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(fā)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(shù)據(jù)支撐。國內目前還沒有針對軸承的軸向剛度的專業(yè)檢測設備，我公司決定自主研發(fā)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(jù)檢測數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(guī)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(shù)據(jù)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(xiàn)軸向定位，內部無滑動磨損部件，實現(xiàn)了高精度和高可靠性。

測量數(shù)據(jù)顯示選用的測量儀表PULCOMV2型，是采用新一代數(shù)字信號處理系統(tǒng)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(fā)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(shù)字顯示的LCD屏幕（液晶顯示器）可以實現(xiàn)自動校對調整、檢測數(shù)據(jù)記憶、數(shù)據(jù)輸出和模擬量輸出等功能。該電路系統(tǒng)抗干擾能力強、穩(wěn)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(shù)據(jù)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(tǒng)便會以現(xiàn)有測量裝置探頭測點位置為零點，進行數(shù)據(jù)輸出，整個測量系統(tǒng)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?shù)娇刂苾x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(shù)據(jù)[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(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)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(huán)。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(shù)據(jù)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(huán)11固定在支架20上，軸12放在支撐環(huán)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(wěn)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(wěn)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(tǒng)

根據(jù)試驗要求，液壓系統(tǒng)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(tǒng)提供液壓能。根據(jù)試驗要求，測量載荷采用精密軸向加載裝置，可軸向穩(wěn)定地連續(xù)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(jù)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(fā)制造成功后，現(xiàn)已在慣性摩擦焊機主軸箱體軸承選型上提供數(shù)據(jù)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(wěn)定，無振顫現(xiàn)象，現(xiàn)此設備已投入使用，經實踐檢驗，該設備性能穩(wěn)定，達到軸承軸向剛度檢測要求。