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摘 要：针对目前静态下径向游隙测量仪器的弊端，参考GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》，研制一种新型全自动游隙检测装置。该装置严格按照测量方法实现对轴承动态测量，并根据精度等级和测量结果对批量轴承进行分选，满足生产流水线作业，从而代替抽样检测以保证批量产品质量。
关键词：轴承径向游隙;全自动测量
滚动轴承径向游隙是轴承的一项重要质量指标，直接影响轴承的振动、噪声及寿命等因素。游隙过大会导致轴承打滑;游隙过小会造成轴承使用过程中发热量增加，导致轴承烧伤，甚至卡死。因此准确测量轴承径向游隙非常重要。目前市面上测量仪器如：洛阳轴承研究所生产的X09系列轴承径向游隙测量仪、烟台轴承仪器有限公司生产的X系列轴承游隙测量仪，都是在静态下单一方向上实现的径向游隙测量，需人工大概的调整不同的测量位置，才能满足GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》中对径向游隙测量原理的要求。这种静态下径向游隙的测量方式主观人为读数误差较大，且无法满足生产流水线上大批量的轴承检测工作，极易造成人员疲劳。为此，本院开发一种新型高精度全自动游隙检测装置。
1 机械结构
全自动游隙检测装置由上料推入部件、游隙上料翻身部件、游隙上料推入部件、加压部件、测量单元，分选部件等构成，具体流程如下图1所示：
该装置采用PLC触摸面板控制，通过传送带将轴承送到翻转部件，利用气缸驱动将轴承推入，加压固定位置后，采用机械式基恩士高精度传感器进行测量。
根据GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》[1]中测量方法规定：置测头于固定套圈宽度的中部，读取不固定套圈在各个角位置（大致均布，至少三个）上沿载荷方向的移动量，取算数平均值为轴承径向游隙测量值。驱动步进电机，根据方法要求，旋转轴承一周均布3个测量位置后进行测量。取3次测量的平均值，比对轴承游隙公差要求，最终实现对批量轴承的全自动测量分选。测量模型如下图2所示：
图2 测量模型
2 关键技术点
一、采用传统机械测量传感器代替光电测量传感器保证测量精度：
传统机械测量传感器精度高，稳定性好，受环境影响少，固定装夹后可实现对指定轴承外圈中心位置长时间重复测量。相反，光电原理测量传感器对测量表面的质量要求高，更适合对表面脆性易划痕材料进行测量使用。本装置优先选用机械式传感器。
二、合理的测量部件设计保证定位精度：
轴承由推入气缸进入V型夹具后，由固定气缸1推入固定内圈，其中固定气缸1连接固定头6，设计尺寸比轴承内圈大（5-10）μm，实现内圈固定，通过移动外圈从而实现对轴承径向游隙的测量;内圈固定后，旋转电机2 通过摩擦力的作用驱动轴承外圈左右小范围旋转，使得轴承滚珠和轴承外圈充分接触保证测量精度，传感器采集当前位置记录数据（1）;驱动气缸3连接顶针4实现对轴承外圈加压后偏移，测量传感器5采集当前位置记录数据（2）。程序计算当前位置轴承径向游隙测量值。根据测量方法要求，顶针4回收，驱动电机2旋转120°后重复测量，最后实现在一周3个平均分布位置准确测量。软件计算三位置的平均值作为最后轴承径向游隙的测量结果，进入后续的分选环节。如下图3所示：
1.固定气缸 2.旋转电机 3.驱动气缸 4.顶针 5.测量传感器 6.连接
3 控制系统
控制系统主要由西门子PLC控制器模块、步进电机、步进电机驱动器、气缸等组成，PLC通过设计程序采集轴承位置信息控制气缸推入固定位置，驱动加紧夹具及测量单位实现对轴承的全自动径向游隙测量。
4 测量实验
为验证该装置测量精度，对型号6205的滚动轴承进行多次重复性测量，测试数据如下：序号1测试值为25.4;序号2测试值为25.0，序号3测试值为25.2，序号4测试值为24.8，序号5测试值为24.6，序号6测试值为24.6，序号7测试值为24.8，序号8测试值为25.0，序号9测试值为25.1，序号10测试值为25.2（其中，该轴承送省级计量院检测，径向游隙检测结果为25.2μm）.十次测量数据平均值 24.97μm，示值误差为-0.23μm;实验标准偏差0.25μm。测量最大值Xmax=25.4μm，最小值Xmin=24.6μm，其测量重复性0.8μm;查阅JJF1089-2002《滚动轴承径向游隙测量仪校准规范》[2] 4.計量特性相关要求：不同型号对应最高精度标准：测量重复性≤1μm，示值误差为：±1.2μm。由实验结果可以看出，该仪器在测量精度上足以满足轴承径向游隙的测试要求。
选择十件轴承进入仪器开始检测，最后根据测量结果按照等级进行自动分选，总计用时5分钟。实验结果证明该仪器可实现全自动径向游隙检测，检测效率高满足生产流水线上作业。
5 结束语
根据轴承径向游隙检测的要求及特点，设计一整套全自动轴承径向游隙检测装置，利用电脑自动采集代替人工读数方式，减少人为误差，满足高精度测量的要求;配合生产流水线的工作要求，代替产品抽样检测实现批量轴承全覆盖测量，保证产品质量。目前，该装置在台州市内轴承制造行业已成功推广。
参考文献
[1]GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
