一种大型精密轴承径向游隙多功能自动测量方法及测量仪[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101216283A [43]公开日2008年7月9日
[21]申请号200810049053.7[22]申请日2008.01.04
[21]申请号200810049053.7
[71]申请人洛阳轴研科技股份有限公司
地址471039河南省洛阳市吉林路中段1号
[72]发明人朱孔敏 宋晓波 熊子健 张慧 姜力 邓
洛平 [74]专利代理机构洛阳市凯旋专利事务所代理人符继超
[51]Int.CI.G01B 7/14 (2006.01)G01M 13/04 (2006.01)
权利要求书 4 页 说明书 6 页 附图 2 页
[54]发明名称
一种大型精密轴承径向游隙多功能自动测量方法
及测量仪
[57]摘要
一种大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量
方法，采用静态测量、动态测量和三点测量，三种
测量方式同时放在一台测量仪上实现，可自动加载
和自动测量。

该测量仪主要由电气系统(1)、测量
基座(2)、传感器支座(3)、传感器调整螺母(4)、
电感传感器(5)、上气缸支座(6)、上加载气缸(7)、
测量芯轴(9)、测量主轴(10)、下加载气缸(11)、
下气缸支座(12)、测量支架(13)、同步电机(14)、
霍尔元件(15)、带轮和齿形带(16)、精密调压阀
(17)、精密压力表(18)构成。

该测量仪为大型精密
轴承径向游隙进行高精密测量提供可靠检测分析数
据，并且能对被测轴承(8)进行多功能、自动地测
量、快速检测。

200810049053.7权 利 要 求 书第1/4页 1.一种大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量方法，其特征在于：该测量方法采用静态测量、动态测量和三点测量，这三种测量方式同时放在一台测量仪上实现，可自动加载和自动测量；静态测量时，测量主轴不旋转，内圈固定，被测轴承的外圈在上、下载荷的作用下相对内圈从一个极限位置移动到相反极限位置的位移量即径向游隙值，这种测量方式适合目前轴承用户的检测习惯；动态测量时，同步电机始终带动高精密测量主轴和被测轴承内圈旋转，内圈由紧固螺母固定紧，相对测量主轴不作轴向运动，上、下载荷加载头作用在被测轴承上、下侧中部，使轴承外圈不作圆周运动，并在测量主轴旋转时使被测轴承钢球落入沟底，在上、下载荷的作用下，内圈旋转一周后，电路经过运算就可显示出外圈相对内圈的一个极限位置单侧的位移量平均值，两个极限位置的位移量变化值即径向游隙值，动态测量方式符合轴承的实际工作状态，且能有效排除球位误差，测量重复性很高，而且动态测量方式采用和差运算的测量原理，径向游隙的测量结果是外圈两个极限位置的测头位移量平均值的差值，因为安装测量芯轴的径向跳动对测头位移量的影响基本相同，经和差运算后，在一定程度上消除了安装测量芯轴的径向跳动所带来的影响，相应地保证了测值的准确性和可靠性；三点测量方式与上述两种方式的区别在于通过电路自动控制轴承内外圈相对旋转120°，即一周内进行三点测量，在测量点附近测量主轴自动左右摆动几次，保证轴承钢球落入沟底，在每一点的测量过程中测量主轴静止，测量载荷自动上下加载，这种测量方式适合企业按照国家有关标准进行轴承游隙检测的需要。

2.如权利要求1所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量方法，其特征在于：根据其上述测量方法实施的测量流程是将被测轴承安装好并且上下加载气缸调整完毕后，在上载荷作用下将传感器显示的位移值调整到测量量程内，然后根据被测的径向游隙值选择测量两成，再选择测量方式；
1)静态自动测量顺序为：启动上加载，测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，测量2，显示测量2值，进而得到静态径向游隙值；
2)动态自动测量顺序为：启动上加载，主轴旋转1周，测量1，取平均值，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴旋转1周，测量2，取平均值，显示测量2值，进而得到动态径向游隙值；
3)三点自动测量顺序为：启动上加载，主轴摆动，摆动停止后测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴摆动，摆动停止后测量2，显示测量2值，进而得到第1点的静态径向游隙值，然后主轴旋转120°停止，采用与第1点同样的测量方式可得到第2点的静态径向游隙值，同理得到第3点的静态径向游隙值，三点算术平均就可得到轴承的径向游隙平均值。

