新型轴承轴向刚度检测机

杨海峰，周军

哈尔滨焊接研究院有限公司 黑龙江哈尔滨 150028

1 序言

目前我公司在研发某重点项目惯性摩擦焊机时，需要准确知道在不同顶锻力作用下，摩擦焊机主轴箱体内轴承的轴向刚度变化，为摩擦焊机主轴箱体内轴承选型和焊后工件缩短量提供数据支撑。国内目前还没有针对轴承的轴向刚度的专业检测设备，我公司决定自主研发制造轴承轴向刚度检测机，对不同型号轴承进行轴向刚度试验，根据检测数据，选择能够满足应用到惯性摩擦焊机主轴箱体内的轴承型号[1-3]。

2 检测机技术要求及特点

刚度是机械零部件在受到外力时抵抗变形的能力，可以通过测量受力变形时的位移量来确定。目前在国内，轴承刚度测量还没有专门的测量数据采集仪器，用户大多只是对轴承的刚度进行理论计算，也有用比较简单的试验装置对轴承刚度进行校验和测试，但是只是给出一些零散的刚度值，无法绘制刚度曲线，不能真实反映轴承轴向刚度性能[4，5]。针对以上存在的问题，设计了轴承轴向刚度检测机，该检测机是测量轴承轴向刚度的专用仪器，可以显示出对轴承施加不同的轴向力时，轴承的轴向刚度曲线变化，方便分析不同规格尺寸轴承的性能及装配到惯性摩擦焊机后的最佳刚度性能。该检测机能对不同型号轴承的轴向刚度进行测定，可以用于轴承生产车间、轴承相关研究单位和主机配套厂家[6，7]。

该检测机测量轴承轴向刚度的范围如下：轴承内径40～250mm，轴承外径70～300mm。

测量装置选用日本东京精密仪器E-DT-173F-D在线测量装置，该装置通过数据线连接带显示屏的测量仪表，测量精度1μm，精度高、可靠性高；采用单独的L形片簧支点，是没有滑动和摩擦的机构。测量装置是通用性较大的杠杆式测量装置，可以在刚度测量机上实现轴向定位，内部无滑动磨损部件，实现了高精度和高可靠性。

测量数据显示选用的测量仪表PULCOMV2型，是采用新一代数字信号处理系统及先进控制技术用于在线检测控制的仪器。选用大型3色7段LED（发光二极管），即使远离该仪器也能通过颜色判断测量结果；触摸屏操作简单，界面简洁易懂，各种设定可以通过对话形式进行操作，用英文和数字显示的LCD屏幕（液晶显示器）可以实现自动校对调整、检测数据记忆、数据输出和模拟量输出等功能。该电路系统抗干扰能力强、稳定性好及反应速度快。测量仪表样式如图1所示。

图1 测量仪表

在线测量装置通过数据线与测量仪表连接，测量仪表接通220V电源线后，启动测量仪表上的开始键，通过仪表上的触摸屏设定初始位置清零，整体测量系统便会以现有测量装置探头测点位置为零点，进行数据输出，整个测量系统便处于实时检测阶段，测量装置探头测点随着轴承内圈位移变化，而产生相应的位移，通过电感传感器将位移量变化成电量，传输到控制仪表进行放大采集，测量仪表液晶显示屏会实时显示采集到的位移数据[8]。

3 工作原理

轴向刚度检测机结构如图2所示。

图2 轴向刚度检测机结构

将待测轴承放在支撑套14上，调整好测量装置，让探头测点接触轴承内圈。液压泵电动机起动，液压缸上端进油，液压缸缓慢下降，液压缸下降到活塞下边压板接触轴承内圈，压板对轴承内圈加压，同时在线测量装置的探头测点对轴承内圈轴向位移量进行测量，不断增加压力，在线测量装置检测的位移变化数据通过数据线传输给测量仪表，测量仪表自动记录测量结果，测量结束，液压缸下端进油，液压缸活塞向上运动，完成一个测量循环。测量仪表会记录轴承内圈加载压力，压力逐渐增大直到最后轴承失效破坏，轴承内圈相对于外圈位移量呈曲线变化，通过对多套同型号产品的测定后取平均值，不仅可以得到该轴承新产品的刚度曲线变化值，也可以知道该型号轴承产品轴向最大刚度值，为摩擦焊机所选用轴承产品最后定型提供数据支持。

4 试验机各组成件的位置关系

检测机床身18固定在地面上，底座16装在床身18上，4个支柱9与底座16相连，上底板2固定在4个支柱9上，过渡盘3与上底板2连接，下盖4、过渡盘3与液压缸体5连接在一起，上盖6与液压缸体5连接，活塞杆7放在液压缸体5里，支架20固定在底座16上，4个支撑环11固定在支架20上，轴12放在支撑环11里，支架1固定在轴12上，支板17固定在床身18上，按钮箱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，液压站19放在试验机后部。

5 检测机的结构特点

5.1 床身

检测机由多个精密零件组成，由于检测机的测量精度要求高，轴向压力大，所以床身采用吸振性好、抗压强度大的铸铁件，增强机床吸振性和稳定性，提高测量精度，并用地脚螺栓把床身固定在地面上。

5.2 支撑柱

加压液压缸固定在上底板2上，为了增强活塞下压的稳定性，加大4个支柱9的尺寸，直径为80mm，材料选用GCr15，淬火处理提高硬度，增加其抗弯和抗压性。

5.3 液压系统

根据试验要求，液压系统压力需求较大，由于轴向压力高，液压泵采用的是叶片泵，压力是6.3MPa，排量是25mL/r。液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换元件，在液压转动中，液压泵作为动力元件向液压系统提供液压能。根据试验要求，测量载荷采用精密轴向加载装置，可轴向稳定地连续加载，自行设计加载液压缸，液压缸设计采用承压比较高的结构，最大承重5t。

5.4 更换测量件

每套被测轴承对应一套支撑套14，更换测量不同轴承，需根据轴承尺寸更换支承套14，测量装置在件11移动，这种结构更换方便。

5.5 测量装置的调整

在线测量装置22、微调装置23、支架1及轴12相连，支架开长孔可调整测量装置横向距离，测量装置整体可以沿轴12上下移动。在线测量装置22与微调装置23相连，调整微调装置，可使测头与待测轴承内圈紧密接触。

6 结束语

该轴承轴向刚度检测机研发制造成功后，现已在惯性摩擦焊机主轴箱体轴承选型上提供数据支持，选择能满足设备要求的轴承型号。实践证明该设备由于使用了铸铁件床身和4根支柱支撑液压缸，机床在高压下测量刚度，机床工作稳定，无振颤现象，现此设备已投入使用，经实践检验，该设备性能稳定，达到轴承轴向刚度检测要求。