用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元的製作方法

2023-04-29 05:23:51

專利名稱：用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交叉圓柱滾子軸承，具體地說是一種用於角位移測控的交叉 圓柱滾子軸承單元。
背景技術：
眾所周知，在交叉圓柱滾子軸承中，由於其圓柱滾子呈90°交叉設置在滾道內，所 以，一個該類型的軸承即可承受徑向負荷、軸向負荷和翻轉力矩負荷等多種負荷力，由於其 自身具有高剛性支撐、高精度旋轉等優良性能，其應用範圍越來越廣，被廣泛用於機械精加 工迴轉臺、機械手旋轉部、精密旋轉工作檯、手術旋轉臺、電子元部件焊接轉臺等高精密控 制設備領域，隨著科學技術的發展，所需要的加工部件精度要求越來越高，雖然該類型軸承 自身傳動精度上有所提高，然而僅僅在傳動精度上提高依然無法滿足精加工需求，如何設 計一個帶有測量系統的交叉圓柱滾子軸承來實施閉環控制，即為在保證傳動件工作精度的 同時，並對其實時測量監控、並反饋則是一直有待解決的難題。

實用新型內容本實用新型的目的旨在解決上述技術問題的不足，提供一種用於角位移測控的交 叉圓柱滾子軸承單元，安裝靈活方便，結合高精度軸承實時測量，實現了精確控制的目的。本實用新型為解決上述技術問題，所採用的技術方案是用於角位移測控的交叉 圓柱滾子軸承單元，由動圈、靜圈、交叉圓柱滾子組、磁柵尺、傳感器、固定架和支承座組成， 固定架繞動圈的外壁一周設置在支承座上，在動圈的外壁一周設有磁柵尺，與磁柵尺相對 的固定架上至少設有一個傳感器，傳感器與磁柵尺之間的間隙為0. lmm-lmm。根據要求精度 的變化及工作場合的不同，間隙還可以放大，最大可以到10mm。所述的磁柵尺，其具有三層結構，其內層為鋼質固定層，中間層為磁性材料層，外 層為金屬覆蓋層，所述的鋼質固定層與軸承的動圈外壁表面相配合。所述的磁性材料層，具有N、S極交替設置的磁化表面。所述的傳感器，其信號輸出端與外部控制系統連接。所述的傳感器包括一個集成的霍爾晶片及一個外殼，所述的霍爾晶片封裝在外殼 內，該霍爾晶片內集成有霍爾元件及信號處理電路。本實用新型的有益效果是1、本實用新型跨越交叉圓柱滾子軸承的單純支承、旋轉理念，而形成一個全新的 帶角度控制與測量的高精度迴轉單元，通過在軸承動圈上設置磁柵尺，並結合傳感器對交 叉圓柱滾子軸承實時測量監控。2、當採用兩個或兩個以上的傳感器分布在軸承圓周時，可有效防止由於加工力使 得軸承滾道系統產生撓度對測量產生的影響，傳感器實時測量將信號傳輸給外部控制系 統，有效提高測量精度。3、本實用新型中所述的磁柵尺，其基體為鋼質固定層，在其鋼質基體上面塗敷一層的磁性材料層，在其最外層還粘結一層不鏽鋼覆蓋條，從而對磁性表面進行保護，使得本 實用新型對環境要求不高(灰塵、鐵屑和溼度都要求不敏感)、非接觸的讀磁方式(間隙 0. 1 Imm以上)保證了其永不磨損的長壽命其次鋼製固定層直接與軸承表面相配合，安 裝方便，無需輔助結構，靈活方便。4、在傳感器內置加信號處理電路，有效地將傳感器輸入的信號處理成外部控制系 統可接受的正弦波或者矩形方波，因此該軸承為一個測量獨立結構，無需外部處理裝置，體 積小，便於安裝使用。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖中標記1、動圈，2、靜圈，3、交叉圓柱滾子組，4、磁柵尺，5、傳感器，6、固定架，7、 支承座。