一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法及其装置与流程

本发明涉及滚动轴承检测，具体为一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法及其装置。

背景技术：

1、调心滚子轴承是一种具有调心功能的滚动轴承，其内圈滚道与滚子之间的接触状态直接影响轴承的承载能力、旋转精度、摩擦性能及使用寿命。调心滚子轴承内圈滚道的曲率半径以及滚道相对于轴承基准的位置是影响轴承装配质量和运行性能的重要尺寸参数。

2、在实际制造过程中，如果内圈滚道曲率控制不准确，容易造成滚子与内圈滚道接触状态发生变化，使滚子与滚道之间产生异常接触、偏斜或局部应力集中，从而影响轴承的正常运转，并可能导致轴承早期疲劳失效。因此，调心滚子轴承内圈滚道曲率及滚道位置一直是轴承制造过程中重点控制的质量特性。

3、目前，调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置的检测主要采用样板检测、双滚道对称度检测或者轮廓仪检测等方法。

4、其中，采用样板法检测时，需要根据被测滚道的理论曲率半径制作相应的曲率样板，并通过样板与滚道的贴合状态判断滚道曲率是否合格，同时,还需要配合位置样板对滚道位置进行判断。该方法本质上属于定性或半定量检测，检测结果容易受到操作者经验、样板磨损、环境条件等因素影响，而且不同规格的轴承需要配置相应的样板，导致样板种类多、制造及管理成本高，检测效率较低。对于高精度调心滚子轴承，仅通过样板检测难以满足高精度检测要求。

5、另一种方法是采用轮廓仪直接测量内圈滚道，通过在滚道母线上采集多个测量点，对采集数据进行拟合，从而获得滚道曲率半径等参数。该方法虽然具有较高的测量精度，但是实际测量过程中需要同时建立滚道母线和轴承基准端面的测量关系。当被测内圈具有挡边结构时，挡边容易对测头运动轨迹产生干涉，部分结构的轴承难以直接采集基准端面数据，从而影响滚道位置的检测；对于内圈小端面带挡边的调心滚子轴承，挡边还可能对滚道曲率测量产生干涉，影响测量结果，并且测量效率较低。

6、此外，还有部分测量方法虽然能够分别获得滚道曲率或者滚道位置，但检测步骤较多，装置调节过程冗杂，测量过程时间长、效率低，难以在生产现场实现快速、稳定的检测。

7、因此，需要一种结构简单、操作方便、检测效率高且能够同时获得调心滚子轴承内圈滚道曲率及滚道位置的检测方法，以解决现有检测方法存在的检测效率低、受人为因素影响大、挡边干涉以及曲率和位置难以同步检测等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法及其装置，本方案通过设置标准件进行对比标定，利用高精度水平位移台、高精度旋转滑台、竖直移动台以及光栅数显测量表建立测量基准，在标准件标定完成后，可对被测调心滚子轴承内圈滚道进行多个角度位置的摆动测量，并根据测量得到的光栅数显表变化值建立几何关系，从而直接计算得到内圈滚道的实际曲率半径及滚道位置。

2、本发明采用的技术方案是：一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法，包括以下步骤：

3、s1、利用标准件进行标定步骤：将轴承标准件固定，使光栅数显表的表头接触轴承标准件的滚道母线；调节水平位移台使光栅数显表的示值达到最大，以此确定滚道母线的测量位置；使光栅数显表在滚道母线上以相同角度±α往复摆动，调节竖直移动台高度，直至光栅数显表在±α摆动过程中示值基本不变，记录此时光栅数显表的示值为m，完成标定并锁紧竖直移动台；

4、s2、待测工件测量步骤：取下轴承标准件，将待测工件固定于同一装夹位置，保持标定后的竖直移动台和水平位移台位置不变，使光栅数显表在待测工件的滚道母线上以相同角度±α往复摆动，分别记录摆角在+α位置、0°位置和-α位置时光栅数显表的示值a、b、c；

5、s3、滚道参数计算步骤：根据标定示值m以及测量示值a、b、c，得到+α、0°、-α三个位置处待测工件滚道母线相对于标准件滚道母线的示值变动量△1、△2、△3，结合标准件已知的滚道参数，求解待测工件的滚道曲率半径和滚道位置。

6、作为优选方案，所述标定步骤中，调节水平位移台使光栅数显表示值最大的具体方法为：前后微量移动水平位移台带动轴承标准件移动，在移动过程中观察光栅数显表的示值，直到示值达到最大时停止移动并锁紧水平位移台。

7、作为优选方案，所述标定步骤中，使光栅数显表在±α摆动过程中示值基本不变的具体方法为：调节高精度旋转滑台的微调旋钮，使转轴带动光栅数显表做+α到-α的摆动运动，若摆动过程中光栅数显表示值变动量较大，则上下调节竖直移动台高度，直至±α摆动过程中示值基本不变，然后锁紧竖直移动台。

