楊海峰,周軍
哈爾濱焊接研究院有限公司 黑龍江哈爾濱 150028
目前我公司在研發(fā)某重點(diǎn)項(xiàng)目慣性摩擦焊機(jī)時(shí),需要準(zhǔn)確知道在不同頂鍛力作用下,摩擦焊機(jī)主軸箱體內(nèi)軸承的軸向剛度變化,為摩擦焊機(jī)主軸箱體內(nèi)軸承選型和焊后工件縮短量提供數(shù)據(jù)支撐。國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有針對(duì)軸承的軸向剛度的專業(yè)檢測(cè)設(shè)備,我公司決定自主研發(fā)制造軸承軸向剛度檢測(cè)機(jī),對(duì)不同型號(hào)軸承進(jìn)行軸向剛度試驗(yàn),根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù),選擇能夠滿足應(yīng)用到慣性摩擦焊機(jī)主軸箱體內(nèi)的軸承型號(hào)[1-3]。
剛度是機(jī)械零部件在受到外力時(shí)抵抗變形的能力,可以通過(guò)測(cè)量受力變形時(shí)的位移量來(lái)確定。目前在國(guó)內(nèi),軸承剛度測(cè)量還沒(méi)有專門(mén)的測(cè)量數(shù)據(jù)采集儀器,用戶大多只是對(duì)軸承的剛度進(jìn)行理論計(jì)算,也有用比較簡(jiǎn)單的試驗(yàn)裝置對(duì)軸承剛度進(jìn)行校驗(yàn)和測(cè)試,但是只是給出一些零散的剛度值,無(wú)法繪制剛度曲線,不能真實(shí)反映軸承軸向剛度性能[4,5]。針對(duì)以上存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了軸承軸向剛度檢測(cè)機(jī),該檢測(cè)機(jī)是測(cè)量軸承軸向剛度的專用儀器,可以顯示出對(duì)軸承施加不同的軸向力時(shí),軸承的軸向剛度曲線變化,方便分析不同規(guī)格尺寸軸承的性能及裝配到慣性摩擦焊機(jī)后的最佳剛度性能。該檢測(cè)機(jī)能對(duì)不同型號(hào)軸承的軸向剛度進(jìn)行測(cè)定,可以用于軸承生產(chǎn)車間、軸承相關(guān)研究單位和主機(jī)配套廠家[6,7]。
該檢測(cè)機(jī)測(cè)量軸承軸向剛度的范圍如下:軸承內(nèi)徑40~250mm,軸承外徑70~300mm。
測(cè)量裝置選用日本東京精密儀器E-DT-173F-D在線測(cè)量裝置,該裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線連接帶顯示屏的測(cè)量?jī)x表,測(cè)量精度1μm,精度高、可靠性高;采用單獨(dú)的L形片簧支點(diǎn),是沒(méi)有滑動(dòng)和摩擦的機(jī)構(gòu)。測(cè)量裝置是通用性較大的杠桿式測(cè)量裝置,可以在剛度測(cè)量機(jī)上實(shí)現(xiàn)軸向定位,內(nèi)部無(wú)滑動(dòng)磨損部件,實(shí)現(xiàn)了高精度和高可靠性。
測(cè)量數(shù)據(jù)顯示選用的測(cè)量?jī)x表PULCOMV2型,是采用新一代數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)用于在線檢測(cè)控制的儀器。選用大型3色7段LED(發(fā)光二極管),即使遠(yuǎn)離該儀器也能通過(guò)顏色判斷測(cè)量結(jié)果;觸摸屏操作簡(jiǎn)單,界面簡(jiǎn)潔易懂,各種設(shè)定可以通過(guò)對(duì)話形式進(jìn)行操作,用英文和數(shù)字顯示的LCD屏幕(液晶顯示器)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校對(duì)調(diào)整、檢測(cè)數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)輸出和模擬量輸出等功能。該電路系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好及反應(yīng)速度快。測(cè)量?jī)x表樣式如圖1所示。
圖1 測(cè)量?jī)x表
在線測(cè)量裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線與測(cè)量?jī)x表連接,測(cè)量?jī)x表接通220V電源線后,啟動(dòng)測(cè)量?jī)x表上的開(kāi)始鍵,通過(guò)儀表上的觸摸屏設(shè)定初始位置清零,整體測(cè)量系統(tǒng)便會(huì)以現(xiàn)有測(cè)量裝置探頭測(cè)點(diǎn)位置為零點(diǎn),進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出,整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)便處于實(shí)時(shí)檢測(cè)階段,測(cè)量裝置探頭測(cè)點(diǎn)隨著軸承內(nèi)圈位移變化,而產(chǎn)生相應(yīng)的位移,通過(guò)電感傳感器將位移量變化成電量,傳輸?shù)娇刂苾x表進(jìn)行放大采集,測(cè)量?jī)x表液晶顯示屏?xí)?shí)時(shí)顯示采集到的位移數(shù)據(jù)[8]。
