一種精密組配軸承快速裝調裝置及使用方法與流程

2023-05-03 12:17:56

本發明屬於精密機械工程技術領域，具體涉及一種精密組配軸承裝調裝置及使用方法。

背景技術：

消除旋轉軸軸承的遊隙，其目的是為了提高迴轉精度，增加軸承組合的剛性。對於承受負荷較大、旋轉精度要求較高的軸承，大多要求在無遊隙或少量過盈狀態下工作，安裝時要進行預緊，以實現無遊隙或少量過盈狀態下工作。所謂預緊,就是在安裝軸承時用某種方法產生並保持一軸向力，以消除軸承中的遊隙，並在滾動體和內外圈接觸處產生初變形，預緊後的軸承受到工作載荷時，其內、外圈的徑向及軸向相對移動量要比未預緊的軸承大大減小，這樣就提高了軸承在工作狀態下的剛度和旋轉精度。

成對、有預緊力的軸承由於可以提高支承的剛性、旋轉精度及減小振動,因而在精密工具機、航天、航空等領域軸繫結構中得到廣泛的應用。通過精確預緊力的作用，成對軸承可以有效地防止鋼球發生公轉打滑和陀螺旋轉，減小鋼球自旋滑動，從而減小摩擦和發熱。

然而，裝配過程中軸承預緊力過小，裝配後達不到預期的目的；預緊力過大,裝配後會增加軸承摩擦，運轉時溫升過高，降低軸承使用壽命。因此在軸承設計精度和加工精度一定的情況下，軸系裝調過程中預緊力的控制是軸系旋轉精度及使用壽命的決定性因素，即軸系的裝調精度是軸系旋轉精度及使用壽命的決定性因素。

而實際過程中，由於設計人員經驗的不足、零件加工的誤差等一些原因，造成了軸系裝調過程中組配軸承預緊力的不確定性。由於預緊力的不確定性，導致裝配過程中反覆拆裝軸承，通過調整組配軸承內外圈凸出量，來達到設計要求的軸系精度。這樣裝調雖然可以達到軸系設計精度，但存在以下弊端及隱患：(1)精密軸系內外圈與軸承配合一般採用過盈或微米級的過渡裝配關係，軸承拆裝過程中，需要對軸承施加一定的外力，容易引起軸承及支撐件變形，劃傷，影響其精度；(2)對於角接觸軸承，由於其結構的特殊性，在外力拆裝過程中，極易將軸承內外圈分離，破壞軸承，造成損失；(3)軸系裝配過程中，這種試錯法的裝調方法，不僅浪費時間，而且最終施加的預緊力不一定是最合適的，往往偏大，造成軸承發熱，影響壽命。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種精密組配軸承快速裝調裝置及裝調方法，可測得軸承不同組配形式的最佳預緊遊隙，進而在裝配過程中實現快速裝調，提高效率，可有效避免或減小裝調軸承對軸系精度及壽命的影響。

本發明解決上述問題的技術方案是：所提供的精密組配軸承快速裝調裝置包括單軸承遊隙測量裝置和組配軸承預緊遊隙測量裝置，其特殊之處在於：所述單軸承遊隙測量裝置包括軸承外圈支承座和軸承內圈壓板；

所述軸承外圈支承座包括圓筒狀的支承座本體，所述支承座本體的一端設有內凹臺階，所述內凹臺階上平行於支承座本體端面的面用於對軸承外圈端面進行軸向限位，所述內凹臺階上與支承座本體端面垂直的面用於對軸承外圈進行徑向限位，

所述軸承內圈壓板由直徑不同的兩個圓柱同心疊合而成，直徑較小一端伸入待測軸承內圈，用於對待測軸承進行徑向限位，

所述組配軸承預緊遊隙測量裝置包括軸承座、精密電機、過渡套筒、第一滾珠絲槓、滾珠絲槓法蘭套、外圈定距環、第二滾珠絲槓、滾珠絲槓套、法蘭壓板、標準平面反射鏡和自準直儀。