8、作为优选方案，所述标定步骤中，记录光栅数显表示值m后，保持竖直移动台和水平位移台锁紧状态不变，取下轴承标准件，再将待测工件装夹固定于同一三爪卡盘上。

9、作为优选方案，所述待测工件测量步骤中，高精度旋转滑台的微调旋钮顺时针、逆时针调节的角度与标定步骤中相同，均为±α。

10、作为优选方案，所述示值变动量△1、△2、△3分别为：△1=m-a，△2=m-b，△3=m-c。

11、作为优选方案，所述标准件已知的滚道参数包括标准件对应的滚道曲率半径r、滚道位置ai以及β角，β角为该型号轴承固定的角度参数。

12、作为优选方案，所述滚道参数计算步骤中，以标准件的滚道曲率中心为原点建立二维坐标系，利用标准件滚道曲率半径r、β角、α角以及示值变动量△1、△2、△3，分别确定待测工件滚道母线上三个测量点a1、a2、a3的坐标，再根据同一圆弧上任意两点到其曲率中心距离相等的几何原理，联立距离方程求解待测工件的滚道曲率中心坐标o’(x0 , y0)。

13、作为优选方案，根据待测工件滚道曲率中心坐标o’(x0 , y0)计算待测工件的曲率半径r’以及滚道位置ai’。

14、本方案还包含一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法所用的检测装置，包括底座、光栅数显表、高精度旋转滑台、底座联接板、竖直移动台、转轴、联接板、三爪卡盘、三爪卡盘转接板、高精度水平位移台和工件台；所述三爪卡盘通过三爪卡盘转接板安装于高精度水平位移台上，用于固定轴承标准件或待测工件；所述高精度水平位移台安装于工件台上，用于带动三爪卡盘沿水平方向前后微量移动；所述竖直移动台通过底座联接板安装于底座上，所述高精度旋转滑台通过联接板安装于竖直移动台上，所述光栅数显表安装于所述高精度旋转滑台上，通过竖直移动台调节光栅数显表的高度位置，通过高精度旋转滑台带动光栅数显表做往复摆动。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提供一种调心滚子轴承内圈滚道曲率及位置检测方法及其装置，通过对检测装置的结构创新设计和检测方法的优化，相较于现有技术具有以下有益效果：

17、（1）实现滚道曲率与位置的双参数同步定量检测

18、本发明通过标准件标定确定测量基准，再通过待测工件在同一标定状态下三个固定摆动角度的示值读取，结合三点定圆的几何模型联立求解，能够同时定量输出待测工件的滚道曲率半径r'和滚道位置ai'两个关键参数。相较于现有样板法只能进行定性或半定量判断、无法获得具体数值，以及现有方法中曲率和位置往往需要分别检测的不足，本发明实现了双参数的同步定量测量，为轴承装配选配和精度控制提供了更全面的数据支撑。

19、（2）消除人为判断误差，提高检测精度和一致性

20、本发明摒弃了传统摆动测量中依赖操作者肉眼判断指针“是否摆动”或“摆动最小”的经验式判定方式，改为在固定摆动角度（+α、0°、-α）下读取确定的光栅数显表示值，并将示值差异直接转化为几何方程中的定量变量。光栅数显表具有读数客观、精度高的特点，整个检测过程不依赖于操作者的主观经验判断，测量结果的一致性和可复现性显著优于现有的样板法和试凑式摆动测量法。

21、（3）通过完整的标准件标定流程消除系统误差

22、本发明设置了完整、可复现的标准件标定流程：先通过水平位移台前后微量移动找准滚道母线的最高点，再通过竖直移动台的调节使光栅数显表在±α摆动范围内示值基本不变，从而确保光栅数显表的测量方向与被测滚道在该点的法线方向精确重合。该标定流程有效消除了装夹定位误差、表头初始位置误差以及滚道加工偏差对测量结果的影响，使后续待测工件的测量数据具有明确的物理基准，显著提高了测量精度。

23、（4）有效的挡边干涉规避，拓宽了适用范围

24、本发明采用光栅数显表的表头与滚道母线形成点接触的测量方式，表头尺寸小巧，在±α角度范围内往复摆动测量时，无需接触内圈挡边即可完成数据采集。相较于轮廓仪测量法中测头运动轨迹容易受到挡边结构干涉、部分结构的轴承内圈难以直接采集完整数据的不足，本发明适用于多种挡边结构的调心滚子轴承内圈检测，特别是解决了小端面带挡边结构的轴承滚道曲率测量易受干涉的技术难题，拓宽了检测方法的适用范围。

25、（5）装置结构简洁，适合生产现场快速检测

26、本发明的检测装置由底座、光栅数显表、高精度旋转滑台、竖直移动台、高精度水平位移台、三爪卡盘及相应联接件构成，整体结构紧凑、部件数量少，无需恒温恒湿的检测环境，不依赖大型昂贵的三坐标测量设备。检测流程简单清晰--标准件标定完成后，仅需更换工件并在三个固定角度位置读数即可完成一次测量，操作人员经过简单培训即可掌握，检测效率显著高于轮廓仪逐点采集和坐标测量机编程测量的方式，能够满足生产现场工序间快速检测的需求。

27、（6）计算模型简洁，不依赖复杂软件和专用算法

28、本发明基于“圆弧上任意两点到其曲率中心距离相等”的基本几何原理建立距离方程，通过联立求解二元方程组获得待测工件的滚道曲率中心坐标，进而计算出曲率半径和滚道位置。整个计算过程公式明确、运算简单，无需依赖复杂的拟合算法或专用测量软件，普通计算工具即可完成数据处理，降低了检测实施的技术门槛和实施成本。