[发明专利]一种主动式轴承沟曲率半径测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于工程技术领域，尤其涉及一种主动式轴承沟曲率半径测量装置及测量方法。

背景技术

轴承是现代工业中非常重要的基础零部件，球轴承是其中一种应用最为广泛的轴承，沟道曲率半径是球轴承的重要性能指标，球轴承的沟道曲率半径和沟形偏差是影响轴承的旋转精度、游隙、接触角、振动噪声和摩擦力矩等动态性能的重要因素，进而影响装有该轴承的机器的运转精度。球轴承沟道曲率半径是球轴承的内(外)圈轴向截面内沟道轮廓线的圆弧半径，目前国内普遍应用的球轴承沟道曲率半径测量方法是非数字化的或非专用的，现有的测量方法：

(1)球头刮色法，球头刮色法是先用红色均匀涂抹在沟道上，然后用对应的钢球用力从沟道刮过，通过对刮痕状态的分析来判断轴承质量，属于定性测量。优点：操作简单，成本低廉。缺点：无法得到测量数据，精度差。

(2)轮廓测量法，通过将被测沟道轴向截面与理想圆弧相比较来测量沟道曲率半径，属于定量测量。优点：精度高，半径示值误差为±4.5um。缺点：时间长，效率低。

(3)国外还有基于直角坐标测量方法的轴承沟道曲率测量仪，属于轮廓测量方法。精度可达到2.0um，形状误差精度可达到0.5um，自动测量时间为20s。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种主动式轴承沟曲率半径测量装置及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种主动式轴承沟曲率半径测量装置，包括机架、X向测量组件、Z向测量组件、测量头和控制组件；

所述Z向测量组件Z向框架、滚珠丝杆、滑台、Z向位移传感器和步进电机，所述Z向框架通过支撑台固定在所述机架的底座上，所述滚珠丝杆安装在所述Z向框架内、下端部穿过Z向框架的底面通过联轴器与所述步进电机相连，所述步进电机固定在机架底座上；所述滚珠丝杆上设置有丝杆螺母座，所述滑台固定在所述丝杆螺母座上，所述Z向框架的侧壁上设有导轨，所述滑台在滚珠丝杆的带动下沿着导轨上下移动，所述Z向位移传感器位于所述滑台的正下方、垂直固定在所述支撑台上，且所述Z向位移传感器的触头紧贴所述滑台的底面上；

所述X向测量组件包括X向框架、测量杆和X向位移传感器，所述测量杆上对称设置两个支撑杆，所述测量杆通过将两个支撑杆贯穿设置在X向框架侧壁上的通孔安装在所述X向框架内，所述X向位移传感器水平固定在所述机架上，且所述X向位移传感器的触头紧贴测量杆上，所述测量头固定在所述测量杆的上端部；所述X向框架通过弹性片簧与所述滑台固定相连；所述机架顶部设有盖板，所述盖板上设有容纳测量头的通槽，且所述盖板上设有固定待测轴承的固定件；

所述控制组件包括可编程逻辑控制器、数据转换模块、数据采集模块和工控机，所述可编程逻辑控制器与所述步进电机驱动器相连，所述X向位移传感器和Z向位移传感器采集的数据通过数据转换模块转换后发送给数据采集模块，由数据采集模块传输给工控机，工控机将收到的数据进行计算处理，得到轴承沟道曲率半径数据在显示屏上显示，同时工控机向可编程逻辑控制器发送指令，由可编程逻辑控制器控制步进电机驱动器的工作模式。

进一步，所述滑块上设有配重组件，用于平缓滑台的运动。

进一步，所述配重组件包括设置所述Z向框架顶部两侧的定滑轮、配重物二以及皮带，两个定滑轮通过皮带相连，所述滑台的顶部通过弹性件与所述皮带相连，所述配重物二置于所述滑台的相对侧，顶部通过弹性件与所述皮带相连。

进一步，所述弹性片簧包括上弹簧片和下弹簧片，所述上弹簧片位于所述滑台上部边缘处，所述下弹簧片位于所述滑台的下部边缘处。

进一步，所述测量杆的下端部设有配重物一。

进一步，所述X向位移传感器和Z向位移传感器均为光栅尺。

本发明还提供一种采用上述测量装置测量轴承沟曲率半径的方法，包括以下步骤：

步骤一，数据采集：Z向位移传感器和X向位移传感器读取测量头在待测轴承沟道X方向和Z方向的实际位移量x_i和z_i，其中i＝1,2,…,n，(n>3)，表示采样点序数，并将待测轴承沟道实际轮廓上各点的坐标标记为(x_i,z_i)；

步骤二，计算待测轴承沟道曲率半径：采用最小二乘圆拟合法计算待测轴承沟道曲率半径，具体计算过程为：