专利名称：货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置及检测方法
技术领域：
本发明属于货车轴承检测领域。
背景技术：
货车滚动轴承游隙是指轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈固定，然后使未被固定的部分做轴向或径向移动时的移动量。根据移动方向，可分为轴向游隙和径向游隙。其中，轴向游隙对轴承的承载能力和使用寿命等影响较大。轴向游隙过小，容易发热，内外圈之间的温差较大；轴向游隙过大，货车在高速行驶时车厢抖动。因此，需要对货车轴承进行定期检修，以确保其轴向游隙满足要求。轴向游隙是货车滚动轴承的关键指标参数之一。
当前铁路货车轴承检修部门使用的滚动轴承轴向游隙及装配高检测装置，其主要测量原理为将轴承置于工作台，从工作台下方施加作用力，将轴承内圈顶起并固定，外圈自由下垂，测出装配高并读取第一次游隙测量值，然后使轴承翻转180°，读取第二次游隙测量值，两次测量值之差就是轴承的轴向游隙。在游隙测量过程中，采用手动旋转轴承进行多点测量的方法，人工计算求平均值，分别得到两次游隙的测量值。这种测量方法读数的人为误差大，测量点数多时求平均值更是费时、费力，而且翻转过程带来的轴承外圈径向移动不仅影响了测量的准确度，同时给操作人员的安全带来隐患。
另外，专利公开号为CN 1193725A的名为“双列圆锥滚子轴承轴向游隙测量方法”的专利，给出了一种用于测量双列圆锥滚子轴承轴向游隙的方法。该方法是将被测量的双列圆锥滚子轴承的内圈固定，在其外圈上加一个由下而上的外力负荷，消除其内组件中的滚子球基面与内圈直挡边之间的间隙，然后通过游隙仪测出轴承外圈上、下移动极限值，计算二者之差就得到了游隙值。这种方法的优点是无需翻转即能得到游隙值，节省测量时间，减少安全隐患。但它仍然要使用轴向游隙检测仪进行测量，这样不仅耽误了测量时间，而且由于人为读数带来不可避免的误差，不能保证较高的测量精度，同时也影响测量效率。
发明内容
为了解决现有货车轴承检测测量轴向游隙及装配高时容易引起人为误差、测量精度低的问题，本发明提供了一种货车滚动轴承轴向游隙及装配高检测装置及检测方法。
本发明的检测装置包含第一光栅位移传感器、第二光栅位移传感器、两个数据采集电路、CPLD处理单元、输入设备、单片机控制单元和LCD显示器，第一光栅位移传感器用于测量货车滚动轴承的轴向游隙，并且第一光栅位移传感器的测量头与轴承外圈的上端面接触；第二光栅位移传感器用于测量货车滚动轴承的装配高，并且第二光栅位移传感器的测量头与轴承内圈的上端面接触；第一光栅位移传感器的输出端通过一个数据采集电路连接CPLD处理单元的轴向游隙数据输入端，第二光栅位移传感器的输出端通过另一个数据采集电路连接CPLD处理单元的装配高数据输入端，CPLD处理单元的数据输出端连接单片机控制单元的数据输入端，单片机控制单元的CPLD控制信号输出端连接CPLD处理单元的控制信号输入端，单片机控制单元的显示输出端连接LCD显示器的数据输入端，单片机控制单元的显示控制信号输出端连接LCD显示器的控制信号输入端，输入设备的输出端连接单片机控制单元的外部控制信号输入端。本发明的检测装置可以通过调整第一光栅位移传感器和第二光栅位移传感器的位置来获得多个不同测量点的数据信息。
本发明的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测方法按如下步骤进行一、检测货车滚动轴承的轴向游隙先将货车滚动轴承安放在测量台的上面，轴承内圈由测量台的上表面支撑，轴承外圈由于重力自由悬挂在轴承内圈上，通过压力装置在轴承内圈的上端面上施加向下的第一作用力，此时轴承内圈被压紧固定，第一光栅位移传感器的测量头与轴承外圈的上端面相接触；然后，在轴承外圈的底部施加向上的第二作用力，使轴承外圈向上顶起，同时第一光栅位移传感器被向上压缩了一段距离A，则第一光栅位移传感器检测到的该段距离A就是轴承的轴向游隙；二、检测货车滚动轴承的装配高当轴承内圈如步骤一中被压紧固定后，使第二光栅位移传感器的测量头与轴承内圈的上端面相接触，并且第二光栅位移传感器向下移动直到不能再被压缩为止，此时第二光栅位移传感器处于终止位置，最后，测量第二光栅位移传感器的终止位置与测量台面的上表面的距离为a，第二光栅位移传感器被压缩距离为C，则货车滚动轴承的装配高h按以下公式计算h＝a-(B-C)，其中B为第二光栅位移传感器的测量头在自由状态下的长度。本发明中采用的压力装置可以利用液压装置来实现其功能，总压力大小为10～12个大气压。