3.如权利要求1、2所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量仪，其特征在于：该测量仪主要由电气系统(1)、测量基座(2)、传感器支座(3)、传感器调整螺母(4)、电感传感器(5)、上气缸支座(6)、上加载气缸(7)、测量芯轴(9)、测量主轴(10)、下加载气缸(11)、下气缸支座(12)、测量支架(13)、同步电机(14)、霍尔元件(15)、带轮和齿形带(16)、精密调压阀(17)、精密压力表(18)构成，其中测量基座(2)固定在测量支架(13)之上，电气系统(1)置于测量基座(2)上方，测量主轴(10)固定在测量基座
(2)中间的轴套内，测量芯轴(9)安装在高精密的测量主轴(10)前端，被测轴承(8)安装在测量芯轴(9)上，测量基座(2)右侧的面板上或在测量主轴(10)两侧对称开有上、下通槽，上气缸支座(6)安装在测量主轴(10)上部的通槽中，下气缸支座(12)安装在测量主轴(10)下部的通槽中，并可沿测量基座(2)的通槽上下精密移动，上加载气缸(7)安装在上气缸支座(6)的下侧，下加载气缸(11)安装在下气缸支座(12)的上侧，电感传感器(5)通过传感器支座(3)安装在上加载气缸(7)的上侧测量基座(2)的槽中，并可由传感器调整螺母(4)调整电感传感器(5)的上下位置，上加载气缸(7)中间开有通孔，电感传感器(5)的测头穿过上加载气缸(7)中间的通孔，施加在被测轴承(8)的外圈上侧中间，上加载气缸(7)和下加载气缸(11)的加载头直接作用于被测轴承(8)外圈的上、下侧中央，分别对被测轴承(8)的外圈进行自动加载，为被测轴承(8)提供上、下载荷，测量主轴(10)的后端与同步电机(14)通过带轮和齿形带(16)联接，霍尔元件(15)固定在测量基座(2)上与测量主轴(10)联接的带轮后侧，对测量主轴(10)的转速进行测定，在测量基座(2)的上、下两侧各固定一套精密调压阀(17)和精密压力表(18)，可精密控制和调节上、下加载气缸(7、11)的载荷值。

4.如权利要求1、2、3所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量仪，其特征在于：其电气系统(1)包含计算机、前置电路、测速电路、控制电路、同步电机(14)、I/O口、电磁阀、A/D转换器、霍尔元件(15)和电感传感器(5)，联接方式如下：
1)计算机同时处理I/O口和A/D转换器；
2)I/O口通过控制电路控制电磁阀，加载气缸的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀
(17)调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O 输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作；
3)电磁阀采用两个二位五通阀，分别控制上加载气缸(7)和下加载气缸(11)，分别完成上加载或下加载动作；
4)A/D转换器接口控制前置电路和电感传感器(5)；
5)霍尔元件(15)集的信号经测速电路转换后进入计算机，并由计算机通过控制电路和I/O口控制同步电机(14)的转动或停止；
6)电感传感器(5)采集的数据经过前置处理，并经过A/D转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果。

200810049053.7说 明 书第1/6页一种大型精密轴承径向游隙多功能自动测量方法及测量仪
技术领域
本发明属于轴承测量技术领域，特别涉及到一种大型精密轴承径向游隙多功能自动测量方法及测量仪。

背景技术
近年来，国内对高精密轴承需求的品种和数量越来越多，并对大型轴承的径向游隙进行了严格控制。

目前国内已经面向市场产品化的内径大于100mm的轴承径向游隙测量仪器主要有X095J径向游隙静态测量仪，该仪器存在以下缺陷：
一、纯机械式静态测量，不能反映轴承实际工作状态，而且造成因球位而产生的误差。

二、显示方式为机械表显示，数据处理均由人工完成，效率低，精度差，主观误差大，从而不能满足大型精密轴承的测量要求；
三、加载和测量均为手动单步操作，操作麻烦，耗时长，且容易产生误差，而用户要求完成自动加载和自动测量；
四、加载结构采用杠杆式结构，容易产生因上下杠杆加载不平行而造成的测量误差。

