專利名稱：貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明屬于貨車軸承檢測領域。
背景技術：
貨車滾動軸承游隙是指軸承在未安裝于軸或軸承箱時，將其內圈或外圈固定，然后使未被固定的部分做軸向或徑向移動時的移動量。根據移動方向，可分為軸向游隙和徑向游隙。其中，軸向游隙對軸承的承載能力和使用壽命等影響較大。軸向游隙過小，容易發熱，內外圈之間的溫差較大；軸向游隙過大，貨車在高速行駛時車廂抖動。因此，需要對貨車軸承進行定期檢修，以確保其軸向游隙滿足要求。軸向游隙是貨車滾動軸承的關鍵指標參數之一。
當前鐵路貨車軸承檢修部門使用的滾動軸承軸向游隙及裝配高檢測裝置，其主要測量原理為將軸承置于工作臺，從工作臺下方施加作用力，將軸承內圈頂起并固定，外圈自由下垂，測出裝配高并讀取第一次游隙測量值，然后使軸承翻轉180°，讀取第二次游隙測量值，兩次測量值之差就是軸承的軸向游隙。在游隙測量過程中，采用手動旋轉軸承進行多點測量的方法，人工計算求平均值，分別得到兩次游隙的測量值。這種測量方法讀數的人為誤差大，測量點數多時求平均值更是費時、費力，而且翻轉過程帶來的軸承外圈徑向移動不僅影響了測量的準確度，同時給操作人員的安全帶來隱患。
另外，專利公開號為CN 1193725A的名為“雙列圓錐滾子軸承軸向游隙測量方法”的專利，給出了一種用于測量雙列圓錐滾子軸承軸向游隙的方法。該方法是將被測量的雙列圓錐滾子軸承的內圈固定，在其外圈上加一個由下而上的外力負荷，消除其內組件中的滾子球基面與內圈直擋邊之間的間隙，然后通過游隙儀測出軸承外圈上、下移動極限值，計算二者之差就得到了游隙值。這種方法的優點是無需翻轉即能得到游隙值，節省測量時間，減少安全隱患。但它仍然要使用軸向游隙檢測儀進行測量，這樣不僅耽誤了測量時間，而且由于人為讀數帶來不可避免的誤差，不能保證較高的測量精度，同時也影響測量效率。
發明內容
為了解決現有貨車軸承檢測測量軸向游隙及裝配高時容易引起人為誤差、測量精度低的問題，本發明提供了一種貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高檢測裝置及檢測方法。
本發明的檢測裝置包含第一光柵位移傳感器、第二光柵位移傳感器、兩個數據采集電路、CPLD處理單元、輸入設備、單片機控制單元和LCD顯示器，第一光柵位移傳感器用于測量貨車滾動軸承的軸向游隙，并且第一光柵位移傳感器的測量頭與軸承外圈的上端面接觸；第二光柵位移傳感器用于測量貨車滾動軸承的裝配高，并且第二光柵位移傳感器的測量頭與軸承內圈的上端面接觸；第一光柵位移傳感器的輸出端通過一個數據采集電路連接CPLD處理單元的軸向游隙數據輸入端，第二光柵位移傳感器的輸出端通過另一個數據采集電路連接CPLD處理單元的裝配高數據輸入端，CPLD處理單元的數據輸出端連接單片機控制單元的數據輸入端，單片機控制單元的CPLD控制信號輸出端連接CPLD處理單元的控制信號輸入端，單片機控制單元的顯示輸出端連接LCD顯示器的數據輸入端，單片機控制單元的顯示控制信號輸出端連接LCD顯示器的控制信號輸入端，輸入設備的輸出端連接單片機控制單元的外部控制信號輸入端。本發明的檢測裝置可以通過調整第一光柵位移傳感器和第二光柵位移傳感器的位置來獲得多個不同測量點的數據信息。
