一、概述

角接触（推力）关节轴承由于球面滑动接触面积大、倾角大，承载能力和抗冲击能力大，并具有耐腐蚀、耐磨、调心、润滑性好或无润滑自润滑型，因此，广泛应用于工程液压缸、锻压机床、工程机械、自动化设备、汽车减震器、水利机械等低速摆动运动、倾斜运动和回转运动。

角接触关节轴承和推力关节轴承是我公司六大系列中的两个主导产品，产品型号丰富，月月量产。产品的装配高度（图3中的H值）是一个重要的技术参数，尤其是自润滑型，是成品终检时的全检项目。因此，如何提高测量精度和测量效率，降低检测人员的劳动强度，已成为企业保证量产产品质量、满足市场需求的迫切问题。

二、原有的测量方法和存在的问题

由于角接触（推力）球面滑动轴承的内外圈工作滑动面的半球面较小，外圈和内圈可以相互摆动，常用的高度测量仪无法测量此参数。原厂检测方法主要有两种：第一种是用芯棒法测量，如图1所示。这种检测方法有四个缺陷：

1）每个型号都需要配一个尺寸相同的芯棒作为轴环的内径；

2）心轴与轴环为间隙配合，间隙过大，测量值误差大；如果太小，则心轴安装和卸载都不容易，测量也很困难； 

3）检测大型、大型产品时，检测人员在装卸芯棒过程中对体力要求高，劳动强度大。稍有不慎可能会压伤您的手指；

4）每组测量必须反复装卸芯棒，检测效率低。第二个是用千分尺测量的，如图 2 所示。

使用两微米在产品的对称位置进行测量。测量时应反复调整千分尺的测量值，直到两个千分尺的测量值一致，此时的测量值为装配高度。这种检测方法的缺陷是：

1）两个千分尺需要多次调整才能得到测量值，既繁琐又低效，不适合批量测量；

2）需要一定的测量技巧才能获得准确的测量值。以上两种测量方法的缺陷主要是由于在测量过程中克服了外圈和内圈的相互摆动造成的。因此，如何在测量过程中快速保证两个测量基准面相互平行，成为设计的重点和核心。为此，我设计了这款角接触（推力）关节轴承组件高度测量仪来解决这个问题。

三、测量仪的测量原理

由于角接触（推力）球面滑动轴承具有内外圈球径同心和自调心的特点，且球面表面粗糙度小于Ra0.8，所以在对轴承施加较小压力F后 轴圈，如图3所示，可以使轴圈的基准面平行于座圈的基准面，此时测得的H值就是轴承的装配高度。

四、测量仪器的主要结构

为了实现图3所示的测量原理，可以通过图4所示的测量机构来实现。仪器主要由以下几部分组成：基本装置（工作台、立柱、悬臂、V型定位叉、 耐磨垫片等）； 升降传动系统（螺纹旋钮、梯形螺纹轴、压板）； 测量系统（指示仪表架，精度0.01指示仪表）； 防过载系统（防过载衬套、手柄等）； V型定位叉（位置可调，定位被测轴承）。 为满足生产过程中对不同型号和规格轴承的检测，测量仪设计尽可能覆盖多种型号，范围从GAC25到GAC150，GX10到GX120（轴承座圈公称外径Φ30到 Φ230mm）可以测量。

五、设计要点

(1) 本测量仪是利用轴承内外圈可相互摆动、球径同心并可自动调整的特点而设计的。压板与工作台是否平行是影响测量精度的重要因素。为保证测量精度，除基本装置相关部件的刚度和形位公差外，梯形螺纹轴外径与悬臂孔径的配合间隙必须在精确导向的前提下梯形螺纹轴可灵活上下移动（间隙配合控制在0.02-0.04mm），消除间隙对测量精度的影响。

(2)在起重传动系统中，采用工艺好、螺纹强度高、中性好的梯形螺纹（导程20，螺距5）进行载荷传递和行程传递。升降机构可实现快速升降运动，提高工作效率，减轻劳动强度；同时，为防止测量轴承承受过大的负荷，造成测量仪器和产品变形，还专门设计了一套防过载系统进行过载保护，如图5所示。防过载衬套和钢球转动，螺纹旋钮在钢球的压力下转动。当负载过大时，钢球被顶起，防过载衬套打滑转动，从而起到过载保护作用。

(3) 由于成品角接触轴承的轴圈非参考平面与座圈参考平面在同一平面，如图6所示，在轴圈展平前，将A点 低于参考平面，因此在测量时需要使用支撑。 装配高度只能通过轴承座圈的块高度来测量。 为此，我们在工作台上设计了两个可移动的支撑块来支撑被测轴承。 对于推力球面滑动轴承，由于轴圈小端面高于座圈基准面，因此在将轴圈压平前，A点不会低于基准面，因此支撑块可以 拆下后可直接在工作台上测量轴承。

以上是仪器的一些创新和设计思路。仪器设计上最大的创新是将原来两种测量方法中需要克服的测量难点（外环和内环可以相互摆动）转化为设计思路。并通过测量仪实现快速准确的测量。

六、测量误差分析

（1）从测量原理分析：保证仪器的刚性和制造精度（仪器的制造精度主要是指梯形螺纹轴外径与悬臂孔径的匹配精度两个方面，以及压板相对于工作台的平行度）。此外，具有防过载系统保护和被测轴承自动对中功能，可以保证仪器的测量精度，测量定位速度快。

（2）实际使用验证：仪器出厂后，我们从以下两个方面对测量误差进行实际验证：

首先，用不同的标准高度块重复测量验证。表 1 显示了验证数据。

其次，利用芯轴测量法和测量仪器对同一组GAC110S/K轴承的装配高度进行多次测量，以验证测量结果的重复性。 测量数据如表 2 所示。

从表1的数据可以看出，测量结果的测量精度和重复性都在0.01mm以内；从表2的数据可以看出，芯轴法的重复性比测量仪器的重复性差，与芯轴法不一致。轴向法的测量缺陷与此密切相关。综上所述，该装置完全可以满足产品测量要求（装配高度公差值在0.1mm以上）。

七、检测效率对比

该测量仪经过现场生产的实际应用，可减轻检测人员的劳动强度，比芯棒法提高近10倍的检测效率（以GAC110S/K为例，芯棒法为30-每件40秒，此测量仪器为3至5秒/件）。

八、结论

该测量仪解决了原有检测方法检测精度差、检测人员劳动强度大的问题。

该测量仪的检测效率比原检测方法提高近10倍，可检测同系列不同规格的轴承，满足大批量生产的要求。

因此，测量仪器的设计是成功的。