所述軸承座用於對待測軸承進行徑向限位；

所述過渡套筒包括套筒內圈和套筒外圈，所述套筒外圈和待測軸承的內圈配合，所述精密電機固設於套筒內圈內；

所述滾珠絲槓法蘭套的一端設有法蘭軸肩，所述法蘭軸肩用於對待測軸承進行軸向限位；所述法蘭壓板為階梯法蘭軸，所述法蘭壓板設有中心通孔，所述法蘭壓板的法蘭端面用於對待測軸承進行軸向限位。

所述第一滾珠絲槓和第二滾珠絲槓的滾道旋向相反，分別設置在精密電機的兩側，第一滾珠絲槓和第二滾珠絲槓同心設置，滾珠絲槓法蘭套和滾珠絲槓套分別設置在第一滾珠絲槓上和第二滾珠絲槓上，第二滾珠絲槓穿過法蘭壓板的中心通孔，法蘭壓板的法蘭端與滾珠絲槓套固定連接，標準平面反射鏡安裝在法蘭壓板的另一端，標準平面反射鏡垂直於法蘭壓板的中心軸，所述自準直儀設置在標準平面反射鏡一側並與第二滾珠絲槓同心設置，標準平面反射鏡與自準直儀進行配合。

所述外圈定距環設置在待測組配軸承的外圈之間。

精密電機同時驅動第一滾珠絲槓和第二滾珠絲槓旋轉，滾珠絲槓法蘭套和滾珠絲槓套分別在第一滾珠絲槓和第二滾珠絲槓做直線運動。

進一步地，上述法蘭壓板的法蘭端與滾珠絲槓套通過螺釘進行連接。

進一步地，上述滾珠絲槓套為圓柱光軸。

進一步地，上述滾珠絲槓法蘭套直徑較小一端外徑小於過渡套筒內徑；所述滾珠絲槓套的外徑小於過渡套筒的內徑。

本發明還公開了一種使用本發明裝置裝調組配軸承的方法，包括如下步驟：

步驟一：將被測軸承a卡在外圈支承座內，內圈壓板卡在軸承a的內圈內，在軸承a的內圈壓板中心施加垂直於軸承a端面的遊隙測量負荷，測量並記錄軸承a大開口端凸出量δa1，通過計算得被測軸承a小開口端凸出量δa2＝dw+δa1-dn，通過同樣方法可測得被測軸承b的大開口端凸出量δb1，被測軸承b小開口端凸出量δb2，其中，dn為軸承a的內圈寬度，dw為軸承a的外圈寬度；

步驟二：將軸承a和軸承b安裝在軸承座內，軸承a和軸承b之間安裝有外圈定距環，再將過渡套筒安裝在軸承內圈內，將法蘭壓板與滾珠絲槓套固定，最後將自準直儀設置在標準平面反射鏡一側並與第二滾珠絲槓同心設置；

步驟三：使軸承內圈轉動，軸承內圈旋轉帶動標準平面反射鏡旋轉，自準直儀計算軸系晃動角度，即軸系精度，如果測得軸系精度不滿足設計要求，使精密驅動電機正、反轉驅動滾珠絲槓法蘭套和滾珠絲槓套，滾珠絲槓套帶動法蘭壓板與滾珠絲槓法蘭套相反或相向移動對軸系遊隙進行增加或減小調整，對組配軸承的預緊力進行調整，如此反覆，直到軸系精度滿足設計要求；

步驟四：當軸系精度滿足要求後，測量δa1』，δb1』，通過計算求得當前預緊遊隙為：δ＝δa1』-δa1+δb1』-δb1，考慮到軸承使用過程中的磨損及載荷的不均勻性，根據實際經驗對預緊遊隙進行修正，修正係數k取1.3-1.5；通過以上分析計算，最終確定組配軸承內圈隔圈寬度δn為：δn＝δw+δa2+δb2-(δa1』-δa1+δb1』-δb1)*k，δw為外圈定距環的寬度。

