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        一種大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x

        2021-07-22 11:38:08孫建勇江巖胡英貝王冬燕張文濤
        軸承 2021年6期
        關(guān)鍵詞:套圈測(cè)量?jī)x跳動(dòng)

        孫建勇,江巖,胡英貝,王冬燕,張文濤

        (1.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司,河南 洛陽(yáng) 471039;2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng) 471003;3.北京航天動(dòng)力研究所,北京 100076)

        套圈跳動(dòng)是判斷精密軸承旋轉(zhuǎn)精度的重要技術(shù)指標(biāo)[1]。目前,用于精密軸承套圈跳動(dòng)測(cè)量的儀器基本能夠滿(mǎn)足內(nèi)徑300 mm以下軸承的測(cè)量需求,無(wú)法精確測(cè)量更大尺寸軸承的套圈跳動(dòng)。因此,研制了一種大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x,同時(shí)引入軸系回轉(zhuǎn)精度誤差分離理論,分離出套圈的形狀誤差和跳動(dòng)。

        1 主要技術(shù)指標(biāo)

        根據(jù)大型滾動(dòng)軸承的測(cè)量要求,測(cè)量?jī)x需滿(mǎn)足:

        1)內(nèi)徑測(cè)量范圍300~1 600 mm,外徑測(cè)量范圍400~2 000 mm。

        2)跳動(dòng)測(cè)量重復(fù)性誤差不大于5 μm,形狀誤差測(cè)量重復(fù)性誤差不大于1 μm。

        2 數(shù)學(xué)模型

        常用的誤差分離方法有兩點(diǎn)法和三點(diǎn)法,兩點(diǎn)法由三點(diǎn)法發(fā)展而來(lái),但其無(wú)法完全分離零件的偏心誤差,導(dǎo)致分離結(jié)果存在誤差,因此,軸向跳動(dòng)測(cè)量采用兩點(diǎn)法,徑向跳動(dòng)測(cè)量采用三點(diǎn)法。

        2.1 軸向跳動(dòng)測(cè)量(兩點(diǎn)法)

        兩點(diǎn)法的測(cè)量原理如圖1所示,將2個(gè)特性非常接近的傳感器S1和S2在圓周方向相隔180°對(duì)稱(chēng)安裝,軸承旋轉(zhuǎn)一圈采樣n個(gè)點(diǎn),對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行如下處理:1)求測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值;2)求殘余誤差并消除常數(shù)項(xiàng);3)消除軸承安裝偏心對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;4)分離出軸承的端面跳動(dòng),求得軸承的回轉(zhuǎn)誤差信號(hào)[2-4]。

        圖1 兩點(diǎn)法測(cè)量原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of two-point method measurement

        傳感器在第i點(diǎn)測(cè)得的端面跳動(dòng)信號(hào)S1(i)和S2(i)分別為

        (1)

        在第i點(diǎn)對(duì)應(yīng)的180°位置則有

        (2)

        將(1),(2)式進(jìn)行線性迭加可得軸承第i點(diǎn)的圓度誤差信號(hào)R(i)和回轉(zhuǎn)誤差信號(hào)E(i),即

        (3)

        以此類(lèi)推,可測(cè)得被測(cè)軸承上各點(diǎn)的圓度誤差信號(hào)和回轉(zhuǎn)誤差信號(hào)。

        2.2 徑向跳動(dòng)測(cè)量(三點(diǎn)法)

        如圖2所示,將3個(gè)特性非常接近的傳感器互成角度安裝,用于測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的徑向回轉(zhuǎn)誤差,測(cè)量具體步驟如下:

        圖2 近似三點(diǎn)法測(cè)量原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of approximate three-point method measurement

        1)三測(cè)頭信號(hào)的優(yōu)化組合,消除組合信號(hào)中的回轉(zhuǎn)誤差量。

        2)對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉正變換,轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。

        3)將組合信號(hào)頻域值除以權(quán)函數(shù),得到圓度誤差的頻域值。

        4)對(duì)圓度誤差的頻域值進(jìn)行快速傅里葉逆變換,還原為圓度誤差的時(shí)域信號(hào)。

        5)從組合信號(hào)中剔除掉圓度誤差信號(hào),從而分離出軸承的回轉(zhuǎn)誤差信號(hào)。

        3 機(jī)械設(shè)計(jì)

        如圖3所示,大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x主要由工作臺(tái)、直線模組、直線導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)、傳感器及調(diào)整裝置等構(gòu)成。

