专利名称：用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元的制作方法
技术领域：
本实用新型属于组合轴承技术领域，具体地说是一种用于角位移测控的径向滚 子与轴向推力圆锥轴承单元。
背景技术：
目前，组合轴承的应用范围越来越广，其使用性能也在不断的提高，一些精密 设备不仅需要其高刚性支承、高精度旋转，而且还需要在运动过程中不断的实施测量监 控，为此，结合一些测量系统的轴承便应运而生，然而此种类型轴承还存在着以下缺 点其一、测量精度较低，误差范围较大，不能满足精密设备的需求；其二、当轴承组 件受力部件产生挠度时，将会严重影响测量结果；其三，使用时间较长或环境恶劣时， 多极磁环极易被磨损或者被粉尘覆盖，将严重影响测量的结果。从而造成此种类型的 轴承无法满足一些需要精密角度位移控制和测量的机械设备，例如数控机床及数控加工 中心转台、坦克炮塔、雷达旋转台、手术旋转台、电子元部件焊接转台等高精密控制设 备，终将无法在该领域中得到广泛应用，因此急需要提供一种能具有精密角位移测量系 统的组合轴承。
实用新型内容本实用新型的目的旨在解决上述技术问题的不足，提供一种用于角位移测控的 径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，其测量精度高，安装灵活方便，结合高精度轴承实 时测量，并将角位移信号反馈给控制系统，实现了精确控制的目的。本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是用于角位移测控的径 向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，由动圈、静圈、圆锥滚子、圆柱滚子、磁栅尺、传感 器和固定架组成，圆锥滚子设置在动圈和静圈形成的轴向滚道内，圆柱滚子设置在动圈 和静圈形成的径向滚道内，固定架绕动圈的外壁一周设置在静圈上，在动圈的外壁一周 设有磁栅尺，与磁栅尺相对的固定架上，至少设有一个的传感器，传感器与磁栅尺之间 的间隙为O.lmm-lmm。根据要求精度的变化及工作场合的不同，间隙还可以放大，最大 可以到10mm。所述的磁栅尺，其具有三层结构，其内层为钢质固定层，中间层为磁性材料 层，外层为金属覆盖层，所述的钢质固定层与轴承的动圈外径表面相配合。所述的磁性材料层，具有N、S极交替设置的磁化表面。所述的传感器包括一个集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的霍尔芯片封装在外 壳内，该霍尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。所述的传感器，其信号输出端输入外部控制系统。本实用新型的有益效果是1、将组合轴承与角位移测量系统相结合，通过在轴承本体上设置磁栅尺，并结 合传感器对轴承实时测量监控，并将测量数据反馈给外部控制系统，便于修正旋转角度偏差量，达到精确控制角位移的目的。2、当采用两个或两个以上的传感器分布在轴承圆周时，可有效防止由于加工力 使得轴承滚道系统产生挠度对测量产生的影响，传感器实时测量将信号传输给外部控制 系统，有效提高测量精度。3、本实用新型中所述的磁栅尺，其基体为钢质固定层，在其钢质基体上面涂敷 一层的磁性材料层，在其最外层还粘结一层不锈钢覆盖条，从而对磁性表面进行保护， 使得本实用新型对环境要求不高(灰尘、铁屑和湿度都要求不敏感)、非接触的读磁方式 (间隙0.1 Imm以上)保证了其永不磨损的长寿命其次钢制固定层直接与轴承表面相 配合，安装方便，无需辅助结构，灵活方便。4、在传感器内置加信号处理电路，有效地将传感器输入的信号处理成外部控制 系统可接受的正弦波或者矩形方波，因此该轴承为一个测量独立结构，无需外部置加处 理电路，体积小，便于安装使用。5、角位移的测量控制精度可以达到士3"，而且随着轴承单元尺寸的增加，角 位移的精度可以更高甚至可以达到士 1.5"。测量精度大大提高，从而保证了外部数控系 统的实时监控。
