新型軸承軸向剛度檢測機

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

目前我公司在研發某重點項目慣性摩擦焊機時，需要準確知道在不同頂鍛力作用下，摩擦焊機主軸箱體內軸承的軸向剛度變化，為摩擦焊機主軸箱體內軸承選型和焊后工件縮短量提供數據支撐。國內目前還沒有針對軸承的軸向剛度的專業檢測設備，我公司決定自主研發制造軸承軸向剛度檢測機，對不同型號軸承進行軸向剛度試驗，根據檢測數據，選擇能夠滿足應用到慣性摩擦焊機主軸箱體內的軸承型號[1-3]。

2 檢測機技術要求及特點

剛度是機械零部件在受到外力時抵抗變形的能力，可以通過測量受力變形時的位移量來確定。目前在國內，軸承剛度測量還沒有專門的測量數據采集儀器，用戶大多只是對軸承的剛度進行理論計算，也有用比較簡單的試驗裝置對軸承剛度進行校驗和測試，但是只是給出一些零散的剛度值，無法繪制剛度曲線，不能真實反映軸承軸向剛度性能[4，5]。針對以上存在的問題，設計了軸承軸向剛度檢測機，該檢測機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，軸承的軸向剛度曲線變化，方便分析不同規格尺寸軸承的性能及裝配到慣性摩擦焊機后的最佳剛度性能。該檢測機能對不同型號軸承的軸向剛度進行測定，可以用于軸承生產車間、軸承相關研究單位和主機配套廠家[6，7]。

該檢測機測量軸承軸向剛度的范圍如下：軸承內徑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，該裝置通過數據線連接帶顯示屏的測量儀表，測量精度1μm，精度高、可靠性高；采用單獨的L形片簧支點，是沒有滑動和摩擦的機構。測量裝置是通用性較大的杠桿式測量裝置，可以在剛度測量機上實現軸向定位，內部無滑動磨損部件，實現了高精度和高可靠性。

測量數據顯示選用的測量儀表PULCOMV2型，是采用新一代數字信號處理系統及先進控制技術用于在線檢測控制的儀器。選用大型3色7段LED（發光二極管），即使遠離該儀器也能通過顏色判斷測量結果；觸摸屏操作簡單，界面簡潔易懂，各種設定可以通過對話形式進行操作，用英文和數字顯示的LCD屏幕（液晶顯示器）可以實現自動校對調整、檢測數據記憶、數據輸出和模擬量輸出等功能。該電路系統抗干擾能力強、穩定性好及反應速度快。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據線與測量儀表連接，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定初始位置清零，整體測量系統便會以現有測量裝置探頭測點位置為零點，進行數據輸出，整個測量系統便處于實時檢測階段，測量裝置探頭測點隨著軸承內圈位移變化，而產生相應的位移，通過電感傳感器將位移量變化成電量，傳輸到控制儀表進行放大采集，測量儀表液晶顯示屏會實時顯示采集到的位移數據[8]。

3 工作原理

軸向剛度檢測機結構如圖2所示。

圖2 軸向剛度檢測機結構

將待測軸承放在支撐套14上，調整好測量裝置，讓探頭測點接觸軸承內圈。液壓泵電動機起動，液壓缸上端進油，液壓缸緩慢下降，液壓缸下降到活塞下邊壓板接觸軸承內圈，壓板對軸承內圈加壓，同時在線測量裝置的探頭測點對軸承內圈軸向位移量進行測量，不斷增加壓力，在線測量裝置檢測的位移變化數據通過數據線傳輸給測量儀表，測量儀表自動記錄測量結果，測量結束，液壓缸下端進油，液壓缸活塞向上運動，完成一個測量循環。測量儀表會記錄軸承內圈加載壓力，壓力逐漸增大直到最后軸承失效破壞，軸承內圈相對于外圈位移量呈曲線變化，通過對多套同型號產品的測定后取平均值，不僅可以得到該軸承新產品的剛度曲線變化值，也可以知道該型號軸承產品軸向最大剛度值，為摩擦焊機所選用軸承產品最后定型提供數據支持。

4 試驗機各組成件的位置關系

檢測機床身18固定在地面上，底座16裝在床身18上，4個支柱9與底座16相連，上底板2固定在4個支柱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個支撐環11固定在支架20上，軸12放在支撐環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放在試驗機后部。

5 檢測機的結構特點

5.1 床身

檢測機由多個精密零件組成，由于檢測機的測量精度要求高，軸向壓力大，所以床身采用吸振性好、抗壓強度大的鑄鐵件，增強機床吸振性和穩定性，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，為了增強活塞下壓的穩定性，加大4個支柱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

根據試驗要求，液壓系統壓力需求較大，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。液壓泵是將原動機的機械能轉換為液壓能的能量轉換元件，在液壓轉動中，液壓泵作為動力元件向液壓系統提供液壓能。根據試驗要求，測量載荷采用精密軸向加載裝置，可軸向穩定地連續加載，自行設計加載液壓缸，液壓缸設計采用承壓比較高的結構，最大承重5t。

5.4 更換測量件

每套被測軸承對應一套支撐套14，更換測量不同軸承，需根據軸承尺寸更換支承套14，測量裝置在件11移動，這種結構更換方便。

5.5 測量裝置的調整

在線測量裝置22、微調裝置23、支架1及軸12相連，支架開長孔可調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與微調裝置23相連，調整微調裝置，可使測頭與待測軸承內圈緊密接觸。

6 結束語

該軸承軸向剛度檢測機研發制造成功后，現已在慣性摩擦焊機主軸箱體軸承選型上提供數據支持，選擇能滿足設備要求的軸承型號。實踐證明該設備由于使用了鑄鐵件床身和4根支柱支撐液壓缸，機床在高壓下測量剛度，機床工作穩定，無振顫現象，現此設備已投入使用，經實踐檢驗，該設備性能穩定，達到軸承軸向剛度檢測要求。