关节轴承内圈外球面球径测量仪的设计

摘要：文章论述了轴承行业测量关节轴承内圈外球面球径的几种测量方法及存在的弊端，介绍了自制关节轴承内圈外球面球径测量仪的设计思路，通过测量仪结构简图说明了其工作原理。

关键词：关节轴承；测量弊端；浮动工作台；测量仪；误差分析

中图分类号：TH711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0001-02

关节轴承主要是由一个带外球面的内圈和一个带有内球面的外圈组成的一对滑动摩擦副，可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与外径安装孔不同心时，仍能正常工作。

1 产品技术要求

关节轴承内圈外球面球径尺寸及精度合格与否，直接影响关节轴承的装配质量，甚至影响关节轴承的寿命，因而对其内圈外球面直径尺寸及精度有较高的要示。图1为一典型关节轴承内圈外球面磨加工工序技术要求。外球面除要求满足一定的球径尺寸SΦ外，还要求控制球直径变动量、圆度误差及外球面对内孔的跳动量符合要求。

2 测量现状分析

目前轴承行业生产现场测量关节轴承内圈外球径尺寸及球直径变动量大致有下列几方法：采用万能量具如外径千分尺测量；采用轴承专用外径测量仪如D913或D914测量；采用三坐标机或测量长仪测量，但采用这些测量方法都存在相应的弊端。

采用外径千分尺测量时，由于外径千分尺测量精度不够，加之存在人为因素，满足不了精确到0.001mm测量要求，而且测量时间长不方便。

采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量时，由于关节轴承内圈外球面有油槽存在，一般把仪器测点调成二低一高形式，采用标准件调整比对测量，如图2所示。这样调整存在的弊端如图3所示：随着外径的增大（或减小），套圈中心在如图所示的aa线上移动，即所测为弦长值而不是直径值；而且该方法测量点不是直接通过球心，即非法线测量，此时仪表上所反映的数值与球径的数值不线性比例增长（或减小），因而不能真实反映球径的数值及球径变动量。对于没有油槽存在的内圈，一般把测量点和支点调整在球中心截面上，但由于存在宽度误差，其测量点也不一定通过球中心，也即所测量的值也是弦长而不是直径值。并且采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量外球径时最大的弊端是只能测量一个截面而不是测量任意截面的球直径及球直径变动值。

图2 图3

采用三坐标机或测量长仪测量时，由于三坐标机或测量长仪一般安装在计量室，无法满足现场快速简易测量要求，一般利用其制作标准件而不是现场测量工具。

3 测量仪的测量原理

为了达到准确测量球径的目的，测量点必须经过球心；为了达到测量任意截面球径的目的，测量点或工件两者之一必须能任意角度旋转；为了克服球径大小不影响测量准确度的目的，需让工件浮动，使测量点恒经过球心。为了达到上述目的，设计的测量原理如图4

所示。

图4

4 测量仪的结构

为实现图4所示的测量原理，设计的测量仪如图5

所示。

图5

仪器主要由以下几部分组成：浮动支承机构（上滑板、下固定板、钢球、保持架、盖板等）；上下调整机构（固定轴、调整丝杆、滚花螺母等）；测量系统（指示仪表、调整支点、指示仪表固定座等）；定位圆台；底座等组成。

被测关节轴承内圈外球面通过圆台锥面定位，定位圆台可以在上滑板X轴方向调整，保证关节轴承内圈球中心在X轴方向与测量系统中心（指示仪表与调整连线）在同一直线上；通过调整调整丝杆可使下固定板、上滑板、定位圆台及被测关节轴承内圈一起上下移动，保证在Y轴方向上被测关节轴承内圈球中心与测量系统中心处在同一直线上。通过这样的调整，保证指示仪表所测得的值为球径值。