軸向剛度檢測(cè)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 軸向剛度檢測(cè)機(jī)結(jié)構(gòu)
將待測(cè)軸承放在支撐套14上,調(diào)整好測(cè)量裝置,讓探頭測(cè)點(diǎn)接觸軸承內(nèi)圈。液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng),液壓缸上端進(jìn)油,液壓缸緩慢下降,液壓缸下降到活塞下邊壓板接觸軸承內(nèi)圈,壓板對(duì)軸承內(nèi)圈加壓,同時(shí)在線測(cè)量裝置的探頭測(cè)點(diǎn)對(duì)軸承內(nèi)圈軸向位移量進(jìn)行測(cè)量,不斷增加壓力,在線測(cè)量裝置檢測(cè)的位移變化數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給測(cè)量?jī)x表,測(cè)量?jī)x表自動(dòng)記錄測(cè)量結(jié)果,測(cè)量結(jié)束,液壓缸下端進(jìn)油,液壓缸活塞向上運(yùn)動(dòng),完成一個(gè)測(cè)量循環(huán)。測(cè)量?jī)x表會(huì)記錄軸承內(nèi)圈加載壓力,壓力逐漸增大直到最后軸承失效破壞,軸承內(nèi)圈相對(duì)于外圈位移量呈曲線變化,通過(guò)對(duì)多套同型號(hào)產(chǎn)品的測(cè)定后取平均值,不僅可以得到該軸承新產(chǎn)品的剛度曲線變化值,也可以知道該型號(hào)軸承產(chǎn)品軸向最大剛度值,為摩擦焊機(jī)所選用軸承產(chǎn)品最后定型提供數(shù)據(jù)支持。
檢測(cè)機(jī)床身18固定在地面上,底座16裝在床身18上,4個(gè)支柱9與底座16相連,上底板2固定在4個(gè)支柱9上,過(guò)渡盤(pán)3與上底板2連接,下蓋4、過(guò)渡盤(pán)3與液壓缸體5連接在一起,上蓋6與液壓缸體5連接,活塞桿7放在液壓缸體5里,支架20固定在底座16上,4個(gè)支撐環(huán)11固定在支架20上,軸12放在支撐環(huán)11里,支架1固定在軸12上,支板17固定在床身18上,按鈕箱13固定在支板17上,支座15固定在底座16上,支承套14坐在支座15上,工件放在支承套14里,液壓站19放在試驗(yàn)機(jī)后部。
檢測(cè)機(jī)由多個(gè)精密零件組成,由于檢測(cè)機(jī)的測(cè)量精度要求高,軸向壓力大,所以床身采用吸振性好、抗壓強(qiáng)度大的鑄鐵件,增強(qiáng)機(jī)床吸振性和穩(wěn)定性,提高測(cè)量精度,并用地腳螺栓把床身固定在地面上。
加壓液壓缸固定在上底板2上,為了增強(qiáng)活塞下壓的穩(wěn)定性,加大4個(gè)支柱9的尺寸,直徑為80mm,材料選用GCr15,淬火處理提高硬度,增加其抗彎和抗壓性。
根據(jù)試驗(yàn)要求,液壓系統(tǒng)壓力需求較大,由于軸向壓力高,液壓泵采用的是葉片泵,壓力是6.3MPa,排量是25mL/r。液壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件,在液壓轉(zhuǎn)動(dòng)中,液壓泵作為動(dòng)力元件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。根據(jù)試驗(yàn)要求,測(cè)量載荷采用精密軸向加載裝置,可軸向穩(wěn)定地連續(xù)加載,自行設(shè)計(jì)加載液壓缸,液壓缸設(shè)計(jì)采用承壓比較高的結(jié)構(gòu),最大承重5t。
每套被測(cè)軸承對(duì)應(yīng)一套支撐套14,更換測(cè)量不同軸承,需根據(jù)軸承尺寸更換支承套14,測(cè)量裝置在件11移動(dòng),這種結(jié)構(gòu)更換方便。
在線測(cè)量裝置22、微調(diào)裝置23、支架1及軸12相連,支架開(kāi)長(zhǎng)孔可調(diào)整測(cè)量裝置橫向距離,測(cè)量裝置整體可以沿軸12上下移動(dòng)。在線測(cè)量裝置22與微調(diào)裝置23相連,調(diào)整微調(diào)裝置,可使測(cè)頭與待測(cè)軸承內(nèi)圈緊密接觸。
該軸承軸向剛度檢測(cè)機(jī)研發(fā)制造成功后,現(xiàn)已在慣性摩擦焊機(jī)主軸箱體軸承選型上提供數(shù)據(jù)支持,選擇能滿足設(shè)備要求的軸承型號(hào)。實(shí)踐證明該設(shè)備由于使用了鑄鐵件床身和4根支柱支撐液壓缸,機(jī)床在高壓下測(cè)量剛度,機(jī)床工作穩(wěn)定,無(wú)振顫現(xiàn)象,現(xiàn)此設(shè)備已投入使用,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),該設(shè)備性能穩(wěn)定,達(dá)到軸承軸向剛度檢測(cè)要求。