轴承内径测量方法的研究.doc

轴承内径测量方法的研究李永怀,崔建英,冯其波(北京交通大学理学院,北京100044摘要:提出一种轴承内径的测量方法和总体方案,实现了高精度、智能化的测量,减小了人工测量误差,具有很高的实用性。关键词:轴径测量;瞄准与定位;自动测量中图分类号:TP271+14 文献标识码:A (Studyonbearing2huai,,FENGQi2bo(JiaotongUniversity,Beijing100044,ChinaAbstract:positionofthemeasuresystemisdescribed1Thesystemlocateandmeasureautomaticallyandsuittobeusedinproductionfield1Keywords:Diametermeasurement;Locationandcollimation;Automaticmeasurement收稿日期:2004207212;收到修改稿日期:2004209216 随着现代铁路运输的发展,火车运行速度越来越快,对轮轴的配合提出了更高要求,而高精度、智能化的轮轴直径测量是实现理想配合的重要因素。目前,铁路检修现轴承直径场广泛使用的是传统的内径千分尺[1],这种测量工具精度低,随机误差大,自动化程度低,已不能满足高精度测量的要求。非接触测量法[2]D影像法等,测量范围小,而且精度不高。因此,一种高精度、智能化轴承内径测量系统的研制,对于提高铁路现场的检修效率和技术管理水平,具有重要意义。1 测量原理及系统实现方案111 测量原理内径的测量有两个关键问题,一是直径的瞄准与定位,二是两瞄准点间距离的测量,本文利用二个相互垂直的机构实现直径的瞄准,由微位移传感器测量瞄准点处直径的变化,如图1所示,1是定位臂,2是测量臂,测量臂在定位臂的中垂线上,使测量臂瞄准直径,实现径向的定位。测量臂上安装微位移传感器测量时,分别测标准件与被测件,微位移传感器测出二者的差值ΔS,而标准件的值是已知的,则D测=D标+ΔS,得到被测件的值。测量和定位臂可整体在圆平面内旋转,测任一方向的直径值。图2是轴向定位示意图,通过定位机构4的连接,使测量臂3与轴承端面平行,垂直于轴线,瞄准直径,实现轴向的定位。112 误差分析由于加工和安装精度的限制,使得图1中测量臂不能完全瞄准直径,产生了定位误差,从而给测量带来误差。图3对这种定位误差进行了分析,其中,δ为测量臂对圆心的偏移量,D1、D2分别为标准件、被测件的直径,r1、r2分别为其对应的半径,S1、S2分别是标准件、被测件的传感器示值,由几何关系可知:S1=2r12-δ2(1S2=2r22-δ2(2由于δr1<<1,δr2<<1(3则 S1=2r11-δ22r12(4第31卷第1期 2005年1月中国测试技术CHINAMEASUREMENTTECHNOLOGYVol131 No11Jan,2005 S2=2r21-δ22r22(5ΔS=S2-S1=2(r2-r1-δ221测量值:D′2=D1+ΔS(7测量误差为:ΔD2=D′2-D2=δ2r1-δ2r2(8此外,在轴向测量臂与轴线不可能完全垂直,而是有一定的角度误差,如图4所示,设α为测量臂与轴承端面的夹角,D1、D2分别为标准件、被测件的直径,由几何关系,同理可求得轴向定位产生的测量误差为:ΔD′2=(D2-D1cosα(9由于α很小,所以:cosα=1+22+…(10略去高阶小量:ΔD′2=(D2-D1α22(11则系统总的测量误差:ΔD=D22+ΔD′22(12取α=1°,D1、D2、δ分别取值,带入式(12,计算测量误差,如表1所示。表1 计算测量误差D1D2δΔD13012910100019130********** 从表1可以看出,在测量范围130±1mm内,误差为ΔD=0119μm。在实际铁路检修现场,被测的轴承通常为197726型轴承,其公差为<130+0-01050,即直径变化在50μm内,实际测量中直径的变化不会超出±1mm的范围;而且机构的定位误差可控制在上述的δ和α内,故由定位带来的测量误差应小于0119μm,这个精度完全可以满足测量的要求,所以该测量方法理论上是可行的。113 系统的实现,,,传感器电,单片机完成的数据采集与存储,由液晶显示屏实时显示,功能键盘完成标定,测量等功能。单片机可以通过RS2232与PC通信,完成数据的传送。表2 测量数据截面1(mm截面2(mm仪器示值112919728129197472129197261291974631291973012919748412919724129197495129197301291974861291972912919747平均值1291972812919748理想值1291973129197