鄭曉峰，陸斌超，應(yīng)正平

(1.浙江機電職業(yè)技術(shù)學院 機械工程學院，杭州 310053；2.湖州出入境檢驗檢疫局，浙江 湖州 313200)

徑向游隙影響軸承的運轉(zhuǎn)精度、壽命、振動與噪聲等，是軸承必檢項目[1-2]。目前，軸承徑向游隙的檢測方法有塞尺檢測法、壓鉛檢測法、專用測量儀(如X093JB)、在線自動檢測等，塞尺法和專用測量儀的成本低，但效率不高，且存在人為讀數(shù)誤差；在線自動檢測能進行快速準確地測量，但成本大，且在線抽檢的軸承仍需手動檢測[3-4]。

為解決上述問題，研制了一種新型軸承徑向游隙自動檢測與分選裝置，可實現(xiàn)軸承徑向游隙的自動檢測與分選(適用于外徑15～120 mm的各類滾動軸承)，大大提高軸承徑向游隙的檢測效率。

1 機械結(jié)構(gòu)

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

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

1.1 送料機構(gòu)

送料機構(gòu)如圖2所示，主要依靠曲柄滑塊和斜管實現(xiàn)自動送料。斜管一端可連接流水線(亦可手動裝入軸承)，步進電動機驅(qū)動曲柄滑塊，將曲柄滑塊的行程控制為一個被檢軸承的直徑。當滑塊右移時，被檢軸承被推至定位槽中實現(xiàn)自動定位并通過擋片與待檢軸承隔離，同時滑塊擋住斜管口使其中的軸承無法自動墜落；當前被檢軸承完成檢測后，曲柄滑塊左移，斜管中的軸承借助重力及推力自動掉下；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，實現(xiàn)自動送料。

1—電動機；2—曲柄滑塊； 3—斜管；4—擋片； 5—定位槽

1.2 夾緊機構(gòu)

標準規(guī)定，測量軸承徑向游隙時需夾緊內(nèi)圈，移動外圈，為此設(shè)計了如圖3所示的夾緊機構(gòu)，該機構(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

步進電動機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，由于反牙，電動機正轉(zhuǎn)時2個絲杠螺母相向運動，電動機反轉(zhuǎn)時2個絲杠螺母背向運動。絲杠螺母通過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，連接塊另一端通過角鐵固定于直線軸承滑塊上。步進電動機正轉(zhuǎn)，絲杠螺母在絲杠的帶動下相向而行，帶動直線軸承滑塊相向移動，偏心夾頭夾緊軸承內(nèi)圈；反之，電動機反轉(zhuǎn)，偏心夾頭松開軸承內(nèi)圈。

1.3 頂旋機構(gòu)

測量軸承徑向游隙時，需要固定內(nèi)圈，并在同一個徑向交替施加載荷，測量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，當頂旋機構(gòu)上頂時，施加向上的載荷將軸承外圈頂起，當頂旋機構(gòu)收回時，軸承外圈受重力作用(替代下壓載荷)恢復(fù)到原位置。通過試驗發(fā)現(xiàn)，重力作用與獨立施加下壓載荷產(chǎn)生的效果相同，為精簡結(jié)構(gòu)，提升檢測效率，去掉了下壓機構(gòu)。

根據(jù)標準要求，需要測量多個徑向的游隙，因此，頂旋機構(gòu)需要完成上頂和旋轉(zhuǎn)軸承外圈2個動作。如圖4所示，頂旋機構(gòu)由電磁鐵架、電磁鐵、轉(zhuǎn)動輪、輪架、微型步進電動機構(gòu)成。電磁鐵用2個螺母固定在輪架底部，可以調(diào)整轉(zhuǎn)動輪被頂起的高度，以適用于不同外徑的軸承。

1—電磁鐵；2—微型步進電動機；3—轉(zhuǎn)動輪；4—輪架； 5—引導(dǎo)桿

上頂動作由電磁鐵完成。電磁鐵通電后引導(dǎo)桿向上頂出，通過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電動機，可驅(qū)動轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動。

1.4 分選機構(gòu)

如圖5所示，自動分選機構(gòu)由電動機、齒輪齒條、直線導(dǎo)軌和存放區(qū)等組成。分選時，根據(jù)激光測量儀測出的實際游隙值分組，并在單片機的控制下由齒輪齒條將軸承帶至相應(yīng)的存放區(qū)，實現(xiàn)分選。

1—存放區(qū)；2—齒條；3—直線導(dǎo)軌

2 測量系統(tǒng)

測量系統(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，固定夾板通過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

測量時，軸承內(nèi)圈固定，外圈在頂旋機構(gòu)作用下沿徑向移動，通過激光位移傳感器精確獲取該位移量，然后旋轉(zhuǎn)軸承角度，測量3個不同徑向的位移值，最后求平均值作為該軸承的徑向游隙值。由于頂旋機構(gòu)的作用，軸承內(nèi)圈夾頭可能會產(chǎn)生微小變形，從而影響測量準確性。為此，在轉(zhuǎn)動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)，有效避開變形量，提高了測量精度。

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。該界面通過串口與單片機通信，可在接收區(qū)顯示單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，也可將數(shù)據(jù)繪制在波形圖表中，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實時動態(tài)顯示[5-7]。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由STC12c5a60S2單片機、步進電動機、步進電動機驅(qū)動器、電磁鐵驅(qū)動器等組成。單片機通過控制步進電動機和電磁鐵驅(qū)動器實現(xiàn)相應(yīng)的動作。部分C語言數(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*/ 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*/

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; /*相減計算游隙值*/

4 測量試驗

為驗證該裝置的測試精度，對6204型標準軸承(通過計量測試研究院檢定，徑向游隙為15.8 μm)進行了多次重復(fù)等精度測量，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 數(shù)據(jù)測試結(jié)果

5 結(jié)束語

根據(jù)軸承徑向游隙檢測的現(xiàn)狀與特點，研制了新型軸承徑向游隙檢測與分選裝置，實現(xiàn)了軸承徑向游隙的自動化檢測，可替代現(xiàn)有軸承徑向游隙測量方法。目前，該設(shè)備已在實驗室試用，由于該裝置可自動進行送料、裝夾、檢測及分選，大大提升了檢測速度；而采用精密激光傳感器不但提高了檢測精度，還減小了人為讀數(shù)誤差，可有效地對軸承徑向游隙進行檢測與分選。