图1是本实用新型的结构示意图。图中标记1、动圈，2、静圈，3、
传感器，7、固定架，8、控制系统。
圆锥滚子，4、圆柱滚子，5、磁栅尺，具体实施方式
如图1所示，本实用新型，用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单 元，包括轴承本体和角位移测量系统，并结合外部控制系统8构成一个测控单元，所述 的轴承本体包括动圈1和静圈2，动圈1由上圈和下圈组成，并通过螺栓连接在一起，静 圈2设置在动圈1中上圈和下圈之间，沿轴向静圈2的上下端面与动圈1的上圈和下圈形 成的轴向推力滚道内设有圆锥滚子3和保持架，沿径向静圈2的右端面与动圈1形成的径 向滚道内设有圆柱滚子4和保持架，所述的角位移测量系统主要由磁栅尺5和传感器6构 成，磁栅尺5呈环状设在动圈1的外径表面，对应磁栅尺5设有传感器6，传感器6设在 固定架7上，固定架7通过螺栓或其它连接方式与静圈2连接。本实用新型，所述的动圈为轴承中与运动回转台所连接的部件，即为在工作过 程中伴随回转台做旋转运动部件；所述的静圈为轴承中与支承座所连接的部件，即为在 工作过程中相对静止的部件。本实用新型，所述的固定架其对应磁栅尺的径向位置设有传感器安装孔，安装 孔的数量根据所需传感器的数量来配置。图1为一种外置传感器的结构，根据应用的场合和要求精度的不同，可以采用 单传感器、双传感器、四个或更多传感器布置，当要求精度略低时，可采用单个传感器 即可，当设备要求高精密角位移测量时，可采用双传感器或者更多，采用双传感器器时 须将其相对设置在固定架上，可提高测量精度，当受空间限制时可采用内置传感器结构，将传感器和磁栅尺设置在轴承内圈。本实用新型中所述的磁栅尺，其基体为钢质层，可选用不锈钢钢带，在其钢质 基体上面涂敷一层的磁性材料层，在其最外层还粘结一层不锈钢覆盖条，从而对磁性表 面进行保护。磁栅尺的钢质基体可以与轴承的动圈外径表面配合安装，此时构成外置 传感器结构；当磁栅尺的钢质基体与轴承的动圈内径表面直接配合安装时，构成内置传 感器结构，安装时可在钢质基体上涂敷有一层高强度胶质层直接与轴承配合表面牢固粘 接，保证长久使用不脱离。本实用新型中所述的磁栅尺，其上的磁性材料层具有N、S极交替的磁化表面， 且其上的N、S极等间距分布，根据设备需要的控制精度来设置磁极对的数量，要求精度 越高，设置磁极对的数量应越多。本实用新型，所述的传感器与磁栅尺之间的间隙为O.lmm-lmm，设备要求角位 移测量的精度越高，其间隙应越小。根据要求精度的变化及工作场合的不同，间隙还可 以放大，最大可以到10mm。本实用新型，所述的传感器包括一个高度集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的 霍尔芯片封装在外壳内，该霍尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。所述的外壳可 采用PVC材质或锌压铸件，保护等级高达IP67，抗干扰等级符合IEC801国际标准3级。 信号处理电路主要由微分电路和积分电路构成，旋转过程中，霍尔元件感应磁通量变化 而产生电压信号，电压信号传输给信号处理电路，根据整个磁栅尺上所设置的磁极对 数，经信号处理电路计算成带有角位移的数字信号反馈给CNC，CNC便可得知其角位移 的偏差量，进行修正，重新调整设备参数，从而达到了精密角位移测量、控制的目的。由于整个环状磁栅尺上均勻设置多个磁极对，设置磁极对的数量根据所要求的 精度来确定，设备要求精度越高时，应需设置的磁极对越密，霍尔元件感应磁通量变化 而产生电压信号，根据整个磁栅尺上所设置的磁极对数，每一个信号可换算成一个确定 的角位移，以原始角位置为基准点，可经信号处理电路内累计计算成角度增量，其后反 馈给控制系统。