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型，用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，包括軸承本 體和測量系統，並結合外部控制系統構成一個測控單元，所述的軸承本體為交叉圓柱滾子 軸承，其包括動圈1和靜圈2，動圈1由上圈和下圈組成，且上圈和下圈通過螺栓連接，靜圈 2設置在動圈1的內側，在動圈1和靜圈2之間的滾道內設有交叉圓柱滾子組3和保持架， 也可有滿裝滾子組配置，所述的測量系統主要由磁柵尺4和傳感器5構成，磁柵尺4呈環狀 設在動圈1的外徑表面或內徑表面，對應磁柵尺4設有傳感器5，傳感器5設在固定架6上 的安裝孔內，固定架6通過螺栓或其它方式與支承座7連接。本實用新型，所述的動圈為軸承中與運動迴轉臺所連接的部件，即為在工作過程 中伴隨迴轉臺做旋轉運動部件；所述的靜圈為軸承中與支承座所連接的部件，即為在工作 過程中相對靜止的部件。本實用新型，所述的固定架其對應磁柵尺的徑向位置設有傳感器安裝孔，安裝孔 的數量根據所需傳感器的數量來配置。圖1為一種外置傳感器的結構，根據應用的場合和要求精度的不同，可以採用單 傳感器、雙傳感器、四個或更多傳感器布置，當要求精度略低時，可採用單個傳感器即可，當 設備要求高精密角位移測量時，可採用雙傳感器或者更多，採用雙傳感器器時須將其相對 設置在固定架上，可提高測量精度，當受空間限制時可採用內置傳感器結構，將磁柵尺設置 在軸承內圈。本實用新型中所述的磁柵尺，其基體為鋼質層，可選用不鏽鋼鋼帶，在其鋼質基體 上面塗敷一層的磁性材料層，在其最外層還粘結一層金屬覆蓋層，從而對磁性表面進行保 護。磁柵尺的鋼質基體可以與軸承的動圈外徑表面配合安裝，此時構成外置傳感器結構；當 磁柵尺的鋼質基體與軸承的動圈內徑表面直接配合安裝時，構成內置傳感器結構，安裝時 可在鋼質基體上塗敷有一層高強度膠質層直接與軸承配合表面牢固粘接，保證長久使用不 脫離。本實用新型中所述的磁柵尺，其上的磁性材料層具有N、S極交替的磁化表面，且 其上的N、S極等間距分布，根據設備需要的控制精度來設置磁極對的數量，要求精度越高，
4設置磁極對的數量應越多。本實用新型，所述的傳感器與磁柵尺之間的間隙為0. lmm-lmm,設備要求角位移 測量的精度越高，其間隙應越小。根據要求精度的變化及工作場合的不同，間隙還可以放 大，最大可以到10mm。本實用新型，所述的傳感器包括一個高度集成的霍爾晶片及一個外殼，所述的霍 爾晶片封裝在外殼內，該霍爾晶片內集成有霍爾元件及信號處理電路。所述的外殼可採用 PVC材質或鋅壓鑄件，保護等級高達IP67，抗幹擾等級符合IEC801國際標準3級。信號處理 電路主要由微分電路和積分電路構成，旋轉過程中，霍爾元件感應磁通量變化而產生電壓 信號，電壓信號傳輸給信號處理電路，根據整個磁柵尺上所設置的磁極對數，經信號處理電 路計算成帶有角位移的數位訊號反饋給CNC，CNC便可得知其角位移的偏差量，進行修正， 重新調整設備參數，從而達到了精密角位移測量、控制的目的。由於整個環狀磁柵尺上均勻設置多個磁極對，設置磁極對的數量根據所要求的精 度來確定，設備要求精度越高時，應需設置的磁極對越密，霍爾元件感應磁通量變化而產生 電壓信號，根據整個磁柵尺上所設置的磁極對數，每一個信號可換算成一個確定的角位移， 以原始角位置為基準點，可經信號處理電路內累計計算成角度增量，其後反饋給控制系統。本實用新型，其工作原理為工作檯在旋轉過程中，軸承動圈同時同步旋轉，因此 其上的磁柵尺產生磁力線，霍爾元件感應磁通量變化產生電壓信號，並將電壓信號傳輸給 信號處理電路，在其內通過轉換呈角位移信號並累加，而後輸入至控制系統，從而便於控制 系統識別修正量和調整參數，達到精確控制角位移的目的。