本发明装置采用高精度光栅位移传感器作为检测部件，大大提高了检测精度，并且采用单片机及CPLD实现了测量数据的采集和处理，通过液晶直接显示游隙及装配高的测量值，避免了人为误差，从而进一步提高了测量精度，测量精度达到10μm左右，测量范围为10mm左右。本发明采用固定轴承内圈、液压驱动顶起外圈的方式，消除了轴承翻转动作，实现轴向游隙的稳定可靠测量，并提高检测人员进行测量时的安全性。本发明的系统抗干扰能力强、可对测量点数、轴承型号、测量界限等进行人为设定，从而提高了检测的灵活性与适用性。
图1是本发明检测货车滚动轴承的轴向游隙的示意图；图2是检测货车滚动轴承的装配高的示意图；图3是本发明检测装置的结构示意图；图4是具体实施方式
三的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参见图1和图2，本具体实施方式
的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测方法按如下步骤进行一、检测货车滚动轴承的轴向游隙参见图1，先将货车滚动轴承安放在测量台13的上面，轴承内圈1由测量台13的上表面支撑，轴承外圈2由于重力自由悬挂在轴承内圈1上，通过压力装置在轴承内圈1的上端面上施加向下的第一作用力F1，此时轴承内圈1被压紧固定，第一光栅位移传感器3的测量头与轴承外圈2的上端面相接触；然后，在轴承外圈2的底部施加向上的第二作用力F2，使轴承外圈2向上顶起，同时第一光栅位移传感器3被向上压缩了一段距离A，则第一光栅位移传感器3检测到的该段距离A就是轴承的轴向游隙；二、检测货车滚动轴承的装配高参见图2，当轴承内圈1如步骤一中被压紧固定后，使第二光栅位移传感器4的测量头与轴承内圈1的上端面相接触，并且第二光栅位移传感器4向下移动直到不能再被压缩为止，此时第二光栅位移传感器4处于终止位置，最后，测量第二光栅位移传感器4的终止位置与测量台面14的上表面的距离为a，第二光栅位移传感器4被压缩距离为C，则货车滚动轴承的装配高h按以下公式计算h＝a-(B-C)，其中B为第二光栅位移传感器4的测量头在自由状态下的长度。
参见图3，本具体实施方式
的装置由第一光栅位移传感器3、第二光栅位移传感器4、两个数据采集电路5、CPLD处理单元6、输入设备11、单片机控制单元12和LCD显示器7组成，第一光栅位移传感器3用于测量货车滚动轴承的轴向游隙，并且第一光栅位移传感器3的测量头与轴承外圈2的上端面接触；第二光栅位移传感器4用于测量货车滚动轴承的装配高，并且第二光栅位移传感器4的测量头与轴承内圈1的上端面接触；第一光栅位移传感器3的输出端通过一个数据采集电路5连接CPLD处理单元6的轴向游隙数据输入端，第二光栅位移传感器4的输出端通过另一个数据采集电路5连接CPLD处理单元6的装配高数据输入端，CPLD处理单元6的数据输出端连接单片机控制单元12的数据输入端，单片机控制单元12的CPLD控制信号输出端连接CPLD处理单元6的控制信号输入端，单片机控制单元12的显示输出端连接LCD显示器7的数据输入端，单片机控制单元12的显示控制信号输出端连接LCD显示器7的控制信号输入端，输入设备11的输出端连接单片机控制单元12的外部控制信号输入端。所述输入设备11为键盘。所述CPLD处理单元6主要是用于处理第一光栅位移传感器3、第二光栅位移传感器4获得的测量数据，采用型号为EPM7128SLC84-10(84)的处理芯片。所述单片机控制单元12主要芯片采用的型号为C8051F020，它的主要作用是使整个测量系统协调统一的完成测量任务，并具有支持键盘输入具体操作信息、液晶显示操作信息及测量值以及打印输出测量信息的功能；所述单片机控制单元12还具有根据键盘输入的值a和值B进行计算获得装配高h的功能。所述数据采集电路5用于放大光栅位移传感器输出的模拟信号，并对其模拟信号进行模数转换及倍频处理。