本發明相比現有技術的優點：

1、通過對組配軸承兩端同時施加預緊，避免了預緊加載過程中出現一個軸承預緊力過大，另一個軸承卸載現象的發生，使得到的組配軸承預緊力更加準確、合理。

2、通過精密電機、精密滾珠絲槓對組配軸承進行預緊力的施加，精度高、穩定性好。

3、該方法可行性強，避免了現行操作過程中「試錯」的過程，節約生成成本，提高生產效率。

4、該裝置結構簡單，可操作性強。

附圖說明

圖1是單軸承遊隙測量裝置；

圖2是組配軸承預緊遊隙測量裝置。

其中：1－軸承外圈支撐座；2－軸承內圈壓板；3－軸承座；4－第一滾珠絲槓；5－滾珠絲槓法蘭套；6－過渡套筒；7－精密電機；8－外圈定距環；9－第二滾珠絲槓；10－滾珠絲槓套；11－法蘭壓板；12－標準平面反射鏡；13－自準直儀；14－被測軸承a；15－被測軸承b。

dn——軸承內圈寬度；

dw——軸承外圈寬度；

δa1——被測軸承a大開口端凸出量；

δa2——被測軸承a小開口端凸出量；

δb1——被測軸承a大開口端凸出量；

δb2——被測軸承b小開口端凸出量；

δa1』——被測軸承a組配時大開口端凸出量；

δb1』——被測軸承b組配時大開口端凸出量；

δ——預緊遊隙；

k——預緊遊隙修正係數；

δw——外圈定距環寬度；

δn——軸承內圈隔圈寬度。

具體實施方式

下面結合附圖給出的實施例對本發明進行詳述：

參見圖1，一種單軸承遊隙測量裝置包括軸承外圈支承座1和軸承內圈壓板2。軸承外圈支承座1包括圓筒狀的支承座本體，支承座本體的一端設有內凹臺階，軸承外圈支承座1加工成內凹臺階形式，內凹臺階用於支撐軸承外圈，內凹臺階上平行於支承座本體端面的面用於對軸承外圈端面進行軸向限位，內凹臺階上與支承座本體端面垂直的面用於對軸承外圈進行徑向限位，軸承內圈壓板2由直徑不同的兩個圓柱同心疊合而成，直徑較小的圓柱側面用於對待測軸承進行徑向限位。

參見圖2，一種組配軸承預緊遊隙測量裝置包括軸承座3、精密電機7、過渡套筒6、第一滾珠絲槓4、滾珠絲槓法蘭套5、外圈定距環8、第二滾珠絲槓9、滾珠絲槓套10、法蘭壓板11、標準平面反射鏡12和自準直儀13。

軸承座3用於對待測軸承進行徑向限位，與軸承外圈配合通過限制軸承徑向位移固定軸承；過渡套筒6包括套筒內圈和套筒外圈，套筒外圈和待測軸承的內圈配合，其套筒外圈尺寸根據被測軸承內圈尺寸及軸承精度配合加工，套筒內圈尺寸根據精密電機7安裝尺寸進行加工，並將精密電機7安裝固定於過渡套筒6內部。

第一滾珠絲槓4和第二滾珠絲槓9的滾道旋向相反，分別設置在精密電機7的兩側，第一滾珠絲槓4和第二滾珠絲槓9同心設置，滾珠絲槓法蘭套5設置在第一滾珠絲槓4上，滾珠絲槓套10設置在第二滾珠絲槓9上，滾珠絲槓法蘭套5的一端設有法蘭軸肩，法蘭軸肩用於對待測軸承進行軸向限位，滾珠絲槓法蘭套5與滾珠絲槓套10的區別是滾珠絲槓法蘭套5一端有法蘭軸肩，滾珠絲槓套10則為一圓柱光軸，這樣設計的目的是為了方便軸承安裝、拆卸，第一滾珠絲槓4與第二滾珠絲槓9滾道旋向相反，相應的滾珠絲槓法蘭套5與滾珠絲槓套10的滾道旋向亦相反，以保證精密電機7旋轉通過滾珠絲槓驅動滾珠絲槓法蘭套5和滾珠絲槓套10向相反方向運動，以保證預緊力同時施加及大小相等。滾珠絲槓法蘭套5直徑較小一端外徑小於過渡套筒內徑；所述滾珠絲槓套的外徑小於過渡套筒的內徑。