5 误差分析

本仪器用内圈外球面定位，所以当用球径标准件调整好仪器后，对于球径大小不同的被测内圈时，测量点不一定通过球中心线，如图6为当Sφ1至Sφ2变动时，球心上升b值的高度，从图中直角三角形直角边与斜边的关系要知，实测的球径值与Sφ2相差很小，其计算公式如下：Sφ2-，以测量关节轴承内圈GE60ES.02外球面为例，其球径要求是Sφ81+0 -0.02mm，设计的定位圆台内径a为φ40mm，若以Sφ81-0.02mm调整好仪器后，测量球径尺寸Sφ81mm，此时测量误差为Sφ2-=2-=-4×10-6mm，这个数值很小，可以忽略。

图6 图7

再者，本仪器受制造误差影响也将影响其测量误差。如图7，V形槽存在X轴方向的加工误差，将使工件偏离所调整的中心位置，假设V形槽在X轴方向有0.02mm偏离时，以测量关节轴承GE60ES.02外球面为例，此时测量误差为81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。这个数值很小，可以忽略。当V形槽存在Y轴方向的加工误差，其计算相似。

通过分析计算，本仪器可满足测量外球径及变动量的目的。实际比对测量效果也进一步了本测量仪的精度准确性。表一为采用本测量仪与采用阿贝测量仪测量10个关节轴承内圈GE60ES.02外球面测量的数据比较。

从表一的数据可以看出，测量结果变化在0.001mm以内，说明该测量仪满足测量要求。

6 结语

本测量仪可方便、准确测量，满足大批量生产的要求。本测量仪已成功大批制造，在公司内部工序、外协验收、终检上大量应用。

作者简介：陈溪源（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装设计。

摘要：文章论述了轴承行业测量关节轴承内圈外球面球径的几种测量方法及存在的弊端，介绍了自制关节轴承内圈外球面球径测量仪的设计思路，通过测量仪结构简图说明了其工作原理。

关键词：关节轴承；测量弊端；浮动工作台；测量仪；误差分析

中图分类号：TH711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0001-02

关节轴承主要是由一个带外球面的内圈和一个带有内球面的外圈组成的一对滑动摩擦副，可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与外径安装孔不同心时，仍能正常工作。

1 产品技术要求

关节轴承内圈外球面球径尺寸及精度合格与否，直接影响关节轴承的装配质量，甚至影响关节轴承的寿命，因而对其内圈外球面直径尺寸及精度有较高的要示。图1为一典型关节轴承内圈外球面磨加工工序技术要求。外球面除要求满足一定的球径尺寸SΦ外，还要求控制球直径变动量、圆度误差及外球面对内孔的跳动量符合要求。

2 测量现状分析

目前轴承行业生产现场测量关节轴承内圈外球径尺寸及球直径变动量大致有下列几方法：采用万能量具如外径千分尺测量；采用轴承专用外径测量仪如D913或D914测量；采用三坐标机或测量长仪测量，但采用这些测量方法都存在相应的弊端。

采用外径千分尺测量时，由于外径千分尺测量精度不够，加之存在人为因素，满足不了精确到0.001mm测量要求，而且测量时间长不方便。

采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量时，由于关节轴承内圈外球面有油槽存在，一般把仪器测点调成二低一高形式，采用标准件调整比对测量，如图2所示。这样调整存在的弊端如图3所示：随着外径的增大（或减小），套圈中心在如图所示的aa线上移动，即所测为弦长值而不是直径值；而且该方法测量点不是直接通过球心，即非法线测量，此时仪表上所反映的数值与球径的数值不线性比例增长（或减小），因而不能真实反映球径的数值及球径变动量。对于没有油槽存在的内圈，一般把测量点和支点调整在球中心截面上，但由于存在宽度误差，其测量点也不一定通过球中心，也即所测量的值也是弦长而不是直径值。并且采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量外球径时最大的弊端是只能测量一个截面而不是测量任意截面的球直径及球直径变动值。

图2 图3

采用三坐标机或测量长仪测量时，由于三坐标机或测量长仪一般安装在计量室，无法满足现场快速简易测量要求，一般利用其制作标准件而不是现场测量工具。

3 测量仪的测量原理

为了达到准确测量球径的目的，测量点必须经过球心；为了达到测量任意截面球径的目的，测量点或工件两者之一必须能任意角度旋转；为了克服球径大小不影响测量准确度的目的，需让工件浮动，使测量点恒经过球心。为了达到上述目的，设计的测量原理如图4

