轴承套圈沟曲率的测量原理及应用 |
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轴承套圈沟曲率的测量原理及应用 洛阳轴研科技股份有限公司 朱孔敏 本文综述了两种测量轴承沟曲率的方法及计算方法,指出用这两种方法设计测量仪器时应注意的问题,笔者根据其中的极角坐标计算法设计的R系列沟曲率测量仪在轴承行业上广泛的应用,文中给出了仪器设计的关键环节的设计要点和要求。 1 概述 轴承内外套圈沟曲率半径及沟形是轴承的重要几何参数之一,其直接影响轴承的接触角、游隙、振动、噪声、摩擦力矩、旋转精度及寿命。现已引起国内外的重视。国内在工序间主要用刮色球法检查轴承的沟曲率,条件好的单位使用R系列仪器,在计量室检查站主要使用R系列沟曲率仪和通用的轮廓形状测量仪。 R系列沟曲率仪系洛阳轴承研究所开发的仪器,现已在轴承行业上广泛的应用。 2 测量方法研究 2.1直角坐标计算法: 将被测轴承置于XOY直角坐标系中,测量轴承沟道曲线各点的(Xi YI)座标计算出沟曲率半径及沟形。模型建立如下: 在XOY 直角坐标系中圆的标准方程 :X2+Y2+ax+bY+c=0 (1)
测量过程中XI采用标准值则测点在Y坐标方向的变动量是XI、r及R的函数: 这种测量方法的仪器的优点是通用性强,其缺点是测量精确度低,测量过程中测点变动,测量仪器设计时要加以修正,测头半径要尽量小、形状要好,即使如此,测量沟形时误差也比较大。 下表列出不同测量弧长(测量角度)、不同测尖半径时的测点变化值。
从上表中可以看出测量弧长不能太大,而且测尖半径要尽量小。一般这种原理的测量仪器规定测量弧长不大于被测曲率半径的0.707倍(测量角度为45度),测尖半径不大于0.002mm。 国内外满足这种条件的仪器并不多。代表型号有英国的Form Talysurf 2.2 极角坐标计算法 用已知半径的理想圆弧作为标准圆弧与轴承沟道曲线各点相比较测量出曲率半径和沟形,这种测量方法的仪器的优点是测量精度高,其缺点是理想圆弧圆心与轴承沟道曲率中心重合困难。 极角坐标计算法测量沟道曲率半径及沟形偏差的关键如何确定平均曲率中心相对理想圆弧中心的坐标位置。为此建立直角坐标系和极角坐标双重坐标系,在双重坐标系中,以工件平均曲率中心作为理想沟中心,通过测量计算,确定的平均曲率中心在坐标系中的位置。模型建立如下: 图中,L为套圈沟道的实际轮廓曲线,O为主轴回转中心(忽略主轴回转误差,视为理想圆弧中心),R为测头回转半径,即理想圆弧半径;以O为坐标原点平分L曲线方向为X轴,建立平面直角坐标 (6) , 式中 h(j)-----p点的沟道曲率半径与理想圆弧半径差值 当XC、YC在数值远小于R时,可忽略从0点到P点和从0C点到P点的极角变化,则P点在0X和0cX两坐标系中的方程有如下关系: 式中D为L曲线平均曲率半径与理想圆弧半径的偏差D=R-Rc 。 根据最小二乘法求 由(9)式得 由(10)式得
=0 将(12)代入(14)得
沟曲率测量仪实际应用中,将积分运算改为和式运算,把测量分n等份,每1/n份采样一数据。例如每隔0.250采样一数据。 式中 hI=h(jI),0 £ i£ n 用这中原理的测量仪器有:CM-158(苏联)、Bendix cheffield(美国)、Rotary-Talysurf(英国)、 U6126(奥地利)、R902(中国)。 3 R系列沟曲率测量仪设计要点 根据轴承精度要求高和结构简单的特点R系列沟曲率测量仪采用回转转法(极角坐标计算法)为测量原理 3.1 精密密珠主轴轴系 R系列沟曲率测量仪是极角坐标计算法为测量原理的测量仪器。在测量过程中要提供一个理想圆弧,理想圆弧的误差在很大程度上决定了仪器的精度。为此,在设计仪器的回转轴系时,通过实验研究比较,决定采用密珠主轴轴系。其原理就是在轴系的轴、轴套及密排钢球之间有一微量过盈,形成弹性变形,以消除配合间隙,减少尺寸及几何形状误差对主轴精度的影响,提高主轴的回转精度及刚度。实测主轴径向综合误差在工作转角内不大于0.2mm。 3.2 传感器及其电路设计 测量系统是沟曲率测量仪的关系环节,要求其测量范围大,分辨率高,线性误差小,稳定性好和抗干扰性能强。该仪器采用了电感传感器。 电感电路具有精度高、工作可靠和线性范围大等特点。电路设计时采用了如下措施: (1)采用高精度能隙电源作为激励电源的幅值基准,其稳定度可达0.01%°C。 (2)传感器两端激励信号的幅值可调,可消除“零点”残余电压,使测量系统在小信号测量时,也能保证良好的线性。残余电压可控制在5mV以内。 (3)采用相位跟踪技术,控制相敏检波,使交流放大输出为标准正弦波。 3.3 测量软件的研究与设计 3.3.1采用最小二乘法原理处理数据 沟曲率测量仪在进行数据处理时,首先将传感器采样信号作中值滤波处理,依据采样值作出圆,根据最小二乘法源理计算出工件的平均沟曲率中心,根据此中心作消除偏心后的圆,并将其展成直线图形及直线放大图形。 3.3.2编制了标准数据库 测量数据和图形可以存储在数据库中实现记录无纸化,根据需要可以与计算机网络连接为质量管理网络提供必要的数据。 4 仪器的技术指标(以R902为例) (1) 测量范围:曲率半径:2~8mm (2)示值误差:测量曲率半径:± 5mm,(使用标准件时± 2.5mm ), 测量沟形偏差: ± 0.2mm 比较好的沟形 磨超心不重合(或修整器不好)时的沟形
中间有跳丝的沟形状 超精时间不当(或修整器不好)时的沟形 沟边超精不到时的沟形 沟边塌边时的沟形 6. 参考资料 R01沟曲率测量仪研究报告 洛阳轴承研究所 宁波三泰轴承有限公司 NINGBO SUNTHAI BEARING COMPANY 商标 BRANDS:三泰 SUNTHAI , 飞帆 F&F |
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