具体实施方式
二参见图3，本具体实施方式
与具体实施方方式一的不同点是所述数据采集电路5由放大及反相电路5-1和模数转换及倍频电路5-2组成，第一光栅位移传感器3的输出端连接放大及反相电路5-1的输入端，放大及反相电路5-1的输出端连接模数转换及倍频电路5-2的输入端，模数转换及倍频电路5-2的输出端连接CPLD处理单元6的轴向游隙数据输入端。第二光栅位移传感器4与数据采集电路5的连接关系与具体实施方式
二相同。其他组成及其连接关系与具体实施方式
一相同。模数转换及倍频电路5-2中倍频值的大小主要依靠需要光栅达到的显示测量精度来确定，它使得本实用新型更加细致准确地显示测量结果，也使得测量结果更加精确。
具体实施方式
三参见图3和图4，本具体实施方式
与具体实施方式
二的不同点是在一个数据采集电路5中，模数转换及倍频电路5-2的主芯片采用型号为SJ0205的五细分倍频芯片U1，放大及反相电路5-1由第一运算放大器Q1、第二运算放大器Q2、第三运算放大器Q3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一可变电阻R6和第二可变电阻R7组成，第一光栅位移传感器3的具有sin、-sin、cos、-cos四个信号输出端，第一光栅位移传感器3的sin信号输出端连接第一电阻R1和第二可变电阻R7的一端，第一电阻R1的另一端连接第一运算放大器Q1的同相输入端，第一光栅位移传感器3的-sin信号输出端连接第三电阻R3的一端和第二可变电阻R7的另一端，第二可变电阻R7的可移动端位于中间并且接信号地，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器Q1的反相输入端，第一运算放大器Q1的输出端连接五细分倍频芯片U1的sin信号输入端和第三运算放大器Q3的反相输入端，第三运算放大器Q3的同相输入端通过第四电阻R4接信号地，第三运算放大器Q3的输出端连接五细分倍频芯片U1的-sin信号输入端，第一光栅位移传感器3的cos信号输出端连接第五电阻R5和第一可变电阻R6的一端，第五电阻R5的另一端连接第二运算放大器Q2的同相输入端，第一光栅位移传感器3的-cos信号输出端连接第二电阻R2的一端和第一可变电阻R6的另一端，第一可变电阻R6的可移动端位于中间并且接信号地，第二电阻R2的另一端连接第二运算放大器Q2的反相输入端，第二运算放大器Q2的输出端连接五细分倍频芯片U1的cos信号输入端；五细分倍频芯片U1的O1和O2输出端连接CPLD处理单元6的两个数据输入端。第一光栅位移传感器3和第二光栅位移传感器4采用的型号为GCQ。第一运算放大器Q1和第二运算放大器Q2采用型号为AD620的芯片，第三运算放大器Q3采用型号为OP07H的芯片。其他组成及其连接关系与具体实施方式
二相同。光栅位移传感器输出的为正弦信号，它在实际工作的过程中每当探头移动一个栅距就发出一个正弦波；它的频率取决于探头移动的距离和运动时间。
具体实施方式
四参见图3，本具体实施方式
与具体实施方方式一的不同点是所述检测装置还包括输出设备8和系统时钟电路10，单片机控制单元12的数据输出端连接输出设备8的数据输入端，单片机控制单元12的输出控制信号输出端连接输出设备8的控制信号输入端，系统时钟电路10的输出端连接单片机控制单元12的日期信号输入端。其他组成及其连接关系与具体实施方式
一相同。所述输出设备8包括打印机等；所述系统时钟电路10采用型号为DS1302的芯片，它用于记录检测的日期及时间。。
具体实施方式
五参见图3，本具体实施方式
与具体实施方式