本發明的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測方法按如下步驟進行一、檢測貨車滾動軸承的軸向游隙先將貨車滾動軸承安放在測量臺的上面，軸承內圈由測量臺的上表面支撐，軸承外圈由于重力自由懸掛在軸承內圈上，通過壓力裝置在軸承內圈的上端面上施加向下的第一作用力，此時軸承內圈被壓緊固定，第一光柵位移傳感器的測量頭與軸承外圈的上端面相接觸；然后，在軸承外圈的底部施加向上的第二作用力，使軸承外圈向上頂起，同時第一光柵位移傳感器被向上壓縮了一段距離A，則第一光柵位移傳感器檢測到的該段距離A就是軸承的軸向游隙；二、檢測貨車滾動軸承的裝配高當軸承內圈如步驟一中被壓緊固定后，使第二光柵位移傳感器的測量頭與軸承內圈的上端面相接觸，并且第二光柵位移傳感器向下移動直到不能再被壓縮為止，此時第二光柵位移傳感器處于終止位置，最后，測量第二光柵位移傳感器的終止位置與測量臺面的上表面的距離為a，第二光柵位移傳感器被壓縮距離為C，則貨車滾動軸承的裝配高h按以下公式計算h＝a-(B-C)，其中B為第二光柵位移傳感器的測量頭在自由狀態下的長度。本發明中采用的壓力裝置可以利用液壓裝置來實現其功能，總壓力大小為10～12個大氣壓。
本發明裝置采用高精度光柵位移傳感器作為檢測部件，大大提高了檢測精度，并且采用單片機及CPLD實現了測量數據的采集和處理，通過液晶直接顯示游隙及裝配高的測量值，避免了人為誤差，從而進一步提高了測量精度，測量精度達到10μm左右，測量范圍為10mm左右。本發明采用固定軸承內圈、液壓驅動頂起外圈的方式，消除了軸承翻轉動作，實現軸向游隙的穩定可靠測量，并提高檢測人員進行測量時的安全性。本發明的系統抗干擾能力強、可對測量點數、軸承型號、測量界限等進行人為設定，從而提高了檢測的靈活性與適用性。
圖1是本發明檢測貨車滾動軸承的軸向游隙的示意圖；圖2是檢測貨車滾動軸承的裝配高的示意圖；圖3是本發明檢測裝置的結構示意圖；圖4是具體實施方式
三的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1和圖2，本具體實施方式
的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測方法按如下步驟進行一、檢測貨車滾動軸承的軸向游隙參見圖1，先將貨車滾動軸承安放在測量臺13的上面，軸承內圈1由測量臺13的上表面支撐，軸承外圈2由于重力自由懸掛在軸承內圈1上，通過壓力裝置在軸承內圈1的上端面上施加向下的第一作用力F1，此時軸承內圈1被壓緊固定，第一光柵位移傳感器3的測量頭與軸承外圈2的上端面相接觸；然后，在軸承外圈2的底部施加向上的第二作用力F2，使軸承外圈2向上頂起，同時第一光柵位移傳感器3被向上壓縮了一段距離A，則第一光柵位移傳感器3檢測到的該段距離A就是軸承的軸向游隙；二、檢測貨車滾動軸承的裝配高參見圖2，當軸承內圈1如步驟一中被壓緊固定后，使第二光柵位移傳感器4的測量頭與軸承內圈1的上端面相接觸，并且第二光柵位移傳感器4向下移動直到不能再被壓縮為止，此時第二光柵位移傳感器4處于終止位置，最后，測量第二光柵位移傳感器4的終止位置與測量臺面14的上表面的距離為a，第二光柵位移傳感器4被壓縮距離為C，則貨車滾動軸承的裝配高h按以下公式計算h＝a-(B-C)，其中B為第二光柵位移傳感器4的測量頭在自由狀態下的長度。
參見圖3，本具體實施方式
的裝置由第一光柵位移傳感器3、第二光柵位移傳感器4、兩個數據采集電路5、CPLD處理單元6、輸入設備11、單片機控制單元12和LCD顯示器7組成，第一光柵位移傳感器3用于測量貨車滾動軸承的軸向游隙，并且第一光柵位移傳感器3的測量頭與軸承外圈2的上端面接觸；第二光柵位移傳感器4用于測量貨車滾動軸承的裝配高，并且第二光柵位移傳感器4的測量頭與軸承內圈1的上端面接觸；第一光柵位移傳感器3的輸出端通過一個數據采集電路5連接CPLD處理單元6的軸向游隙數據輸入端，第二光柵位移傳感器4的輸出端通過另一個數據采集電路5連接CPLD處理單元6的裝配高數據輸入端，CPLD處理單元6的數據輸出端連接單片機控制單元12的數據輸入端，單片機控制單元12的CPLD控制信號輸出端連接CPLD處理單元6的控制信號輸入端，單片機控制單元12的顯示輸出端連接LCD顯示器7的數據輸入端，單片機控制單元12的顯示控制信號輸出端連接LCD顯示器7的控制信號輸入端，輸入設備11的輸出端連接單片機控制單元12的外部控制信號輸入端。