        1—皮帶輪;2—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī);3—過(guò)渡軸;4—工作臺(tái);5—萬(wàn)向聯(lián)軸器;6—載荷塊;7—被測(cè)軸承;8—大理石工作臺(tái);9—機(jī)架;10—調(diào)整直線模組(2套);11—徑向傳感器及調(diào)整裝置(3套);12—軸向傳感器及調(diào)整裝置(2套);13—定位直線導(dǎo)軌圖3 大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of measuring instrument for rotating accuracy of large-size rolling bearing

        測(cè)量?jī)x的工作原理為:通過(guò)定位直線導(dǎo)軌和調(diào)整直線模組對(duì)被測(cè)軸承進(jìn)行定心;調(diào)整3個(gè)徑向傳感器,使其接觸被測(cè)軸承套圈的徑向表面,使2個(gè)軸向傳感器接觸軸承套圈的軸向表面;通過(guò)載荷塊對(duì)被測(cè)軸承套圈軸向進(jìn)行加載,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)精密軸系回轉(zhuǎn),進(jìn)而通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器及撥叉驅(qū)動(dòng)被測(cè)軸承套圈旋轉(zhuǎn);轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),即可得到套圈的徑向、軸向跳動(dòng)以及形狀誤差。其中,測(cè)量?jī)?nèi)圈時(shí)的軸承裝配定位如圖4所示。

        1—電動(dòng)機(jī);2—磁環(huán)編碼器;3—過(guò)渡軸;4—被測(cè)軸承;5—載荷塊;6—徑向傳感器;7—軸向傳感器;8—限位塊;9—直線導(dǎo)軌圖4 軸承內(nèi)圈跳動(dòng)測(cè)量定位示意圖Fig.4 Positioning diagram of bearing inner ring runout measurment

        對(duì)于不同尺寸軸承的測(cè)量,只需調(diào)整定位直線導(dǎo)軌和調(diào)整直線模組的滑座位置,同步調(diào)整傳感器安裝直線導(dǎo)軌滑座位置,即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

        4 軟件及電氣設(shè)計(jì)

        4.1 電氣設(shè)計(jì)

        測(cè)量?jī)x電氣設(shè)計(jì)原理如圖5所示,計(jì)算機(jī)通過(guò)I/O電路板控制電磁閥,控制氣缸的升降和噴嘴的通斷,徑向和軸向傳感器通過(guò)前置檢測(cè)電路將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至A/D數(shù)據(jù)卡,進(jìn)入計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件進(jìn)行分析處理并輸出測(cè)量結(jié)果。

        圖5 大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x電氣原理圖Fig.5 Electrical schematic diagram of measuring instrument for rotating accuracy of large-size rolling bearing

        4.2 軟件設(shè)計(jì)

        測(cè)量?jī)x軟件基于LabWindows/CVI虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā),運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上,測(cè)量主界面如圖6所示。

        圖6 測(cè)量主界面圖Fig.6 Diagram of measuring main interface

        在測(cè)量主界面中,可以對(duì)測(cè)量圈數(shù)進(jìn)行設(shè)定,默認(rèn)為3圈;需要更換被測(cè)軸承時(shí),可以輸入定位位置,設(shè)置直線模組驅(qū)動(dòng)速度及方式。測(cè)量完成后會(huì)顯示變化曲線和測(cè)量結(jié)果,圖形可以進(jìn)行多倍率放大選擇;結(jié)果可保存或?qū)С鰹镋xcel文件,也可直接進(jìn)行打印。

        5 結(jié)果分析

        在該大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x上對(duì) 61868型深溝球軸承(內(nèi)徑340 mm,外徑420 mm,寬度38 mm)進(jìn)行跳動(dòng)測(cè)量,結(jié)果見(jiàn)表1。其中,重復(fù)性誤差采用極差計(jì)算方法,即重復(fù)性誤差等于測(cè)量結(jié)果樣本中最大值與最小值之差。

        表1 61868軸承跳動(dòng)測(cè)量結(jié)果Tab.1 Runout measurement results for 61868 bearing μm

        由測(cè)量結(jié)果可知,該大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量?jī)x能夠分離出套圈跳動(dòng)和形狀誤差,測(cè)量重復(fù)性誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        研制了基于誤差分離的用于大型滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)精度精確測(cè)量的專(zhuān)用儀器,在大型軸承旋轉(zhuǎn)精度測(cè)量的同時(shí)分離出其本身的形狀誤差,得到更為真實(shí)的旋轉(zhuǎn)精度。經(jīng)過(guò)調(diào)試試驗(yàn),該測(cè)試儀器能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,目前,該測(cè)量?jī)x已經(jīng)交付客戶(hù),使用穩(wěn)定、可靠,取得了良好的效益。

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