一種新型軸承徑向游隙檢測與分選裝置

鄭曉峰，陸斌超，應正平

(1.浙江機電職業技術學院 機械工程學院，杭州 310053；2.湖州出入境檢驗檢疫局，浙江 湖州 313200)

徑向游隙影響軸承的運轉精度、壽命、振動與噪聲等，是軸承必檢項目[1-2]。目前，軸承徑向游隙的檢測方法有塞尺檢測法、壓鉛檢測法、專用測量儀(如X093JB)、在線自動檢測等，塞尺法和專用測量儀的成本低，但效率不高，且存在人為讀數誤差；在線自動檢測能進行快速準確地測量，但成本大，且在線抽檢的軸承仍需手動檢測[3-4]。

為解決上述問題，研制了一種新型軸承徑向游隙自動檢測與分選裝置，可實現軸承徑向游隙的自動檢測與分選(適用于外徑15～120 mm的各類滾動軸承)，大大提高軸承徑向游隙的檢測效率。

1 機械結構

徑向游隙自動檢測與分選裝置的機械機構如圖1所示，主要由送料機構、夾緊機構、頂旋機構、分選機構等組成。

1—分選機構；2—頂旋機構；3—夾緊機構； 4—送料機構

1.1 送料機構

送料機構如圖2所示，主要依靠曲柄滑塊和斜管實現自動送料。斜管一端可連接流水線(亦可手動裝入軸承)，步進電動機驅動曲柄滑塊，將曲柄滑塊的行程控制為一個被檢軸承的直徑。當滑塊右移時，被檢軸承被推至定位槽中實現自動定位并通過擋片與待檢軸承隔離，同時滑塊擋住斜管口使其中的軸承無法自動墜落；當前被檢軸承完成檢測后，曲柄滑塊左移，斜管中的軸承借助重力及推力自動掉下；然后曲柄滑塊右移，將定位槽中的已檢軸承推至相應的分選檔中，并將后一待檢軸承推入定位槽中；周而復始，實現自動送料。

1—電動機；2—曲柄滑塊； 3—斜管；4—擋片； 5—定位槽

1.2 夾緊機構

標準規定，測量軸承徑向游隙時需夾緊內圈，移動外圈，為此設計了如圖3所示的夾緊機構，該機構主要由雙頭反牙絲杠、螺母、連接塊、直線導軌、直線軸承滑塊、偏心夾頭組成。

1—反牙絲杠；2—導軌滑塊；3—夾頭；4—絲杠螺母

步進電動機帶動絲杠轉動，由于反牙，電動機正轉時2個絲杠螺母相向運動，電動機反轉時2個絲杠螺母背向運動。絲杠螺母通過連接塊與直線軸承滑塊連接，直線軸承滑塊由直線導軌導向。偏心夾頭固定于連接塊一端，連接塊另一端通過角鐵固定于直線軸承滑塊上。步進電動機正轉，絲杠螺母在絲杠的帶動下相向而行，帶動直線軸承滑塊相向移動，偏心夾頭夾緊軸承內圈；反之，電動機反轉，偏心夾頭松開軸承內圈。

1.3 頂旋機構

測量軸承徑向游隙時，需要固定內圈，并在同一個徑向交替施加載荷，測量2次的位移差即為該方向的徑向游隙。在本裝置中，軸承采用豎直裝夾且懸空，當頂旋機構上頂時，施加向上的載荷將軸承外圈頂起，當頂旋機構收回時，軸承外圈受重力作用(替代下壓載荷)恢復到原位置。通過試驗發現，重力作用與獨立施加下壓載荷產生的效果相同，為精簡結構，提升檢測效率，去掉了下壓機構。

根據標準要求，需要測量多個徑向的游隙，因此，頂旋機構需要完成上頂和旋轉軸承外圈2個動作。如圖4所示，頂旋機構由電磁鐵架、電磁鐵、轉動輪、輪架、微型步進電動機構成。電磁鐵用2個螺母固定在輪架底部，可以調整轉動輪被頂起的高度，以適用于不同外徑的軸承。

