楊海峰，周軍

哈爾濱焊接研究院有限公司 黑龍江哈爾濱 150028

1 序言

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。國內(nèi)目前還沒有針對軸承的軸向剛度的專業(yè)檢測設(shè)備，我公司決定自主研發(fā)制造軸承軸向剛度檢測機(jī)，對不同型號軸承進(jìn)行軸向剛度試驗(yàn)，根據(jù)檢測數(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[1-3]。

2 檢測機(jī)技術(shù)要求及特點(diǎn)

剛度是機(jī)械零部件在受到外力時(shí)抵抗變形的能力，可以通過測量受力變形時(shí)的位移量來確定。目前在國內(nèi)，軸承剛度測量還沒有專門的測量數(shù)據(jù)采集儀器，用戶大多只是對軸承的剛度進(jìn)行理論計(jì)算，也有用比較簡單的試驗(yàn)裝置對軸承剛度進(jìn)行校驗(yàn)和測試，但是只是給出一些零散的剛度值，無法繪制剛度曲線，不能真實(shí)反映軸承軸向剛度性能[4，5]。針對以上存在的問題，設(shè)計(jì)了軸承軸向剛度檢測機(jī)，該檢測機(jī)是測量軸承軸向剛度的專用儀器，可以顯示出對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。該檢測機(jī)能對不同型號軸承的軸向剛度進(jìn)行測定，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]。

該檢測機(jī)測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。

測量裝置選用日本東京精密儀器E-DT-173F-D在線測量裝置，該裝置通過數(shù)據(jù)線連接帶顯示屏的測量儀表，測量精度1μm，精度高、可靠性高；采用單獨(dú)的L形片簧支點(diǎn)，是沒有滑動和摩擦的機(jī)構(gòu)。測量裝置是通用性較大的杠桿式測量裝置，可以在剛度測量機(jī)上實(shí)現(xiàn)軸向定位，內(nèi)部無滑動磨損部件，實(shí)現(xiàn)了高精度和高可靠性。

測量數(shù)據(jù)顯示選用的測量儀表PULCOMV2型，是采用新一代數(shù)字信號處理系統(tǒng)及先進(jìn)控制技術(shù)用于在線檢測控制的儀器。選用大型3色7段LED（發(fā)光二極管），即使遠(yuǎn)離該儀器也能通過顏色判斷測量結(jié)果；觸摸屏操作簡單，界面簡潔易懂，各種設(shè)定可以通過對話形式進(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)自動校對調(diào)整、檢測數(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。測量儀表樣式如圖1所示。

圖1 測量儀表

在線測量裝置通過數(shù)據(jù)線與測量儀表連接，測量儀表接通220V電源線后，啟動測量儀表上的開始鍵，通過儀表上的觸摸屏設(shè)定初始位置清零，整體測量系統(tǒng)便會以現(xiàn)有測量裝置探頭測點(diǎn)位置為零點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，整個(gè)測量系統(tǒng)便處于實(shí)時(shí)檢測階段，測量裝置探頭測點(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，測量儀表液晶顯示屏?xí)?shí)時(shí)顯示采集到的位移數(shù)據(jù)[8]。

3 工作原理

軸向剛度檢測機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軸向剛度檢測機(jī)結(jié)構(gòu)

將待測軸承放在支撐套14上，調(diào)整好測量裝置，讓探頭測點(diǎn)接觸軸承內(nèi)圈。液壓泵電動機(jī)起動，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，壓板對軸承內(nèi)圈加壓，同時(shí)在線測量裝置的探頭測點(diǎn)對軸承內(nèi)圈軸向位移量進(jìn)行測量，不斷增加壓力，在線測量裝置檢測的位移變化數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸給測量儀表，測量儀表自動記錄測量結(jié)果，測量結(jié)束，液壓缸下端進(jìn)油，液壓缸活塞向上運(yùn)動，完成一個(gè)測量循環(huán)。測量儀表會記錄軸承內(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)圈相對于外圈位移量呈曲線變化，通過對多套同型號產(chǎn)品的測定后取平均值，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。

4 試驗(yàn)機(jī)各組成件的位置關(guān)系

檢測機(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，過渡盤3與上底板2連接，下蓋4、過渡盤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。

5 檢測機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5.1 床身

檢測機(jī)由多個(gè)精密零件組成，由于檢測機(jī)的測量精度要求高，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，提高測量精度，并用地腳螺栓把床身固定在地面上。

5.2 支撐柱

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。

5.3 液壓系統(tǒng)

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)動中，液壓泵作為動力元件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。根據(jù)試驗(yàn)要求，測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。

5.4 更換測量件

每套被測軸承對應(yīng)一套支撐套14，更換測量不同軸承，需根據(jù)軸承尺寸更換支承套14，測量裝置在件11移動，這種結(jié)構(gòu)更換方便。

5.5 測量裝置的調(diào)整

在線測量裝置22、微調(diào)裝置23、支架1及軸12相連，支架開長孔可調(diào)整測量裝置橫向距離，測量裝置整體可以沿軸12上下移動。在線測量裝置22與微調(diào)裝置23相連，調(diào)整微調(diào)裝置，可使測頭與待測軸承內(nèi)圈緊密接觸。

6 結(jié)束語

該軸承軸向剛度檢測機(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。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)床在高壓下測量剛度，機(jī)床工作穩(wěn)定，無振顫現(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要求。