本實用新型中所述的傳感器可成對設置，分別相對設置在軸承的圓周，防止由於 加工力使得軸承滾道系統產生撓度，會影響到測量結果，因此採用兩個或兩個以上的傳感 器相對安裝可有效提高測量精度。本實用新型將軸承單元和測量系統呈整體結構設計，並經傳感器內的信號處理電 路處理後，帶有角位移的數位訊號直接反饋給控制系統，因此可廣泛用於量大面廣的數控 工具機，也可推廣應用於需要精密角度位移控制和測量的其它機械或器械，如數控工具機及數 控加工中心轉臺、坦克炮塔、雷達旋轉臺、手術旋轉臺、電子元部件焊接轉臺等。本實用新型採用非接觸式磁性傳感器，具有對環境要求不高(灰塵、鐵屑和溼度 都要求不敏感)、非接觸的讀磁方式(間隙0. 1 Imm以上)保證了其永不磨損的長壽命； 此外通過高解析度傳感器採集磁信號(解析度最高可以達到0. OOlmm)，並在內部處理轉換 成數位訊號後輸入控制系統，從而實現對迴轉工作檯角位移精度的精確控制，其角位移精 度可以達到士3"，隨著磁柵尺上設置磁極對數的增加，精度甚至可達士 1.5"以上。
權利要求用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，由動圈(1)、靜圈(2)、交叉圓柱滾子組(3)、磁柵尺(4)、傳感器(5)、固定架(6)和支承座(7)組成，其特徵在於固定架(6)繞動圈(1)的外壁一周設置在支承座(7)上，在動圈(1)的外壁上設有磁柵尺(4)，與磁柵尺(4)相對的固定架(6)上至少設有一個的傳感器(5)，傳感器(5)與磁柵尺(4)之間的間隙為0.1mm 1mm。
2.如權利要求1所述的用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，其特徵在於所述 的磁柵尺(4)，其具有三層結構，其內層為鋼質固定層，中間層為磁性材料層，外層為金屬覆 蓋層，所述的鋼質固定層與軸承的動圈(1)外徑表面相配合。
3.如權利要求2所述的用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，其特徵在於所述 的磁性材料層，具有N、S極交替設置的磁化表面。
4.如權利要求1所述的用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，其特徵在於所述 的傳感器(5)，其信號輸出端與外部控制系統連接。
5.如權利要求1所述的用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，其特徵在於所述 的傳感器(5)包括一個集成的霍爾晶片及一個外殼，所述的霍爾晶片封裝在外殼內，該霍 爾晶片內集成有霍爾元件及信號處理電路。
專利摘要用於角位移測控的交叉圓柱滾子軸承單元，由動圈、靜圈、交叉圓柱滾子組、磁柵尺、傳感器、固定架和支承座組成，固定架繞動圈的外壁一周設置在支承座上，在動圈的外壁上設有磁柵尺，與磁柵尺相對的支承座上至少設有一個傳感器，傳感器與磁柵尺之間的間隙為0.1mm-1mm。本實用新型跨越交叉圓柱滾子軸承的單純支承、旋轉理念，而形成一個全新的帶角度控制與測量的高精度迴轉單元，通過在軸承動圈上設置磁柵尺，並結合傳感器對交叉圓柱滾子軸承實時測量監控。
文檔編號G01B7/30GK201747778SQ20102016865
公開日2011年2月16日 申請日期2010年3月12日 優先權日2010年3月12日
發明者李培培, 梅建洛, 王迪, 陳紹剛 申請人:洛陽世必愛特種軸承有限公司