所示。

图4

4 测量仪的结构

为实现图4所示的测量原理，设计的测量仪如图5

所示。

图5

仪器主要由以下几部分组成：浮动支承机构（上滑板、下固定板、钢球、保持架、盖板等）；上下调整机构（固定轴、调整丝杆、滚花螺母等）；测量系统（指示仪表、调整支点、指示仪表固定座等）；定位圆台；底座等组成。

被测关节轴承内圈外球面通过圆台锥面定位，定位圆台可以在上滑板X轴方向调整，保证关节轴承内圈球中心在X轴方向与测量系统中心（指示仪表与调整连线）在同一直线上；通过调整调整丝杆可使下固定板、上滑板、定位圆台及被测关节轴承内圈一起上下移动，保证在Y轴方向上被测关节轴承内圈球中心与测量系统中心处在同一直线上。通过这样的调整，保证指示仪表所测得的值为球径值。

5 误差分析

本仪器用内圈外球面定位，所以当用球径标准件调整好仪器后，对于球径大小不同的被测内圈时，测量点不一定通过球中心线，如图6为当Sφ1至Sφ2变动时，球心上升b值的高度，从图中直角三角形直角边与斜边的关系要知，实测的球径值与Sφ2相差很小，其计算公式如下：Sφ2-，以测量关节轴承内圈GE60ES.02外球面为例，其球径要求是Sφ81+0 -0.02mm，设计的定位圆台内径a为φ40mm，若以Sφ81-0.02mm调整好仪器后，测量球径尺寸Sφ81mm，此时测量误差为Sφ2-=2-=-4×10-6mm，这个数值很小，可以忽略。

图6 图7

再者，本仪器受制造误差影响也将影响其测量误差。如图7，V形槽存在X轴方向的加工误差，将使工件偏离所调整的中心位置，假设V形槽在X轴方向有0.02mm偏离时，以测量关节轴承GE60ES.02外球面为例，此时测量误差为81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。这个数值很小，可以忽略。当V形槽存在Y轴方向的加工误差，其计算相似。

通过分析计算，本仪器可满足测量外球径及变动量的目的。实际比对测量效果也进一步了本测量仪的精度准确性。表一为采用本测量仪与采用阿贝测量仪测量10个关节轴承内圈GE60ES.02外球面测量的数据比较。

从表一的数据可以看出，测量结果变化在0.001mm以内，说明该测量仪满足测量要求。

6 结语

本测量仪可方便、准确测量，满足大批量生产的要求。本测量仪已成功大批制造，在公司内部工序、外协验收、终检上大量应用。

作者简介：陈溪源（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装设计。

摘要：文章论述了轴承行业测量关节轴承内圈外球面球径的几种测量方法及存在的弊端，介绍了自制关节轴承内圈外球面球径测量仪的设计思路，通过测量仪结构简图说明了其工作原理。

关键词：关节轴承；测量弊端；浮动工作台；测量仪；误差分析

中图分类号：TH711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0001-02

关节轴承主要是由一个带外球面的内圈和一个带有内球面的外圈组成的一对滑动摩擦副，可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与外径安装孔不同心时，仍能正常工作。

1 产品技术要求

关节轴承内圈外球面球径尺寸及精度合格与否，直接影响关节轴承的装配质量，甚至影响关节轴承的寿命，因而对其内圈外球面直径尺寸及精度有较高的要示。图1为一典型关节轴承内圈外球面磨加工工序技术要求。外球面除要求满足一定的球径尺寸SΦ外，还要求控制球直径变动量、圆度误差及外球面对内孔的跳动量符合要求。

2 测量现状分析

目前轴承行业生产现场测量关节轴承内圈外球径尺寸及球直径变动量大致有下列几方法：采用万能量具如外径千分尺测量；采用轴承专用外径测量仪如D913或D914测量；采用三坐标机或测量长仪测量，但采用这些测量方法都存在相应的弊端。

