關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑測量儀的設(shè)計

摘要：文章論述了軸承行業(yè)測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑的幾種測量方法及存在的弊端，介紹了自制關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑測量儀的設(shè)計思路，通過測量儀結(jié)構(gòu)簡圖說明了其工作原理。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軸承；測量弊端；浮動工作臺；測量儀；誤差分析

中圖分類號：TH711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0001-02

關(guān)節(jié)軸承主要是由一個帶外球面的內(nèi)圈和一個帶有內(nèi)球面的外圈組成的一對滑動摩擦副，可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運動，當支承軸與外徑安裝孔不同心時，仍能正常工作。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求

關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑尺寸及精度合格與否，直接影響關(guān)節(jié)軸承的裝配質(zhì)量，甚至影響關(guān)節(jié)軸承的壽命，因而對其內(nèi)圈外球面直徑尺寸及精度有較高的要示。圖1為一典型關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面磨加工工序技術(shù)要求。外球面除要求滿足一定的球徑尺寸SΦ外，還要求控制球直徑變動量、圓度誤差及外球面對內(nèi)孔的跳動量符合要求。

2 測量現(xiàn)狀分析

目前軸承行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球徑尺寸及球直徑變動量大致有下列幾方法：采用萬能量具如外徑千分尺測量；采用軸承專用外徑測量儀如D913或D914測量；采用三坐標機或測量長儀測量，但采用這些測量方法都存在相應(yīng)的弊端。

采用外徑千分尺測量時，由于外徑千分尺測量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測量要求，而且測量時間長不方便。

采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量時，由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面有油槽存在，一般把儀器測點調(diào)成二低一高形式，采用標準件調(diào)整比對測量，如圖2所示。這樣調(diào)整存在的弊端如圖3所示：隨著外徑的增大（或減小），套圈中心在如圖所示的aa線上移動，即所測為弦長值而不是直徑值；而且該方法測量點不是直接通過球心，即非法線測量，此時儀表上所反映的數(shù)值與球徑的數(shù)值不線性比例增長（或減小），因而不能真實反映球徑的數(shù)值及球徑變動量。對于沒有油槽存在的內(nèi)圈，一般把測量點和支點調(diào)整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測量點也不一定通過球中心，也即所測量的值也是弦長而不是直徑值。并且采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量外球徑時最大的弊端是只能測量一個截面而不是測量任意截面的球直徑及球直徑變動值。

圖2 圖3

采用三坐標機或測量長儀測量時，由于三坐標機或測量長儀一般安裝在計量室，無法滿足現(xiàn)場快速簡易測量要求，一般利用其制作標準件而不是現(xiàn)場測量工具。

3 測量儀的測量原理

為了達到準確測量球徑的目的，測量點必須經(jīng)過球心；為了達到測量任意截面球徑的目的，測量點或工件兩者之一必須能任意角度旋轉(zhuǎn)；為了克服球徑大小不影響測量準確度的目的，需讓工件浮動，使測量點恒經(jīng)過球心。為了達到上述目的，設(shè)計的測量原理如圖4

所示。

圖4

4 測量儀的結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)圖4所示的測量原理，設(shè)計的測量儀如圖5

所示。

圖5

儀器主要由以下幾部分組成：浮動支承機構(gòu)（上滑板、下固定板、鋼球、保持架、蓋板等）；上下調(diào)整機構(gòu)（固定軸、調(diào)整絲桿、滾花螺母等）；測量系統(tǒng)（指示儀表、調(diào)整支點、指示儀表固定座等）；定位圓臺；底座等組成。

被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面通過圓臺錐面定位，定位圓臺可以在上滑板X軸方向調(diào)整，保證關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心在X軸方向與測量系統(tǒng)中心（指示儀表與調(diào)整連線）在同一直線上；通過調(diào)整調(diào)整絲桿可使下固定板、上滑板、定位圓臺及被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈一起上下移動，保證在Y軸方向上被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心與測量系統(tǒng)中心處在同一直線上。通過這樣的調(diào)整，保證指示儀表所測得的值為球徑值。

5 誤差分析

本儀器用內(nèi)圈外球面定位，所以當用球徑標準件調(diào)整好儀器后，對于球徑大小不同的被測內(nèi)圈時，測量點不一定通過球中心線，如圖6為當Sφ1至Sφ2變動時，球心上升b值的高度，從圖中直角三角形直角邊與斜邊的關(guān)系要知，實測的球徑值與Sφ2相差很小，其計算公式如下：Sφ2-，以測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面為例，其球徑要求是Sφ81+0 -0.02mm，設(shè)計的定位圓臺內(nèi)徑a為φ40mm，若以Sφ81-0.02mm調(diào)整好儀器后，測量球徑尺寸Sφ81mm，此時測量誤差為Sφ2-=2-=-4×10-6mm，這個數(shù)值很小，可以忽略。