法蘭壓板11是加工有中心孔的階梯法蘭軸，其法蘭端與滾珠絲槓套10通過螺釘緊固連接，也可以採用其他固定連接方式，用於實現在預緊力確定過程中對被測軸承內圈軸向位置的調整及限制，法蘭壓板11的另一端固定安裝標準平面反射鏡12，標準平面反射鏡12垂直於法蘭壓板11的中心軸，自準直儀13設置在標準平面反射鏡12一側並與第二滾珠絲槓9同心設置，標準平面反射鏡作用是在被測軸承內圈旋轉帶動標準平面反射鏡12旋轉時，通過調整好的自準直儀計算軸系晃動角度，即軸系精度。如果測得軸系精度不滿足設計要求，通過精密電機7正、反轉驅動滾珠絲槓法蘭套5和滾珠絲槓套10相反或相向移動，對軸系遊隙進行增加或減小調整，達到調整預緊力的目的。

外圈定距環8設置在待測組配軸承的外圈之間用於限定待測組配軸承中軸承間的距離。

一種使用本發明裝置裝調組配軸承的方法，包括如下步驟：

步驟一：將被測軸承a14卡在軸承外圈支承座1內，軸承內圈壓板2卡在被測軸承a14的內圈內，在被測軸承a14的軸承內圈壓板2中心施加垂直於被測軸承a14端面的遊隙測量負荷，測量並記錄被測軸承a14大開口端凸出量δa1，通過公式δa2＝dw+δa1-dn計算得被測軸承a小開口端凸出量δa2，通過同樣方法可測得被測軸承b15的大開口端凸出量δb1，被測軸承b15小開口端凸出量δb2；

步驟二：將被測軸承a14和被測軸承b15安裝在軸承座3內，被測軸承a14和被測軸承b15之間安裝外圈定距環8，再將過渡套筒6安裝在被測軸承內圈內，將法蘭壓板11與滾珠絲槓套10固定，最後將自準直儀13設置在標準平面反射鏡12一側並與第二滾珠絲槓9同心設置；

步驟三：使被測軸承內圈轉動，被測軸承內圈旋轉帶動標準平面反射鏡12旋轉，自準直儀13計算軸系晃動角度，即軸系精度，如果測得軸系精度不滿足設計要求，使精密電機7正、反轉驅動滾珠絲槓法蘭套5和滾珠絲槓套10相向或反向移動，滾珠絲槓套10帶動法蘭壓板11與滾珠絲槓法蘭套5相反或相向移動對軸系遊隙進行增加或減小調整，對組配軸承的預緊力進行調整，如此反覆，直到軸系精度滿足設計要求；

步驟四：當軸系精度滿足要求後，測量被測軸承a14組配時大開口端凸出量δa1』，被測軸承b15組配時大開口端凸出量δb1』，通過計算求得當前預緊遊隙為：δ＝δa1』-δa1+δb1』-δb1，考慮到軸承使用過程中的磨損及載荷的不均勻性，根據實際經驗對預緊遊隙進行修正，修正係數k取1.3-1.5；通過以上分析計算，最終確定組配軸承內圈隔圈寬度δn為：δn＝δw+δa2+δb2-(δa1』-δa1+δb1』-δb1)*k。

被測軸承a14和被測軸承b15都是角接觸球軸承。

同樣原理及方法可測得軸承不同組配形式的最佳預緊遊隙，進而在裝配過程中實現快速裝調，提高效率。

通過以上方法確定的組配軸承內圈隔圈寬度δn製做組配軸承內圈隔圈，在裝配軸承時放於兩個組配的軸承之間，可節省裝配時間，避免了現行操作過程中「試錯」的過程，節約生成成本，提高生產效率。