1—電磁鐵；2—微型步進電動機；3—轉動輪；4—輪架； 5—引導桿

上頂動作由電磁鐵完成。電磁鐵通電后引導桿向上頂出，通過頂升裝置向軸承外圈施加一定的載荷，頂起軸承外圈。轉動輪中間嵌有硅膠材質的彈性密封圈，密封圈碰到不同游隙的軸承有一定量的回彈，不但可以保持一定的載荷作用于軸承外圈，也可防止直接剛性接觸。輪架為U形槽結構，一邊固定有微型減速步進電動機，可驅動轉動輪轉動。

1.4 分選機構

如圖5所示，自動分選機構由電動機、齒輪齒條、直線導軌和存放區等組成。分選時，根據激光測量儀測出的實際游隙值分組，并在單片機的控制下由齒輪齒條將軸承帶至相應的存放區，實現分選。

1—存放區；2—齒條；3—直線導軌

2 測量系統

測量系統結構如圖6所示，由激光位移傳感器(重復性±0.3 μm，分辨率±0.1 μm)、保持架和固定夾板組成。保持架由型材構成，固定于裝置平臺，固定夾板通過螺釘固定于保持架的左右臂，可根據激光位移傳感器的測量范圍自由升降。激光位移傳感器固定于固定夾板上。

1—保持架；2—固定夾板；3—激光位移傳感器；4—螺釘

測量時，軸承內圈固定，外圈在頂旋機構作用下沿徑向移動，通過激光位移傳感器精確獲取該位移量，然后旋轉軸承角度，測量3個不同徑向的位移值，最后求平均值作為該軸承的徑向游隙值。由于頂旋機構的作用，軸承內圈夾頭可能會產生微小變形，從而影響測量準確性。為此，在轉動輪上增加一層橡膠圈，改剛性接觸為柔性接觸，有效地降低了變形量；軟件方面則采取先頂后讀數的方法，回彈再讀數，有效避開變形量，提高了測量精度。

顯示界面如圖7所示，由LabVIEW編制而成，其功能包括串口參數設置、數據接收與發送區、數據文件保存、圖形顯示等。該界面通過串口與單片機通信，可在接收區顯示單片機發送過來的數據，也可將數據繪制在波形圖表中，實現測量數據的實時動態顯示[5-7]。

3 控制系統

控制系統主要由STC12c5a60S2單片機、步進電動機、步進電動機驅動器、電磁鐵驅動器等組成。單片機通過控制步進電動機和電磁鐵驅動器實現相應的動作。部分C語言數據采集程序如下所示：

圖7 顯示界面

dct=0; /*頂起軸承外圈及延時*/ for(i=0;i<1000;i++)

{

for(j=0;j<1000;j++);

}

sendc1(zifuchuan); /*第1次發送指令*/

m1=DAT[5]%16;

m2=DAT[6]%16;

m3=DAT[7]%16; /*第1次接收數據*/

b1=m1*100+m2*10+m3; /*數據轉換*/

dct=1; /*電磁鐵收回及延時*/

for(i=0;i<1000;i++)

{

for(j=0;j<1000;j++);

}

sendc1(zifuchuan); /*第2次發送指令*/

m1=DAT2[5]%16;

m2=DAT2[6]%16;

m3=DAT2[7]%16; /*第2次接收數據*/

b2=m1*100+m2*10+m3; /*數據轉換*/

cz1=b2-b1; /*相減計算游隙值*/

4 測量試驗

為驗證該裝置的測試精度，對6204型標準軸承(通過計量測試研究院檢定，徑向游隙為15.8 μm)進行了多次重復等精度測量，測試數據見表1。

表1 數據測試結果

5 結束語

根據軸承徑向游隙檢測的現狀與特點，研制了新型軸承徑向游隙檢測與分選裝置，實現了軸承徑向游隙的自動化檢測，可替代現有軸承徑向游隙測量方法。目前，該設備已在實驗室試用，由于該裝置可自動進行送料、裝夾、檢測及分選，大大提升了檢測速度；而采用精密激光傳感器不但提高了檢測精度，還減小了人為讀數誤差，可有效地對軸承徑向游隙進行檢測與分選。