圖6 圖7

再者，本儀器受制造誤差影響也將影響其測量誤差。如圖7，V形槽存在X軸方向的加工誤差，將使工件偏離所調(diào)整的中心位置，假設(shè)V形槽在X軸方向有0.02mm偏離時，以測量關(guān)節(jié)軸承GE60ES.02外球面為例，此時測量誤差為81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。這個數(shù)值很小，可以忽略。當V形槽存在Y軸方向的加工誤差，其計算相似。

通過分析計算，本儀器可滿足測量外球徑及變動量的目的。實際比對測量效果也進一步了本測量儀的精度準確性。表一為采用本測量儀與采用阿貝測量儀測量10個關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面測量的數(shù)據(jù)比較。

從表一的數(shù)據(jù)可以看出，測量結(jié)果變化在0.001mm以內(nèi)，說明該測量儀滿足測量要求。

6 結(jié)語

本測量儀可方便、準確測量，滿足大批量生產(chǎn)的要求。本測量儀已成功大批制造，在公司內(nèi)部工序、外協(xié)驗收、終檢上大量應(yīng)用。

作者簡介：陳溪源（1971—），男，福建漳州人，福建龍溪軸承（集團）股份有限公司工程師，研究方向：關(guān)節(jié)軸承檢測技術(shù)及工裝設(shè)計。

摘要：文章論述了軸承行業(yè)測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑的幾種測量方法及存在的弊端，介紹了自制關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑測量儀的設(shè)計思路，通過測量儀結(jié)構(gòu)簡圖說明了其工作原理。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軸承；測量弊端；浮動工作臺；測量儀；誤差分析

中圖分類號：TH711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0001-02

關(guān)節(jié)軸承主要是由一個帶外球面的內(nèi)圈和一個帶有內(nèi)球面的外圈組成的一對滑動摩擦副，可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運動，當支承軸與外徑安裝孔不同心時，仍能正常工作。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求

關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑尺寸及精度合格與否，直接影響關(guān)節(jié)軸承的裝配質(zhì)量，甚至影響關(guān)節(jié)軸承的壽命，因而對其內(nèi)圈外球面直徑尺寸及精度有較高的要示。圖1為一典型關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面磨加工工序技術(shù)要求。外球面除要求滿足一定的球徑尺寸SΦ外，還要求控制球直徑變動量、圓度誤差及外球面對內(nèi)孔的跳動量符合要求。

2 測量現(xiàn)狀分析

目前軸承行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球徑尺寸及球直徑變動量大致有下列幾方法：采用萬能量具如外徑千分尺測量；采用軸承專用外徑測量儀如D913或D914測量；采用三坐標機或測量長儀測量，但采用這些測量方法都存在相應(yīng)的弊端。

采用外徑千分尺測量時，由于外徑千分尺測量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測量要求，而且測量時間長不方便。

采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量時，由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面有油槽存在，一般把儀器測點調(diào)成二低一高形式，采用標準件調(diào)整比對測量，如圖2所示。這樣調(diào)整存在的弊端如圖3所示：隨著外徑的增大（或減?。兹χ行脑谌鐖D所示的aa線上移動，即所測為弦長值而不是直徑值；而且該方法測量點不是直接通過球心，即非法線測量，此時儀表上所反映的數(shù)值與球徑的數(shù)值不線性比例增長（或減?。蚨荒苷鎸嵎从城驈降臄?shù)值及球徑變動量。對于沒有油槽存在的內(nèi)圈，一般把測量點和支點調(diào)整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測量點也不一定通過球中心，也即所測量的值也是弦長而不是直徑值。并且采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量外球徑時最大的弊端是只能測量一個截面而不是測量任意截面的球直徑及球直徑變動值。

圖2 圖3

采用三坐標機或測量長儀測量時，由于三坐標機或測量長儀一般安裝在計量室，無法滿足現(xiàn)場快速簡易測量要求，一般利用其制作標準件而不是現(xiàn)場測量工具。

3 測量儀的測量原理

為了達到準確測量球徑的目的，測量點必須經(jīng)過球心；為了達到測量任意截面球徑的目的，測量點或工件兩者之一必須能任意角度旋轉(zhuǎn)；為了克服球徑大小不影響測量準確度的目的，需讓工件浮動，使測量點恒經(jīng)過球心。為了達到上述目的，設(shè)計的測量原理如圖4

所示。

圖4

4 測量儀的結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)圖4所示的測量原理，設(shè)計的測量儀如圖5