采用外径千分尺测量时，由于外径千分尺测量精度不够，加之存在人为因素，满足不了精确到0.001mm测量要求，而且测量时间长不方便。

采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量时，由于关节轴承内圈外球面有油槽存在，一般把仪器测点调成二低一高形式，采用标准件调整比对测量，如图2所示。这样调整存在的弊端如图3所示：随着外径的增大（或减小），套圈中心在如图所示的aa线上移动，即所测为弦长值而不是直径值；而且该方法测量点不是直接通过球心，即非法线测量，此时仪表上所反映的数值与球径的数值不线性比例增长（或减小），因而不能真实反映球径的数值及球径变动量。对于没有油槽存在的内圈，一般把测量点和支点调整在球中心截面上，但由于存在宽度误差，其测量点也不一定通过球中心，也即所测量的值也是弦长而不是直径值。并且采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量外球径时最大的弊端是只能测量一个截面而不是测量任意截面的球直径及球直径变动值。

图2 图3

采用三坐标机或测量长仪测量时，由于三坐标机或测量长仪一般安装在计量室，无法满足现场快速简易测量要求，一般利用其制作标准件而不是现场测量工具。

3 测量仪的测量原理

为了达到准确测量球径的目的，测量点必须经过球心；为了达到测量任意截面球径的目的，测量点或工件两者之一必须能任意角度旋转；为了克服球径大小不影响测量准确度的目的，需让工件浮动，使测量点恒经过球心。为了达到上述目的，设计的测量原理如图4

所示。

图4

4 测量仪的结构

为实现图4所示的测量原理，设计的测量仪如图5

所示。

图5

仪器主要由以下几部分组成：浮动支承机构（上滑板、下固定板、钢球、保持架、盖板等）；上下调整机构（固定轴、调整丝杆、滚花螺母等）；测量系统（指示仪表、调整支点、指示仪表固定座等）；定位圆台；底座等组成。

被测关节轴承内圈外球面通过圆台锥面定位，定位圆台可以在上滑板X轴方向调整，保证关节轴承内圈球中心在X轴方向与测量系统中心（指示仪表与调整连线）在同一直线上；通过调整调整丝杆可使下固定板、上滑板、定位圆台及被测关节轴承内圈一起上下移动，保证在Y轴方向上被测关节轴承内圈球中心与测量系统中心处在同一直线上。通过这样的调整，保证指示仪表所测得的值为球径值。

5 误差分析

本仪器用内圈外球面定位，所以当用球径标准件调整好仪器后，对于球径大小不同的被测内圈时，测量点不一定通过球中心线，如图6为当Sφ1至Sφ2变动时，球心上升b值的高度，从图中直角三角形直角边与斜边的关系要知，实测的球径值与Sφ2相差很小，其计算公式如下：Sφ2-，以测量关节轴承内圈GE60ES.02外球面为例，其球径要求是Sφ81+0 -0.02mm，设计的定位圆台内径a为φ40mm，若以Sφ81-0.02mm调整好仪器后，测量球径尺寸Sφ81mm，此时测量误差为Sφ2-=2-=-4×10-6mm，这个数值很小，可以忽略。

图6 图7

再者，本仪器受制造误差影响也将影响其测量误差。如图7，V形槽存在X轴方向的加工误差，将使工件偏离所调整的中心位置，假设V形槽在X轴方向有0.02mm偏离时，以测量关节轴承GE60ES.02外球面为例，此时测量误差为81-2×=81-80.9999=1×

10-4mm。这个数值很小，可以忽略。当V形槽存在Y轴方向的加工误差，其计算相似。

通过分析计算，本仪器可满足测量外球径及变动量的目的。实际比对测量效果也进一步了本测量仪的精度准确性。表一为采用本测量仪与采用阿贝测量仪测量10个关节轴承内圈GE60ES.02外球面测量的数据比较。

从表一的数据可以看出，测量结果变化在0.001mm以内，说明该测量仪满足测量要求。

6 结语

本测量仪可方便、准确测量，满足大批量生产的要求。本测量仪已成功大批制造，在公司内部工序、外协验收、终检上大量应用。

作者简介：陈溪源（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装设计。