一的不同点是所述检测装置还包括串行通信模块9，串行通信模块9的数据传输端与单片机控制单元12的通信传输端相连。串行通信电路9的主芯片采用的型号为MAX232，其用于串行通讯，即将测量数据传送至上位机。其他组成及其连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六参见图3，本具体实施方式
与具体实施方方式一的不同点是所述检测装置还包括温度传感器14和报警电路15，温度传感器14用于检测工作环境的温度，确保光栅等元件工作在温度允许范围内，温度传感器14的信号输出端连接单片机控制单元12的温度信息输入端，单片机控制单元12的报警信号输出端连接报警电路15的控制信号输入端。单片机控制单元12判断温度传感器14测量的温度是否超过阈值，如果是超过阈值则启动报警电路。本发明的检测装置的工作温度范围为0℃～+40℃。其他组成及其连接关系与具体实施方式
一相同。
权利要求
1.货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于所述检测装置包含第一光栅位移传感器(3)、第二光栅位移传感器(4)、两个数据采集电路(5)、CPLD处理单元(6)、输入设备(11)、单片机控制单元(12)和LCD显示器(7)，第一光栅位移传感器(3)用于测量货车滚动轴承的轴向游隙，并且第一光栅位移传感器(3)的测量头与轴承外圈(2)的上端面接触；第二光栅位移传感器(4)用于测量货车滚动轴承的装配高，并且第二光栅位移传感器(4)的测量头与轴承内圈(1)的上端面接触；第一光栅位移传感器(3)的输出端通过一个数据采集电路(5)连接CPLD处理单元(6)的轴向游隙数据输入端，第二光栅位移传感器(4)的输出端通过另一个数据采集电路(5)连接CPLD处理单元(6)的装配高数据输入端，CPLD处理单元(6)的数据输出端连接单片机控制单元(12)的数据输入端，单片机控制单元(12)的CPLD控制信号输出端连接CPLD处理单元(6)的控制信号输入端，单片机控制单元(12)的显示输出端连接LCD显示器(7)的数据输入端，单片机控制单元(12)的显示控制信号输出端连接LCD显示器(7)的控制信号输入端，输入设备(11)的输出端连接单片机控制单元(12)的外部控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于所述数据采集电路(5)由放大及反相电路(5-1)和模数转换及倍频电路(5-2)组成，第一光栅位移传感器(3)的输出端连接放大及反相电路(5-1)的输入端，放大及反相电路(5-1)的输出端连接模数转换及倍频电路(5-2)的输入端，模数转换及倍频电路(5-2)的输出端连接CPLD处理单元(6)的轴向游隙数据输入端。
3.根据权利要求1所述的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括输出设备(8)和系统时钟电路(10)，单片机控制单元(12)的数据输出端连接输出设备(8)的数据输入端，单片机控制单元(12)的输出控制信号输出端连接输出设备(8)的控制信号输入端，系统时钟电路(10)的输出端连接单片机控制单元(12)的日期信号输入端。
4.根据权利要求1所述的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括串行通信模块(9)，串行通信模块(9)的数据传输端与单片机控制单元(12)的通信传输端相连。
5.根据权利要求1所述的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括温度传感器(14)和报警电路(15)，温度传感器(14)的信号输出端连接单片机控制单元(12)的温度信息输入端，单片机控制单元(12)的报警信号输出端连接报警电路(15)的控制信号输入端。
