用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元的製作方法

2023-12-10 07:05:27

專利名稱：用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於組合軸承技術領域，具體地說是一種用於角位移測控的徑向滾 子與軸向推力圓錐軸承單元。
背景技術：
目前，組合軸承的應用範圍越來越廣，其使用性能也在不斷的提高，一些精密 設備不僅需要其高剛性支承、高精度旋轉，而且還需要在運動過程中不斷的實施測量監 控，為此，結合一些測量系統的軸承便應運而生，然而此種類型軸承還存在著以下缺 點其一、測量精度較低，誤差範圍較大，不能滿足精密設備的需求；其二、當軸承組 件受力部件產生撓度時，將會嚴重影響測量結果；其三，使用時間較長或環境惡劣時， 多極磁環極易被磨損或者被粉塵覆蓋，將嚴重影響測量的結果。從而造成此種類型的 軸承無法滿足一些需要精密角度位移控制和測量的機械設備，例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高精密控制設 備，終將無法在該領域中得到廣泛應用，因此急需要提供一種能具有精密角位移測量系 統的組合軸承。

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 徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，其測量精度高，安裝靈活方便，結合高精度軸承實 時測量，並將角位移信號反饋給控制系統，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徑 向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，由動圈、靜圈、圓錐滾子、圓柱滾子、磁柵尺、傳感 器和固定架組成，圓錐滾子設置在動圈和靜圈形成的軸向滾道內，圓柱滾子設置在動圈 和靜圈形成的徑向滾道內，固定架繞動圈的外壁一周設置在靜圈上，在動圈的外壁一周 設有磁柵尺，與磁柵尺相對的固定架上，至少設有一個的傳感器，傳感器與磁柵尺之間 的間隙為O.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徑表面相配合。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。所述的傳感器，其信號輸出端輸入外部控制系統。本實用新型的有益效果是1、將組合軸承與角位移測量系統相結合，通過在軸承本體上設置磁柵尺，並結 合傳感器對軸承實時測量監控，並將測量數據反饋給外部控制系統，便於修正旋轉角度偏差量，達到精確控制角位移的目的。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，無需外部置加處 理電路，體積小，便於安裝使用。5、角位移的測量控制精度可以達到士3"，而且隨著軸承單元尺寸的增加，角 位移的精度可以更高甚至可以達到士 1.5"。測量精度大大提高，從而保證了外部數控系 統的實時監控。

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、
傳感器，7、固定架，8、控制系統。
圓錐滾子，4、圓柱滾子，5、磁柵尺，具體實施方式
如圖1所示，本實用新型，用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單 元，包括軸承本體和角位移測量系統，並結合外部控制系統8構成一個測控單元，所述 的軸承本體包括動圈1和靜圈2，動圈1由上圈和下圈組成，並通過螺栓連接在一起，靜 圈2設置在動圈1中上圈和下圈之間，沿軸向靜圈2的上下端面與動圈1的上圈和下圈形 成的軸向推力滾道內設有圓錐滾子3和保持架，沿徑向靜圈2的右端面與動圈1形成的徑 向滾道內設有圓柱滾子4和保持架，所述的角位移測量系統主要由磁柵尺5和傳感器6構 成，磁柵尺5呈環狀設在動圈1的外徑表面，對應磁柵尺5設有傳感器6，傳感器6設在 固定架7上，固定架7通過螺栓或其它連接方式與靜圈2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，將傳感器和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不鏽鋼覆蓋條，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，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O.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0.001mm)，並在內部處 理轉換成數位訊號後輸入控制系統，控制系統做出修正偏差量，從而實現對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1.用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，由動圈(1)、靜圈(2)、圓 錐滾子(3)、圓柱滾子(4)、磁柵尺(5)、傳感器(6)和固定架(7)組成，圓錐滾子(3)設 置在動圈⑴和靜圈⑵形成的軸向滾道內，圓柱滾子⑷設置在動圈⑴和靜圈⑵形 成的徑向滾道內，其特徵在於固定架(7)繞動圈(1)的外壁一周設置在靜圈(2)上，在 動圈(1)的外壁上設有磁柵尺(5)，與磁柵尺(5)相對的固定架(7)上至少設有一個的傳 感器(6)，傳感器(6)與磁柵尺(5)之間的間隙為O.lmm-lmm。
2.根據權利要求1所述的用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，其特 徵在於所述的磁柵尺(5)，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.根據權利要求2所述的用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，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.根據權利要求1所述的用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，其特 徵在於所述的傳感器(6)，其信號輸出端與外部控制系統連接。
5.根據權利要求1所述的用於角位移測控的徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，其特 徵在於所述的傳感器(6)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徑向滾子與軸向推力圓錐軸承單元，由動圈、靜圈、圓錐滾子、圓柱滾子、磁柵尺、傳感器和固定架組成，固定架繞動圈的外壁一周設置在靜圈上，在動圈的外壁上設有磁柵尺，與磁柵尺相對的固定架上至少設有一個的傳感器，傳感器與磁柵尺之間的間隙為0.1mm-1mm。本實用新型將組合軸承與角位移測量系統相結合，通過在軸承本體上設置磁柵尺，並結合傳感器對軸承實時測量監控，並將測量數據反饋給外部控制系統，便於修正旋轉角度偏差量，達到精確控制角位移的目的。
文檔編號G01B7/30GK201802761SQ20102016862
公開日2011年4月20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, 郝希平, 陳紹剛 申請人:洛陽世必愛特種軸承有限公司