[2]JJF1089-2002《滚动轴承径向游隙测量仪校准规范》.国家质量监督检验检疫总局
作者简介：
王超，男，工程师，工作单位：台州市计量技术研究院。
关键词：轴承径向游隙;全自动测量
滚动轴承径向游隙是轴承的一项重要质量指标，直接影响轴承的振动、噪声及寿命等因素。游隙过大会导致轴承打滑;游隙过小会造成轴承使用过程中发热量增加，导致轴承烧伤，甚至卡死。因此准确测量轴承径向游隙非常重要。目前市面上测量仪器如：洛阳轴承研究所生产的X09系列轴承径向游隙测量仪、烟台轴承仪器有限公司生产的X系列轴承游隙测量仪，都是在静态下单一方向上实现的径向游隙测量，需人工大概的调整不同的测量位置，才能满足GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》中对径向游隙测量原理的要求。这种静态下径向游隙的测量方式主观人为读数误差较大，且无法满足生产流水线上大批量的轴承检测工作，极易造成人员疲劳。为此，本院开发一种新型高精度全自动游隙检测装置。
1 机械结构
全自动游隙检测装置由上料推入部件、游隙上料翻身部件、游隙上料推入部件、加压部件、测量单元，分选部件等构成，具体流程如下图1所示：
该装置采用PLC触摸面板控制，通过传送带将轴承送到翻转部件，利用气缸驱动将轴承推入，加压固定位置后，采用机械式基恩士高精度传感器进行测量。
根据GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》[1]中测量方法规定：置测头于固定套圈宽度的中部，读取不固定套圈在各个角位置（大致均布，至少三个）上沿载荷方向的移动量，取算数平均值为轴承径向游隙测量值。驱动步进电机，根据方法要求，旋转轴承一周均布3个测量位置后进行测量。取3次测量的平均值，比对轴承游隙公差要求，最终实现对批量轴承的全自动测量分选。测量模型如下图2所示：
图2 测量模型
2 关键技术点
一、采用传统机械测量传感器代替光电测量传感器保证测量精度：
传统机械测量传感器精度高，稳定性好，受环境影响少，固定装夹后可实现对指定轴承外圈中心位置长时间重复测量。相反，光电原理测量传感器对测量表面的质量要求高，更适合对表面脆性易划痕材料进行测量使用。本装置优先选用机械式传感器。
二、合理的测量部件设计保证定位精度：
轴承由推入气缸进入V型夹具后，由固定气缸1推入固定内圈，其中固定气缸1连接固定头6，设计尺寸比轴承内圈大（5-10）μm，实现内圈固定，通过移动外圈从而实现对轴承径向游隙的测量;内圈固定后，旋转电机2 通过摩擦力的作用驱动轴承外圈左右小范围旋转，使得轴承滚珠和轴承外圈充分接触保证测量精度，传感器采集当前位置记录数据（1）;驱动气缸3连接顶针4实现对轴承外圈加压后偏移，测量传感器5采集当前位置记录数据（2）。程序计算当前位置轴承径向游隙测量值。根据测量方法要求，顶针4回收，驱动电机2旋转120°后重复测量，最后实现在一周3个平均分布位置准确测量。软件计算三位置的平均值作为最后轴承径向游隙的测量结果，进入后续的分选环节。如下图3所示：
1.固定气缸 2.旋转电机 3.驱动气缸 4.顶针 5.测量传感器 6.连接
3 控制系统
控制系统主要由西门子PLC控制器模块、步进电机、步进电机驱动器、气缸等组成，PLC通过设计程序采集轴承位置信息控制气缸推入固定位置，驱动加紧夹具及测量单位实现对轴承的全自动径向游隙测量。
4 测量实验
为验证该装置测量精度，对型号6205的滚动轴承进行多次重复性测量，测试数据如下：序号1测试值为25.4;序号2测试值为25.0，序号3测试值为25.2，序号4测试值为24.8，序号5测试值为24.6，序号6测试值为24.6，序号7测试值为24.8，序号8测试值为25.0，序号9测试值为25.1，序号10测试值为25.2（其中，该轴承送省级计量院检测，径向游隙检测结果为25.2μm）.十次测量数据平均值 24.97μm，示值误差为-0.23μm;实验标准偏差0.25μm。测量最大值Xmax=25.4μm，最小值Xmin=24.6μm，其测量重复性0.8μm;查阅JJF1089-2002《滚动轴承径向游隙测量仪校准规范》[2] 4.計量特性相关要求：不同型号对应最高精度标准：测量重复性≤1μm，示值误差为：±1.2μm。由实验结果可以看出，该仪器在测量精度上足以满足轴承径向游隙的测试要求。
选择十件轴承进入仪器开始检测，最后根据测量结果按照等级进行自动分选，总计用时5分钟。实验结果证明该仪器可实现全自动径向游隙检测，检测效率高满足生产流水线上作业。
5 结束语
根据轴承径向游隙检测的要求及特点，设计一整套全自动轴承径向游隙检测装置，利用电脑自动采集代替人工读数方式，减少人为误差，满足高精度测量的要求;配合生产流水线的工作要求，代替产品抽样检测实现批量轴承全覆盖测量，保证产品质量。目前，该装置在台州市内轴承制造行业已成功推广。
参考文献
[1]GB/T《滚动轴承：径向游隙的测量方法》.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
[2]JJF1089-2002《滚动轴承径向游隙测量仪校准规范》.国家质量监督检验检疫总局
作者简介：
王超，男，工程师，工作单位：台州市计量技术研究院。