角接觸（推力）關節軸承裝配高度測量儀的設計

摘要：由于角接觸（推力）關節軸承內、外圈的工作滑動表面均為少半球面，外圈與內圈可以相互擺動，如何克服內、外圈擺動對角接觸（推力）關節軸承裝配高度測量的影響，降低勞動強度，提高檢測效率及精度，成了企業急待解決的問題。文章設計了一種專用的測量儀以解決以上問題。

關鍵詞：關節軸承；裝配高度；測量基準；測量儀

中圖分類號：TH133 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0013-03

1 概述

角接觸（推力）關節軸承由于球形滑動接觸面積大，傾斜角大，有較大的載荷能力和抗沖擊能力，并具有抗腐蝕、耐磨損、自動調心、潤滑好或自潤滑型無潤滑物污染的特點，因此廣泛用于速度較低的擺動運動、傾斜運動和旋轉運動的場合，如工程液壓油缸、鍛壓機床、工程機械、自動化設備、汽車減震器、水利機械等。

角接觸關節軸承和推力關節軸承是我公司六大系列中的兩大系列的主導產品，產品型號繁多，每月都有大批量生產。該產品的裝配高度（如圖3的H值）是一個重要的技術參數，特別是自潤滑型的，在成品終檢時屬于全數檢驗項目。因此，如何提高測量精度及測量效率，降低檢測人員的勞動強度，成為企業保證批量生產產品質量、滿足市場需求急待解決的問題。

2 原有測量方法及存在的問題

由于角接觸（推力）關節軸承內、外圈的工作滑動表面均為少半球面，外圈與內圈可以相互擺動，常用的高度測量儀無法對該參數進行測量。原有的檢測手段主要有兩種：第一種是采用芯軸法測量，如圖1所示。該檢驗方法有四個缺陷：（1）每種型號需配備一根與軸圈內徑尺寸一致的芯軸；（2）芯軸與軸圈是間隙配合，間隙太大，測量值誤差大；間隙太小，不容易裝、卸出芯軸，測量困難；（3）檢測大型號且批量大的產品，在裝、卸出芯軸過程中對檢驗人員的體力要求較高，勞動強度大，且稍有不慎可能壓傷手指；（4）每套次測量要重復裝、卸出芯軸，檢測效率低。第二種用千分尺測量法，如（圖2）所示。用兩把千分尺在產品的對稱位置進行測量，測量時需反復調整千分尺的測量值，直至兩把千分尺的測量值一致后，此時的測量值即為裝配高度。該種檢驗方法缺陷是：（1）兩把千分尺得多次調整才能得到測量值，測量繁瑣，效率低，不適合批量測量；（2）需要一定的測量技能，才能得到準確的測量值。以上兩種測量方法的缺陷主要是為了在測量中克服外圈與內圈可以相互擺動而造成的，所以如何在測量中快速保證兩測量基準面相互平行這個測量難點成為設計的重點及核心。為此，本人設計了這臺角接觸（推力）關節軸承裝配高度測量儀，以解決這一難題。

3 測量儀的測量原理

由于角接觸（推力）關節軸承具有內外圈球徑同心且可自動調心、球面的表面粗糙度小于Ra0.8等特點，所以對軸圈施加較小的壓力F后，如圖3所示，就可使軸圈的基準面與座圈的基準面平行，測量此時的H值即為該軸承的裝配高度。

4 測量儀的主要結構

為實現圖3所示的測量原理，可通過圖4的測量機構來實現。儀器主要由以下幾個部分組成：基礎裝置（工作臺、立柱、懸臂、V型定位叉、防磨損墊片等）；升降傳動系統（螺紋旋鈕、梯形螺紋軸、壓板）；測量系統（指示儀表架、精度0.01指示儀表）；防過載系統（防過載襯套、手柄等）；V形定位叉（位置可調節，定位被測軸承）。為了滿足生產過程中不同型號規格軸承的檢測，該測量儀設計時還考慮盡可能覆蓋較多的型號，從GAC25～GAC150，GX10～GX120（軸承座圈公稱外徑Φ30～Φ230mm）均可測量。

