一种大型滚动轴承旋转精度测量仪

2021-07-22孙建勇江岩胡英贝王冬燕张文涛

轴承 2021年6期

孙建勇，江岩，胡英贝，王冬燕，张文涛

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳 471003；3.北京航天动力研究所，北京 100076)

套圈跳动是判断精密轴承旋转精度的重要技术指标[1]。目前，用于精密轴承套圈跳动测量的仪器基本能够满足内径300 mm以下轴承的测量需求，无法精确测量更大尺寸轴承的套圈跳动。因此，研制了一种大型滚动轴承旋转精度测量仪，同时引入轴系回转精度误差分离理论，分离出套圈的形状误差和跳动。

1 主要技术指标

根据大型滚动轴承的测量要求，测量仪需满足：

1)内径测量范围300～1 600 mm，外径测量范围400～2 000 mm。

2)跳动测量重复性误差不大于5 μm，形状误差测量重复性误差不大于1 μm。

2 数学模型

常用的误差分离方法有两点法和三点法，两点法由三点法发展而来，但其无法完全分离零件的偏心误差，导致分离结果存在误差，因此，轴向跳动测量采用两点法，径向跳动测量采用三点法。

2.1 轴向跳动测量(两点法)

两点法的测量原理如图1所示，将2个特性非常接近的传感器S1和S2在圆周方向相隔180°对称安装，轴承旋转一圈采样n个点，对测量点进行如下处理：1)求测量点数据的平均值；2)求残余误差并消除常数项；3)消除轴承安装偏心对测量结果的影响；4)分离出轴承的端面跳动，求得轴承的回转误差信号[2-4]。

图1 两点法测量原理示意图Fig.1 Schematic diagram of two-point method measurement

传感器在第i点测得的端面跳动信号S1(i)和S2(i)分别为

(1)

在第i点对应的180°位置则有

(2)

将(1),(2)式进行线性迭加可得轴承第i点的圆度误差信号R(i)和回转误差信号E(i)，即

(3)

以此类推，可测得被测轴承上各点的圆度误差信号和回转误差信号。

2.2 径向跳动测量(三点法)

如图2所示，将3个特性非常接近的传感器互成角度安装，用于测量转台轴承的径向回转误差，测量具体步骤如下：

图2 近似三点法测量原理示意图Fig.2 Schematic diagram of approximate three-point method measurement

1)三测头信号的优化组合，消除组合信号中的回转误差量。

2)对组合信号进行快速傅里叶正变换，转换为频域信号。

3)将组合信号频域值除以权函数，得到圆度误差的频域值。

4)对圆度误差的频域值进行快速傅里叶逆变换，还原为圆度误差的时域信号。

5)从组合信号中剔除掉圆度误差信号，从而分离出轴承的回转误差信号。

3 机械设计

如图3所示，大型滚动轴承旋转精度测量仪主要由工作台、直线模组、直线导轨、驱动电动机、万向联轴节、传感器及调整装置等构成。

1—皮带轮；2—驱动电动机；3—过渡轴；4—工作台；5—万向联轴器；6—载荷块；7—被测轴承；8—大理石工作台；9—机架；10—调整直线模组(2套)；11—径向传感器及调整装置(3套);12—轴向传感器及调整装置(2套)；13—定位直线导轨图3 大型滚动轴承旋转精度测量仪结构示意图Fig.3 Structure diagram of measuring instrument for rotating accuracy of large-size rolling bearing

测量仪的工作原理为：通过定位直线导轨和调整直线模组对被测轴承进行定心；调整3个径向传感器，使其接触被测轴承套圈的径向表面，使2个轴向传感器接触轴承套圈的轴向表面；通过载荷块对被测轴承套圈轴向进行加载，驱动电动机旋转，通过皮带驱动精密轴系回转，进而通过万向联轴器及拨叉驱动被测轴承套圈旋转；转动一圈后通过计算机处理传感器的测量数据，即可得到套圈的径向、轴向跳动以及形状误差。其中，测量内圈时的轴承装配定位如图4所示。