角接触（推力）关节轴承装配高度测量仪的设计

摘要：由于角接触（推力）关节轴承内、外圈的工作滑动表面均为少半球面，外圈与内圈可以相互摆动，如何克服内、外圈摆动对角接触（推力）关节轴承装配高度测量的影响，降低劳动强度，提高检测效率及精度，成了企业急待解决的问题。文章设计了一种专用的测量仪以解决以上问题。

关键词：关节轴承；装配高度；测量基准；测量仪

中图分类号：TH133 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0013-03

1 概述

角接触（推力）关节轴承由于球形滑动接触面积大，倾斜角大，有较大的载荷能力和抗冲击能力，并具有抗腐蚀、耐磨损、自动调心、润滑好或自润滑型无润滑物污染的特点，因此广泛用于速度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动的场合，如工程液压油缸、锻压机床、工程机械、自动化设备、汽车减震器、水利机械等。

角接触关节轴承和推力关节轴承是我公司六大系列中的两大系列的主导产品，产品型号繁多，每月都有大批量生产。该产品的装配高度（如图3的H值）是一个重要的技术参数，特别是自润滑型的，在成品终检时属于全数检验项目。因此，如何提高测量精度及测量效率，降低检测人员的劳动强度，成为企业保证批量生产产品质量、满足市场需求急待解决的问题。

2 原有测量方法及存在的问题

由于角接触（推力）关节轴承内、外圈的工作滑动表面均为少半球面，外圈与内圈可以相互摆动，常用的高度测量仪无法对该参数进行测量。原有的检测手段主要有两种：第一种是采用芯轴法测量，如图1所示。该检验方法有四个缺陷：（1）每种型号需配备一根与轴圈内径尺寸一致的芯轴；（2）芯轴与轴圈是间隙配合，间隙太大，测量值误差大；间隙太小，不容易装、卸出芯轴，测量困难；（3）检测大型号且批量大的产品，在装、卸出芯轴过程中对检验人员的体力要求较高，劳动强度大，且稍有不慎可能压伤手指；（4）每套次测量要重复装、卸出芯轴，检测效率低。第二种用千分尺测量法，如（图2）所示。用两把千分尺在产品的对称位置进行测量，测量时需反复调整千分尺的测量值，直至两把千分尺的测量值一致后，此时的测量值即为装配高度。该种检验方法缺陷是：（1）两把千分尺得多次调整才能得到测量值，测量繁琐，效率低，不适合批量测量；（2）需要一定的测量技能，才能得到准确的测量值。以上两种测量方法的缺陷主要是为了在测量中克服外圈与内圈可以相互摆动而造成的，所以如何在测量中快速保证两测量基准面相互平行这个测量难点成为设计的重点及核心。为此，本人设计了这台角接触（推力）关节轴承装配高度测量仪，以解决这一难题。

3 测量仪的测量原理

由于角接触（推力）关节轴承具有内外圈球径同心且可自动调心、球面的表面粗糙度小于Ra0.8等特点，所以对轴圈施加较小的压力F后，如图3所示，就可使轴圈的基准面与座圈的基准面平行，测量此时的H值即为该轴承的装配高度。

4 测量仪的主要结构

为实现图3所示的测量原理，可通过图4的测量机构来实现。仪器主要由以下几个部分组成：基础装置（工作台、立柱、悬臂、V型定位叉、防磨损垫片等）；升降传动系统（螺纹旋钮、梯形螺纹轴、压板）；测量系统（指示仪表架、精度0.01指示仪表）；防过载系统（防过载衬套、手柄等）；V形定位叉（位置可调节，定位被测轴承）。为了满足生产过程中不同型号规格轴承的检测，该测量仪设计时还考虑尽可能覆盖较多的型号，从GAC25～GAC150，GX10～GX120（轴承座圈公称外径Φ30～Φ230mm）均可测量。

5 设计要点

（1）本测量仪是利用轴承内、外圈可相互摆动且球径同心，可自动调心的特点设计的，其中压板与工作台是否平行是影响测量精度的一个重要因素。为了保证测量精度，除基础装置各相关部件的刚性及形位公差保证外，梯形螺纹轴外径与悬臂孔径的配合间隙，在满足梯形螺纹轴上下运动灵活的前提下，必须是精密的导向（间隙配合控制在0.02～0.04mm），以消除该间隙对测量精度的影响。

（2）在升降传动系统中，采用的是工艺性好、螺纹强度高、对中性好的梯形螺纹（导程20、螺距5）进行负荷的传递及行程的传动。该升降机构可以实现快速升降运动，提高工作效率，降低劳动强度；同时为防止对测量轴承施加的负载过大，造成测量仪和产品变形，还特别设计了一套防过载系统进行过载保护，如图5所示。手柄带动防过载衬套及钢球旋转，同时螺纹旋钮在压力钢球带动下旋转，当负载过大时，钢球被顶起，防过载衬套打滑旋转，从而起到过载保护作用。

（3）由于角接触轴承成品的轴圈非基准面与座圈基准面处于同一平面，如图6所示，在轴圈压平前，A点将低于基准面，所以测量时必须用支承块垫高轴承的座圈才能实现装配高度的测量。为此，我们在工作台上设计了两个可移动的支承块支承被测轴承。对于推力关节轴承，由于轴圈小端面高于座圈基准面，在轴圈压平前，A点不会低于基准面，所以可以拆除支承块，将轴承直接置于工作台测量。

以上是该仪器的一些创新点和设计思路，该仪器设计的最大创新点在于把原有的两种测量方法中需努力克服的测量难点（外圈与内圈可以相互摆动）转化为设计思路，并通过测量仪来实现快速、精确的测量。

6 测量误差分析

（1）从测量原理分析：在该仪器的刚性及制造精度保证（仪器的制造精度主要是指两方面：梯形螺纹轴外径与悬臂孔径配合精度、压板相对于工作台的平行度）的前提下，加上防过载系统保护及被测轴承自动调心的特点，该仪器的测量精度是可以保证的，并且测量定位快速。

（2）从实际使用进行验证：仪器制造完成后，我们从以下两个方面对测量误差进行实际验证：

第一，用不同的标准高度块进行重复测量验证，表1为验证数据。

第二，用芯轴测量法和该测量仪测量两种方法分别对同一套的GAC110S/K轴承的装配高度进行多次重复测量，验证其测量结果的重复性，测量数据如表2。

从表1的数据可以看出，测量结果的测量精度、重复精度均在0.01mm以内；从表2的数据可以看出，芯轴法测量较本测量仪测量的重复精度要差，这和芯轴法的测量缺陷是息息相关的。综上，该装置完全可以满足产品测量要求（装配高度公差值均在0.1mm以上）。

7 检测效率比较

经过现场生产的实际应用，本测量仪可降低检验人员的劳动强度，并且较芯轴法提高检测效率达近10倍（以GAC110S/K为例，芯轴法30～40秒/件，本测量仪3～5秒/件）。

8 结语

该测量仪解决了采用原有检测方法时检测精度差、检验人员劳动强度大的问题。

该测量仪检测效率比原有检测方法提高近10倍，并且可以对同系列不同规格的轴承进行检测，满足批量生产的要求。

因此，该测量仪的设计是成功的。

作者简介：陈小春（1971—），男，福建漳州人，福建龙溪轴承（集团）股份有限公司工程师，研究方向：关节轴承检测技术及工艺设计。

（责任编辑：周加转）