5 設計要點

（1）本測量儀是利用軸承內、外圈可相互擺動且球徑同心，可自動調心的特點設計的，其中壓板與工作臺是否平行是影響測量精度的一個重要因素。為了保證測量精度，除基礎裝置各相關部件的剛性及形位公差保證外，梯形螺紋軸外徑與懸臂孔徑的配合間隙，在滿足梯形螺紋軸上下運動靈活的前提下，必須是精密的導向（間隙配合控制在0.02～0.04mm），以消除該間隙對測量精度的影響。

（2）在升降傳動系統中，采用的是工藝性好、螺紋強度高、對中性好的梯形螺紋（導程20、螺距5）進行負荷的傳遞及行程的傳動。該升降機構可以實現快速升降運動，提高工作效率，降低勞動強度；同時為防止對測量軸承施加的負載過大，造成測量儀和產品變形，還特別設計了一套防過載系統進行過載保護，如圖5所示。手柄帶動防過載襯套及鋼球旋轉，同時螺紋旋鈕在壓力鋼球帶動下旋轉，當負載過大時，鋼球被頂起，防過載襯套打滑旋轉，從而起到過載保護作用。

（3）由于角接觸軸承成品的軸圈非基準面與座圈基準面處于同一平面，如圖6所示，在軸圈壓平前，A點將低于基準面，所以測量時必須用支承塊墊高軸承的座圈才能實現裝配高度的測量。為此，我們在工作臺上設計了兩個可移動的支承塊支承被測軸承。對于推力關節軸承，由于軸圈小端面高于座圈基準面，在軸圈壓平前，A點不會低于基準面，所以可以拆除支承塊，將軸承直接置于工作臺測量。

以上是該儀器的一些創新點和設計思路，該儀器設計的最大創新點在于把原有的兩種測量方法中需努力克服的測量難點（外圈與內圈可以相互擺動）轉化為設計思路，并通過測量儀來實現快速、精確的測量。

6 測量誤差分析

（1）從測量原理分析：在該儀器的剛性及制造精度保證（儀器的制造精度主要是指兩方面：梯形螺紋軸外徑與懸臂孔徑配合精度、壓板相對于工作臺的平行度）的前提下，加上防過載系統保護及被測軸承自動調心的特點，該儀器的測量精度是可以保證的，并且測量定位快速。

（2）從實際使用進行驗證：儀器制造完成后，我們從以下兩個方面對測量誤差進行實際驗證：

第一，用不同的標準高度塊進行重復測量驗證，表1為驗證數據。

第二，用芯軸測量法和該測量儀測量兩種方法分別對同一套的GAC110S/K軸承的裝配高度進行多次重復測量，驗證其測量結果的重復性，測量數據如表2。

從表1的數據可以看出，測量結果的測量精度、重復精度均在0.01mm以內；從表2的數據可以看出，芯軸法測量較本測量儀測量的重復精度要差，這和芯軸法的測量缺陷是息息相關的。綜上，該裝置完全可以滿足產品測量要求（裝配高度公差值均在0.1mm以上）。

7 檢測效率比較

經過現場生產的實際應用，本測量儀可降低檢驗人員的勞動強度，并且較芯軸法提高檢測效率達近10倍（以GAC110S/K為例，芯軸法30～40秒/件，本測量儀3～5秒/件）。

8 結語

該測量儀解決了采用原有檢測方法時檢測精度差、檢驗人員勞動強度大的問題。

該測量儀檢測效率比原有檢測方法提高近10倍，并且可以對同系列不同規格的軸承進行檢測，滿足批量生產的要求。

因此，該測量儀的設計是成功的。

作者簡介：陳小春（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：關節軸承檢測技術及工藝設計。

（責任編輯：周加轉）