五、目前这些仪器测量方式单一，只有静态测量一种功能，而用户经常要求进行静态、动态以及三点等各种测量方式。

发明内容
为解决现有技术的不足之处，本发明提供了一种大型精密轴承径向游隙的
多功能自动测量方法及测量仪，利用该测量方法及测量仪，解决了大型精密轴承径向游隙进行高精密测量的难题，为轴承的装配和使用提供可靠的检测分析数据，并且能对被测轴承进行多功能、自动地测量，满足轴承用户的针对各种类型轴承的快速检测需要。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量方法，该测量方法采用静态测量、动态测量和三点测量，这三种测量方式同时放在一台测量仪上实现，可自动加载和自动测量；静态测量时，测量主轴不旋转，内圈固定，被测轴承的外圈在上、下载荷的作用下相对内圈从一个极限位置移动到相反极限位置的位移量即径向游隙值，这种测量方式适合目前轴承用户的检测习惯；动态测量时，同步电机始终带动高精密测量主轴和被测轴承内圈旋转，内圈由紧固螺母固定紧，相对测量主轴不作轴向运动，上、下载荷加载头作用在被测轴承上、下侧中部，使轴承外圈不作圆周运动，并在测量主轴旋转时使被测轴承钢球落入沟底，在上、下载荷的作用下，内圈旋转一周后，电路经过运算就可显示出外圈相对内圈的一个极限位置单侧的位移量平均值，两个极限位置的位移量变化值即径向游隙值，动态测量方式符合轴承的实际工作状态，且能有效排除球位误差，测量重复性很高，而且动态测量方式采用和差运算的测量原理，径向游隙的测量结果是外圈两个极限位置的测头位移量平均值的差值，因为安装测量芯轴的径向跳动对测头位移量的影响基本相同，经和差运算后，在一定程度上消除了安装测量芯轴的径向跳动所带来的影响，相应地保证了测值的准确性和可靠性；三点测量方式与上述两种方式的区别在于通过电路自动控制轴承内外圈相对旋转120°，即一周内进行三点测量，在测量点附近测量主轴自动左右摆动几次，保证轴承钢球落入沟底，在每一点的测量过程中测量主轴静止，测量载荷自动上下加载，这种测量方式适合企业按照国家有关标准进行轴承游隙检测的需要。

所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量方法，根据其上述测量方法实施的测量流程是将被测轴承安装好并且上下加载气缸调整完毕后，在上载
荷作用下将传感器显示的位移值调整到测量量程内，然后根据被测的径向游隙值选择测量两成，再选择测量方式；
1)静态自动测量顺序为：启动上加载，测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，测量2，显示测量2值，进而得到静态径向游隙值；
2)动态自动测量顺序为：启动上加载，主轴旋转1周，测量1，取平均值，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴旋转1周，测量2，取平均值，显示测量2值，进而得到动态径向游隙值；
3)三点自动测量顺序为：启动上加载，主轴摆动，摆动停止后测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴摆动，摆动停止后测量2，显示测量2值，进而得到第1点的静态径向游隙值，然后主轴旋转120°停止，采用与第1点同样的测量方式可得到第2点的静态径向游隙值，同理得到第3点的静态径向游隙值，三点算术平均就可得到轴承的径向游隙平均值。

所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量仪，主要由电气系统、测量基座、传感器支座、传感器调整螺母、电感传感器、上气缸支座、上加载气缸、测量芯轴、测量主轴、下加载气缸、下气缸支座、测量支架、同步电机、霍尔元件、带轮和齿形带、精密调压阀、精密压力表构成，其中测量基座固定在测量支架之上，电气系统置于测量基座上方，测量主轴固定在测量基座中间的轴套内，测量芯轴安装在高精密的测量主轴前端，被测轴承安装在测量芯轴上，测量基座右侧的面板上或在测量主轴两侧对称开有上、下通槽，上气缸支座安装在测量主轴上部的通槽中，下气缸支座安装在测量主轴下部的通槽中，并可沿测量基座的通槽上下精密移动，上加载气缸安装在上气缸支座的下侧，下加载气缸安装在下气缸支座的上侧，电感传感器通过传感器支座安装在上加载气缸的上侧测量基座的槽中，并可由传感器调整螺钉调整电感传感器的上下位置，上加载气缸中间开有通孔，电感传感器的测头穿过上载荷加载气缸中间的通孔，施加在被测轴承的外圈上侧中间，上加载气缸和下加载气缸的加载头直接作用于被测轴承外圈的上、下侧中央，分别对被测轴承的外圈进行自动加
载，为被测轴承提供上、下载荷，测量主轴的后端与电机通过带轮和齿形带联接，霍尔元件固定在测量基座上与测量主轴联接的带轮后侧，对测量主轴的转速进行测定，在测量基座的上、下两侧各固定一套精密调压阀和精密压力表，可精密控制和调节上、下加载气缸的载荷值。