所示。

圖5

儀器主要由以下幾部分組成：浮動支承機構(gòu)（上滑板、下固定板、鋼球、保持架、蓋板等）；上下調(diào)整機構(gòu)（固定軸、調(diào)整絲桿、滾花螺母等）；測量系統(tǒng)（指示儀表、調(diào)整支點、指示儀表固定座等）；定位圓臺；底座等組成。

被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面通過圓臺錐面定位，定位圓臺可以在上滑板X軸方向調(diào)整，保證關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心在X軸方向與測量系統(tǒng)中心（指示儀表與調(diào)整連線）在同一直線上；通過調(diào)整調(diào)整絲桿可使下固定板、上滑板、定位圓臺及被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈一起上下移動，保證在Y軸方向上被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心與測量系統(tǒng)中心處在同一直線上。通過這樣的調(diào)整，保證指示儀表所測得的值為球徑值。

5 誤差分析

本儀器用內(nèi)圈外球面定位，所以當用球徑標準件調(diào)整好儀器后，對于球徑大小不同的被測內(nèi)圈時，測量點不一定通過球中心線，如圖6為當Sφ1至Sφ2變動時，球心上升b值的高度，從圖中直角三角形直角邊與斜邊的關(guān)系要知，實測的球徑值與Sφ2相差很小，其計算公式如下：Sφ2-，以測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面為例，其球徑要求是Sφ81+0 -0.02mm，設(shè)計的定位圓臺內(nèi)徑a為φ40mm，若以Sφ81-0.02mm調(diào)整好儀器后，測量球徑尺寸Sφ81mm，此時測量誤差為Sφ2-=2-=-4×10-6mm，這個數(shù)值很小，可以忽略。

圖6 圖7

再者，本儀器受制造誤差影響也將影響其測量誤差。如圖7，V形槽存在X軸方向的加工誤差，將使工件偏離所調(diào)整的中心位置，假設(shè)V形槽在X軸方向有0.02mm偏離時，以測量關(guān)節(jié)軸承GE60ES.02外球面為例，此時測量誤差為81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。這個數(shù)值很小，可以忽略。當V形槽存在Y軸方向的加工誤差，其計算相似。

通過分析計算，本儀器可滿足測量外球徑及變動量的目的。實際比對測量效果也進一步了本測量儀的精度準確性。表一為采用本測量儀與采用阿貝測量儀測量10個關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面測量的數(shù)據(jù)比較。

從表一的數(shù)據(jù)可以看出，測量結(jié)果變化在0.001mm以內(nèi)，說明該測量儀滿足測量要求。

6 結(jié)語

本測量儀可方便、準確測量，滿足大批量生產(chǎn)的要求。本測量儀已成功大批制造，在公司內(nèi)部工序、外協(xié)驗收、終檢上大量應(yīng)用。

作者簡介：陳溪源（1971—），男，福建漳州人，福建龍溪軸承（集團）股份有限公司工程師，研究方向：關(guān)節(jié)軸承檢測技術(shù)及工裝設(shè)計。

摘要：文章論述了軸承行業(yè)測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑的幾種測量方法及存在的弊端，介紹了自制關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑測量儀的設(shè)計思路，通過測量儀結(jié)構(gòu)簡圖說明了其工作原理。

關(guān)鍵詞：關(guān)節(jié)軸承；測量弊端；浮動工作臺；測量儀；誤差分析

中圖分類號：TH711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0001-02

關(guān)節(jié)軸承主要是由一個帶外球面的內(nèi)圈和一個帶有內(nèi)球面的外圈組成的一對滑動摩擦副，可在一定角度范圍內(nèi)作傾斜運動，當支承軸與外徑安裝孔不同心時，仍能正常工作。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求

關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面球徑尺寸及精度合格與否，直接影響關(guān)節(jié)軸承的裝配質(zhì)量，甚至影響關(guān)節(jié)軸承的壽命，因而對其內(nèi)圈外球面直徑尺寸及精度有較高的要示。圖1為一典型關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面磨加工工序技術(shù)要求。外球面除要求滿足一定的球徑尺寸SΦ外，還要求控制球直徑變動量、圓度誤差及外球面對內(nèi)孔的跳動量符合要求。

2 測量現(xiàn)狀分析

目前軸承行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球徑尺寸及球直徑變動量大致有下列幾方法：采用萬能量具如外徑千分尺測量；采用軸承專用外徑測量儀如D913或D914測量；采用三坐標機或測量長儀測量，但采用這些測量方法都存在相應(yīng)的弊端。

采用外徑千分尺測量時，由于外徑千分尺測量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測量要求，而且測量時間長不方便。

