電動機(jī)轉(zhuǎn)動開始到計算機(jī)接收傳感器測量值的時間，目的是在計算機(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，測量真實的跳動值。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1圈，計算機(jī)會定時記錄傳感器測量值中的1 024個測量數(shù)據(jù)。計算機(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)時間和測量圈數(shù)的設(shè)置都是為了避免一些偶然因素對測量結(jié)果的影響。

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

3.2 電路設(shè)計

電路設(shè)計原理如圖3所示，計算機(jī)通過I/O電路板控制同步電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同步電動機(jī)經(jīng)過同步帶減速后帶動主軸旋轉(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值和端面跳動的連續(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值。由表1可以計算出徑向跳動和端面跳動的重復(fù)精度分別為0.06和0.26 μm，均達(dá)到了設(shè)計要求。

表1 跳動量測量結(jié)果 μm

5 結(jié)束語

設(shè)計的軸承外圈跳動量測量儀操作簡單，效率高，性能可靠，能夠快速、精確地檢測軸承外圈徑向跳動和端面跳動，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)和社會效益。