所述的大型精密轴承径向游隙的多功能自动测量仪，其电气系统包含计算机、前置电路、测速电路、控制电路、同步电机、I/O口、电磁阀、A/D转换器、霍尔元件和电感传感器，联接方式如下：
1)计算机同时处理I/O口和A/D转换器；
2)I/O口通过控制电路控制电磁阀，加载气缸的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作；
3)电磁阀采用两个二位五通阀，分别控制上加载气缸和下加载气缸，分别完成上加载或下加载动作；
4)A/D转换器接口控制前置电路和电感传感器；
5)霍尔元件集的信号经测速电路转换后进入计算机，并由计算机通过控制电路和I/O口控制同步电机的转动或停止；
6)电感传感器采集的数据经过前置处理，并经过A/D转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果。

由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性： 1.可以对100mm以上的大型精密轴承的径向游隙进行静态、动态和三点测量等三种方式的测量；
2.可以对轴承的径向游隙进行自动加载和自动测量，只需要按一个测量键就可完成全部加载和测量过程；
3.采用气动加载，并采用精密调压阀和精密压力表，可对测量载荷精确控制，可提高测量值的准确性和可靠性；
4.加载头直接作用于轴承外圈上下侧中央，消除了因杠杆加载造成的测量误差；
5.采用电感传感器和测量电路，可以对大型轴承的径向游隙进行高精密测量，为100mm以上的精密轴承提供了径向游隙的测量标准。

附图说明
图1是本发明的测量仪结构示意图。

图2是本发明的电气系统框图。

图3是本发明的测量流程图。

图1中：1-电气系统；2-测量基座；3-传感器支座；4-传感器调整螺母；5-电感传感器；6-上气缸支座；7-上加载气缸；8-被测轴承；9-测量芯轴；10-测量主轴；11-下加载气缸；12-下气缸支座；13-测量支架；14 -同步电机；15-霍尔元件；16-带轮和齿形带；17-精密调压阀；18-精密压力表。

具体实施方式
如图1所示：被测轴承(8)安装在测量芯轴(9)上，上下加载气缸(7)和(11)的加载头分别作用在被测轴承(8)外圈的上下侧中间(保留一定间隙)，电感传感器(5)测头作用在被测轴承(8)的外圈上侧中间；同步电机(14)通过带轮和齿形带(16)带动测量主轴(10)旋转，进而带动测量芯轴(9)旋转，安装在测量芯轴上的被测轴承(8)的内圈同速转动。

上下加载气缸(7)和(11)分别对被测轴承(8)的外圈施加上下载荷，载荷大小由精密压力表(18)和精密调压阀(17)进行显示和调整，并由控制电路通过电磁阀进行节奏控制。

控制电路同时可以控制同步电机(14)的旋转或停止。

主轴的转速可通过霍尔元件(15)进行测量。

如图2所示：电感传感器(5)采集的数据经过前置处理，并经过A/D
200810049053.7说 明 书 第6/6页转换器后由计算机对其进行数据处理并得到所需的测量结果；霍尔元件(15)通过测速电路将采集到的速度信号送入计算机，计算机程序发出的指令通过控制电路和I/O口控制同步电机(14)的转动或停止；加载气缸的指令控制由计算机给出，通过控制电路经I/O口输出给电磁阀，电磁阀输出压力的大小由精密调压阀调节后控制加载气缸完成加载动作；测量完成后，给出卸载指令，经I/O输出，通过控制电路控制加载气缸完成卸载动作。

如图3所示：被测轴承安装好并且上下加载气缸调整完毕后，在上载荷作用下将传感器显示的位移值调整到测量量程内，然后根据被测的径向游隙值选择测量两成，再选择测量方式；静态自动测量顺序为：启动上加载，测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，测量2，显示测量2值，进而得到静态径向游隙值；动态自动测量顺序为：启动上加载，主轴旋转1周，测量1，取平均值，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴旋转1周，测量2，取平均值，显示测量2值，进而得到动态径向游隙值；三点自动测量顺序为：启动上加载，主轴摆动，摆动停止后测量1，显示测量1值，启动下加载，关闭上加载，主轴摆动，摆动停止后测量2，显示测量2值，进而得到第1点的静态径向游隙值，然后主轴旋转120°停止，采用与第1点同样的测量方式可得到第2点的静态径向游隙值，同理得到第3点的静态径向游隙值，三点算术平均就可得到轴承的径向游隙平均值。

测量过程中如果操作不当或超差，测量程序会作报警处理。

200810049053.7说 明 书 附 图第1/2页
200810049053.7说 明 书 附 图 第2/2页。