本实用新型，其工作原理为工作台在旋转过程中，轴承动圈同时同步旋转， 因此其上的磁栅尺产生磁力线，霍尔元件感应磁通量变化产生电压信号，并将电压信号 传输给信号处理电路，在其内通过转换呈角位移信号并累加，而后输入至控制系统，从 而便于控制系统识别修正量和调整参数，达到精确控制角位移的目的。本实用新型中所述的传感器可成对设置，分别相对设置在轴承的圆周，防止由 于加工力使得轴承滚道系统产生挠度，会影响到测量结果，因此采用两个或两个以上的 传感器相对安装可有效提高测量精度。本实用新型可广泛用于量大面广的数控机床，也可推广应用于需要精密角度位 移控制和测量的其它机械或器械，如数控机床及数控加工中心转台、坦克炮塔、雷达旋 转台、手术旋转台、电子元部件焊接转台等。本实用新型采用非接触式磁性传感器，具有对环境要求不高(灰尘、铁屑和湿 度都要求不敏感)、非接触的读磁方式(间隙0.1 Imm以上)保证了其永不磨损的长寿 命；此外通过高分辨率传感器采集磁信号(分辨率最高可以达到0.001mm)，并在内部处 理转换成数字信号后输入控制系统，控制系统做出修正偏差量，从而实现对工作台角位移精度的精确控制，其角位移精度可以达到士3"，随着磁栅尺上设置磁极对数的增加， 精度甚至可达士 1.5"以上。
权利要求1.用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，由动圈(1)、静圈(2)、圆 锥滚子(3)、圆柱滚子(4)、磁栅尺(5)、传感器(6)和固定架(7)组成，圆锥滚子(3)设 置在动圈⑴和静圈⑵形成的轴向滚道内，圆柱滚子⑷设置在动圈⑴和静圈⑵形 成的径向滚道内，其特征在于固定架(7)绕动圈(1)的外壁一周设置在静圈(2)上，在 动圈(1)的外壁上设有磁栅尺(5)，与磁栅尺(5)相对的固定架(7)上至少设有一个的传 感器(6)，传感器(6)与磁栅尺(5)之间的间隙为O.lmm-lmm。
2.根据权利要求1所述的用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，其特 征在于所述的磁栅尺(5)，其具有三层结构，其内层为钢质固定层，中间层为磁性材 料层，外层为金属覆盖层，所述的钢质固定层与轴承的动圈(1)外径表面相配合。
3.根据权利要求2所述的用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，其特 征在于所述的磁性材料层，具有N、S极交替设置的磁化表面。
4.根据权利要求1所述的用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，其特 征在于所述的传感器(6)，其信号输出端与外部控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，其特 征在于所述的传感器(6)包括一个集成的霍尔芯片及一个外壳，所述的霍尔芯片封装 在外壳内，该霍尔芯片内集成有霍尔元件及信号处理电路。
专利摘要用于角位移测控的径向滚子与轴向推力圆锥轴承单元，由动圈、静圈、圆锥滚子、圆柱滚子、磁栅尺、传感器和固定架组成，固定架绕动圈的外壁一周设置在静圈上，在动圈的外壁上设有磁栅尺，与磁栅尺相对的固定架上至少设有一个的传感器，传感器与磁栅尺之间的间隙为0.1mm-1mm。本实用新型将组合轴承与角位移测量系统相结合，通过在轴承本体上设置磁栅尺，并结合传感器对轴承实时测量监控，并将测量数据反馈给外部控制系统，便于修正旋转角度偏差量，达到精确控制角位移的目的。
文档编号G01B7/30GK201802761SQ20102016862
公开日2011年4月20日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者李培培, 梅建洛, 王迪, 郝希平, 陈绍刚 申请人:洛阳世必爱特种轴承有限公司