一種基于誤差分離技術(shù)的軸承保持架運動軌跡測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軸承保持架精密檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于誤差分離技術(shù)的軸承保 持架運動軌跡測量方法。 技術(shù)背景
[0002] 保持架作為軸承的重要組成部分，其運行狀況的良好與否會直接影響主軸承的回 轉(zhuǎn)誤差，從而影響主軸的加工精度，因此對于高精度機床主軸承的研究需要多方面的考慮 保持架的運行情況。在機床高速主軸等高精度工況要求條件下，軸承的正?；剞D(zhuǎn)要求保持 架有很高的穩(wěn)定性，對于高速精密機床加工精度的影響中，主軸承保持架作為回轉(zhuǎn)零件的 重要部分，其軸心軌跡直接影響整個主軸的回轉(zhuǎn)誤差，進而對機械零件的加工精度導(dǎo)致嚴 重誤差。保持架的軸心軌跡是基于保持架作為回轉(zhuǎn)機械零件，對判斷機器在線運轉(zhuǎn)情況，分 析機械零件加工精度，預(yù)測高溫、高速、高精度主軸承運行情況提供重要依據(jù)。
[0003] 誤差分離技術(shù)是精密檢測領(lǐng)域的一種先進技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒈粶y工件的誤差與 測量儀器自身的誤差相分離，運用這種方法測量時被測工件既是被測對象又是測量基準， 以此消除測量儀器自身的運動精度對被測對象的影響，從而提高零件的測量精度。
[0004] 目前對保持架運動軌跡的研究已經(jīng)取得了很多進步，有些研究者通過特殊的測量 方案對保持架質(zhì)心在徑向平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)誤差進行了測量，得到了一些不同工況下的質(zhì)心軌 跡圖，但較少涉及對保持架軸向不穩(wěn)定性的測量。通常質(zhì)心軌跡圖是二維圖，對這種不穩(wěn)定 性的評判也多數(shù)靠人的經(jīng)驗判斷其運行狀況。因此，急需一種保持架運動軌跡測量方法，以 實現(xiàn)對保持架軸向不穩(wěn)定性的精確測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于誤差分離技術(shù)的軸承保持架運動軌跡測量方法，旨在解決 現(xiàn)有技術(shù)中靠人的經(jīng)驗對軸承保持架軸向不穩(wěn)定性進行評判的缺陷。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明軸承保持架運動軌跡測量方法包括如下步驟：
[0007] 1)測量保持架徑向平面內(nèi)保持架軸心沿X和Y方向上的平移分量dX、dY ;
[0008] 2)根據(jù)保持架半徑R及平移分量dX、dY，計算保持架在X、Y方向上的平移自由度 X、y ;
[0009] 3)設(shè)置位移傳感器，并記錄位移傳感器在X-Y坐標(biāo)系中的位置UAni, yAj、傳感器 測量值ClAni，采用誤差分離技術(shù)分離出保持架端面形貌誤差δ (θη)，其中，m表示傳感器的 編號，為從軸心到傳感器測量點方向與X軸方向的夾角；
[0010] 4)根據(jù)步驟3)中的位移傳感器位置（成，yAm)、傳感器測量值ClAn及保持架端面 形貌誤差S ( Θ J，計算出保持架饒X和γ軸的旋轉(zhuǎn)自由度i、j和沿軸向攢動的自由度Z ;
[0011] 5)根據(jù)X、y、z、i、j這五個自由度得到保持架的運動軌跡。
[0012] 所述步驟2)中保持架在X、Y方向上的平移自由度x、y的計算公式為：
[0015] 所述步驟4)中保持架饒X和Y軸的旋轉(zhuǎn)自由度i、j和沿軸向攢動的自由度z的 計算公式如下：
[0019] 其中，ρ。= θ，Ν/2 π，Pl= Θ @/2 π，P2= θ 2*Ν/2 π，N 是一周采樣點總個數(shù)， k = 0…N_l〇
[0020] 所述步驟1)中在保持架徑向平面內(nèi)布置兩個用于測量dx和dY的位移傳感器，該 位移傳感器發(fā)出的光線相互垂直相交，交點位于保持架軸線上。
[0021] 所述步驟3)中設(shè)置了四個位移傳感器，四個位移傳感器構(gòu)成的平面與保持架端 面平行，且四個位移傳感器發(fā)出的光線與保持架軸線平行，且落在保持架上。
[0022] 所述保持架端面形貌誤差δ ( Θ J的計算公式如下：
Q、C2、C3滿足以下條件：