6.根据权利要求1或2所述的货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置，其特征在于在一个数据采集电路(5)中，模数转换及倍频电路(5-2)的主芯片采用型号为SJ0205的五细分倍频芯片(U1)，放大及反相电路(5-1)由第一运算放大器(Q1)、第二运算放大器(Q2)、第三运算放大器(Q3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一可变电阻(R6)和第二可变电阻(R7)组成，第一光栅位移传感器(3)的具有sin、-sin、cos、-cos四个信号输出端，第一光栅位移传感器(3)的sin信号输出端连接第一电阻(R1)和第二可变电阻(R7)的一端，第一电阻(R1)的另一端连接第一运算放大器(Q1)的同相输入端，第一光栅位移传感器(3)的-sin信号输出端连接第三电阻(R3)的一端和第二可变电阻(R7)的另一端，第二可变电阻(R7)的可移动端位于中间并且接信号地，第三电阻(R3)的另一端连接第一运算放大器(Q1)的反相输入端，第一运算放大器(Q1)的输出端连接五细分倍频芯片(U1)的sin信号输入端和第三运算放大器(Q3)的反相输入端，第三运算放大器(Q3)的同相输入端通过第四电阻(R4)接信号地，第三运算放大器(Q3)的输出端连接五细分倍频芯片(U1)的-sin信号输入端，第一光栅位移传感器(3)的cos信号输出端连接第五电阻(R5)和第一可变电阻(R6)的一端，第五电阻(R5)的另一端连接第二运算放大器(Q2)的同相输入端，第一光栅位移传感器(3)的-cos信号输出端连接第二电阻(R2)的一端和第一可变电阻(R6)的另一端，第一可变电阻(R6)的可移动端位于中间并且接信号地，第二电阻(R2)的另一端连接第二运算放大器(Q2)的反相输入端，第二运算放大器(Q2)的输出端连接五细分倍频芯片(U1)的cos信号输入端；五细分倍频芯片(U1)的O1和O2输出端连接CPLD处理单元(6)的两个数据输入端。
7.货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测方法，其特征在于所述方法按如下步骤进行一、检测货车滚动轴承的轴向游隙先将货车滚动轴承安放在测量台(13)的上面，轴承内圈(1)由测量台(13)的上表面支撑，轴承外圈(2)由于重力自由悬挂在轴承内圈(1)上，通过压力装置在轴承内圈(1)的上端面上施加向下的第一作用力(F1)，此时轴承内圈(1)被压紧固定，第一光栅位移传感器(3)的测量头与轴承外圈(2)的上端面相接触；然后，在轴承外圈(2)的底部施加向上的第二作用力(F2)，使轴承外圈(2)向上顶起，同时第一光栅位移传感器(3)被向上压缩了一段距离A，则第一光栅位移传感器(3)检测到的该段距离A就是轴承的轴向游隙；二、检测货车滚动轴承的装配高当轴承内圈(1)如步骤一中被压紧固定后，使第二光栅位移传感器(4)的测量头与轴承内圈(1)的上端面相接触，并且第二光栅位移传感器(4)向下移动直到不能再被压缩为止，此时第二光栅位移传感器(4)处于终止位置，最后，测量第二光栅位移传感器(4)的终止位置与测量台面(14)的上表面的距离为a，第二光栅位移传感器(4)被压缩距离为C，则货车滚动轴承的装配高h按以下公式计算h＝a-(B-C)，其中B为第二光栅位移传感器(4)的测量头在自由状态下的长度。
全文摘要
货车滚动轴承轴向游隙及装配高的检测装置及检测方法，它属于货车轴承检测领域，它解决了现有货车轴承检测测量轴向游隙及装配高时容易引起人为误差、测量精度低的问题。本发明利用第一光栅位移传感器(3)测量货车滚动轴承的轴向游隙和第二光栅位移传感器(4)测量货车滚动轴承的装配高，两个光栅位移传感器的检测到的数据通过CPLD处理单元处理后传输给单片机控制单元，然后再输出给外部设备；检测轴向游隙时，轴承内圈(1)被压紧固定，第一光栅位移传感器(3)的测量头与轴承外圈(2)的上端面接触，轴承外圈(2)被顶起导致第一光栅位移传感器(3)被向上压缩的距离即为所测轴向游隙。本发明避免了人为误差，提高了测量精度。
文档编号G01M13/00GK1851395SQ200610010060
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者梁慧敏, 林景波, 任万滨, 翟国富, 王文龙 申请人:哈尔滨工业大学