采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量時，由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面有油槽存在，一般把儀器測點調(diào)成二低一高形式，采用標準件調(diào)整比對測量，如圖2所示。這樣調(diào)整存在的弊端如圖3所示：隨著外徑的增大（或減?。?，套圈中心在如圖所示的aa線上移動，即所測為弦長值而不是直徑值；而且該方法測量點不是直接通過球心，即非法線測量，此時儀表上所反映的數(shù)值與球徑的數(shù)值不線性比例增長（或減?。蚨荒苷鎸嵎从城驈降臄?shù)值及球徑變動量。對于沒有油槽存在的內(nèi)圈，一般把測量點和支點調(diào)整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測量點也不一定通過球中心，也即所測量的值也是弦長而不是直徑值。并且采用軸承專用外徑測量儀D913或D914測量外球徑時最大的弊端是只能測量一個截面而不是測量任意截面的球直徑及球直徑變動值。

圖2 圖3

采用三坐標機或測量長儀測量時，由于三坐標機或測量長儀一般安裝在計量室，無法滿足現(xiàn)場快速簡易測量要求，一般利用其制作標準件而不是現(xiàn)場測量工具。

3 測量儀的測量原理

為了達到準確測量球徑的目的，測量點必須經(jīng)過球心；為了達到測量任意截面球徑的目的，測量點或工件兩者之一必須能任意角度旋轉(zhuǎn)；為了克服球徑大小不影響測量準確度的目的，需讓工件浮動，使測量點恒經(jīng)過球心。為了達到上述目的，設(shè)計的測量原理如圖4

所示。

圖4

4 測量儀的結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)圖4所示的測量原理，設(shè)計的測量儀如圖5

所示。

圖5

儀器主要由以下幾部分組成：浮動支承機構(gòu)（上滑板、下固定板、鋼球、保持架、蓋板等）；上下調(diào)整機構(gòu)（固定軸、調(diào)整絲桿、滾花螺母等）；測量系統(tǒng)（指示儀表、調(diào)整支點、指示儀表固定座等）；定位圓臺；底座等組成。

被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面通過圓臺錐面定位，定位圓臺可以在上滑板X軸方向調(diào)整，保證關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心在X軸方向與測量系統(tǒng)中心（指示儀表與調(diào)整連線）在同一直線上；通過調(diào)整調(diào)整絲桿可使下固定板、上滑板、定位圓臺及被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈一起上下移動，保證在Y軸方向上被測關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球中心與測量系統(tǒng)中心處在同一直線上。通過這樣的調(diào)整，保證指示儀表所測得的值為球徑值。

5 誤差分析

本儀器用內(nèi)圈外球面定位，所以當用球徑標準件調(diào)整好儀器后，對于球徑大小不同的被測內(nèi)圈時，測量點不一定通過球中心線，如圖6為當Sφ1至Sφ2變動時，球心上升b值的高度，從圖中直角三角形直角邊與斜邊的關(guān)系要知，實測的球徑值與Sφ2相差很小，其計算公式如下：Sφ2-，以測量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面為例，其球徑要求是Sφ81+0 -0.02mm，設(shè)計的定位圓臺內(nèi)徑a為φ40mm，若以Sφ81-0.02mm調(diào)整好儀器后，測量球徑尺寸Sφ81mm，此時測量誤差為Sφ2-=2-=-4×10-6mm，這個數(shù)值很小，可以忽略。

圖6 圖7

再者，本儀器受制造誤差影響也將影響其測量誤差。如圖7，V形槽存在X軸方向的加工誤差，將使工件偏離所調(diào)整的中心位置，假設(shè)V形槽在X軸方向有0.02mm偏離時，以測量關(guān)節(jié)軸承GE60ES.02外球面為例，此時測量誤差為81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。這個數(shù)值很小，可以忽略。當V形槽存在Y軸方向的加工誤差，其計算相似。

通過分析計算，本儀器可滿足測量外球徑及變動量的目的。實際比對測量效果也進一步了本測量儀的精度準確性。表一為采用本測量儀與采用阿貝測量儀測量10個關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈GE60ES.02外球面測量的數(shù)據(jù)比較。

從表一的數(shù)據(jù)可以看出，測量結(jié)果變化在0.001mm以內(nèi)，說明該測量儀滿足測量要求。

6 結(jié)語

本測量儀可方便、準確測量，滿足大批量生產(chǎn)的要求。本測量儀已成功大批制造，在公司內(nèi)部工序、外協(xié)驗收、終檢上大量應(yīng)用。

作者簡介：陳溪源（1971—），男，福建漳州人，福建龍溪軸承（集團）股份有限公司工程師，研究方向：關(guān)節(jié)軸承檢測技術(shù)及工裝設(shè)計。