[0026] 本發(fā)明基于誤差分離技術(shù)的軸承保持架運動軌跡測量方法采用誤差分離技術(shù)，合 理設(shè)置傳感器的位置，測量出保持架在徑向位移、軸向位移及端面形貌誤差值，計算得到保 持架運動軌跡參數(shù)X、Y、Z方向的位移及X、Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度，從而構(gòu)造出保持架的運動 軌跡，實現(xiàn)了對保持架不穩(wěn)定性的自動測量。
【附圖說明】
[0027] 圖1保持架運動軌跡測量裝置示意圖；
[0028] 圖2保持架軸向測量點幾何關(guān)系圖；
[0029] 圖3保持架運動軌跡測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖4保持架軌跡軸向位移顯示效果圖；
[0031] 圖5保持架軌跡徑向位移顯示效果圖；
[0032] 圖6保持架軸心三維軌跡圖；
[0033] 圖7保持架端面的法向量軌跡。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0035] 首先，介紹影響保持架運動軌跡的參數(shù)。軸承保持架理論上是一個不受力的回轉(zhuǎn) 體，在保持架端面上建立徑向相互垂直的兩個坐標(biāo)軸X和Y，在保持架軸線上建立Z軸。在 X和Y方向上，保持架具有兩個平移自由度X、y以及X和Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度i和j，在Z 方向上，保持架具有沿著Z軸攢動的自由度z及Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度k。X、y、z、i、j這五 個自由度構(gòu)成了保持架軌跡的變化，自由度k是繞Z軸轉(zhuǎn)速的波動，并不引起位移變化，不 構(gòu)成保持架軌跡的變化。
[0036] 在確定了影響保持架運動軌跡的五個自由度x、y、z、i、j后，下面提供后一種測量 計算五個自由度方法的實施例：
[0037] 1)保持架處在內(nèi)外圈之間，為進行保持架徑向平面和軸向的微小位移測量，本實 施例提出了如圖1所示的測量方案。用一個質(zhì)量較輕，有一定厚度的圓筒體與保持架固聯(lián) 在一起，將保持架的軌跡引出內(nèi)外圈的狹小空間。在徑向平面內(nèi)布置兩個激光位移傳感器， 以測量保持架在徑向平面內(nèi)的總位移，兩個激光位移傳感器發(fā)出的光線互相垂直且交于一 點，交點落在軸線上，傳感器所在平面與筒體端面平行。
[0038] 設(shè)置好激光位移傳感器的位置后，可測量出保持架軸心沿X和Y軸的平移分量dX、 dY〇
[0039] 2)根據(jù)平移分量dX、dY及保持架的半徑R，計算出保持架在X、Y方向上的平移自 由度X、y。
[0040] 本實施例中優(yōu)選如下計算公式來計算保持架在X、Y方向上的平移自由度X、y，但 是也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他計算方式，這里不再一一列舉，公式如下：
[0043] 在計算過程中忽略保持架由于變形作用造成的徑向和軸向測量的位移。其中dX、 dY表示傳感器測量出的保持架軸心沿X和Y軸的平移分量，R為保持架半徑。
[0044] 3)設(shè)置位移傳感器，并記錄位移傳感器在X-Y坐標(biāo)系中的位置UAni, yAj、傳感器 測量值ClAni，采用誤差分離技術(shù)分離出保持架端面形貌誤差δ (θη)，具體步驟為：
[0045] 本實施例在軸向方向布置四個位于同一平面內(nèi)的激光位移傳感器，以測量保持架 在軸向的總位移及軸向的偏轉(zhuǎn)自由度，四個激光位移傳感器所在的平面與筒體端面平行， 且四激光位移傳感器發(fā)出的光線與保持架軸線平行。激光位移傳感器均采用非接觸式激光 位移傳感器。
[0046] 圖2為保持架軸向測量點幾何關(guān)系圖，保持架運動軌跡參數(shù)i、j、ζ由以下方法計 算得出?？紤]端面的形貌誤差，軸向總位移的測量值有四部分組成：軸向的竄動、繞X軸的 旋轉(zhuǎn)自由度引起的軸向位移、繞Y軸的旋轉(zhuǎn)自由度引起的軸向位移、采集點處采集到的端 面形貌誤差值。由此可推導(dǎo)出各自由度位移與傳感器測量值的關(guān)系表達式如下：
[0048] 其中ClAni(m取0, 1，2, 3,表示所對應(yīng)的傳感器）表示傳感器測量值，ζ表示由于軸 向的平移引