所述輸入設備11為鍵盤。所述CPLD處理單元6主要是用于處理第一光柵位移傳感器3、第二光柵位移傳感器4獲得的測量數據，采用型號為EPM7128SLC84-10(84)的處理芯片。所述單片機控制單元12主要芯片采用的型號為C8051F020，它的主要作用是使整個測量系統協調統一的完成測量任務，并具有支持鍵盤輸入具體操作信息、液晶顯示操作信息及測量值以及打印輸出測量信息的功能；所述單片機控制單元12還具有根據鍵盤輸入的值a和值B進行計算獲得裝配高h的功能。所述數據采集電路5用于放大光柵位移傳感器輸出的模擬信號，并對其模擬信號進行模數轉換及倍頻處理。
具體實施方式
二參見圖3，本具體實施方式
與具體實施方方式一的不同點是所述數據采集電路5由放大及反相電路5-1和模數轉換及倍頻電路5-2組成，第一光柵位移傳感器3的輸出端連接放大及反相電路5-1的輸入端，放大及反相電路5-1的輸出端連接模數轉換及倍頻電路5-2的輸入端，模數轉換及倍頻電路5-2的輸出端連接CPLD處理單元6的軸向游隙數據輸入端。第二光柵位移傳感器4與數據采集電路5的連接關系與具體實施方式
二相同。其他組成及其連接關系與具體實施方式
一相同。模數轉換及倍頻電路5-2中倍頻值的大小主要依靠需要光柵達到的顯示測量精度來確定，它使得本實用新型更加細致準確地顯示測量結果，也使得測量結果更加精確。
具體實施方式
三參見圖3和圖4，本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同點是在一個數據采集電路5中，模數轉換及倍頻電路5-2的主芯片采用型號為SJ0205的五細分倍頻芯片U1，放大及反相電路5-1由第一運算放大器Q1、第二運算放大器Q2、第三運算放大器Q3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第一可變電阻R6和第二可變電阻R7組成，第一光柵位移傳感器3的具有sin、-sin、cos、-cos四個信號輸出端，第一光柵位移傳感器3的sin信號輸出端連接第一電阻R1和第二可變電阻R7的一端，第一電阻R1的另一端連接第一運算放大器Q1的同相輸入端，第一光柵位移傳感器3的-sin信號輸出端連接第三電阻R3的一端和第二可變電阻R7的另一端，第二可變電阻R7的可移動端位于中間并且接信號地，第三電阻R3的另一端連接第一運算放大器Q1的反相輸入端，第一運算放大器Q1的輸出端連接五細分倍頻芯片U1的sin信號輸入端和第三運算放大器Q3的反相輸入端，第三運算放大器Q3的同相輸入端通過第四電阻R4接信號地，第三運算放大器Q3的輸出端連接五細分倍頻芯片U1的-sin信號輸入端，第一光柵位移傳感器3的cos信號輸出端連接第五電阻R5和第一可變電阻R6的一端，第五電阻R5的另一端連接第二運算放大器Q2的同相輸入端，第一光柵位移傳感器3的-cos信號輸出端連接第二電阻R2的一端和第一可變電阻R6的另一端，第一可變電阻R6的可移動端位于中間并且接信號地，第二電阻R2的另一端連接第二運算放大器Q2的反相輸入端，第二運算放大器Q2的輸出端連接五細分倍頻芯片U1的cos信號輸入端；五細分倍頻芯片U1的O1和O2輸出端連接CPLD處理單元6的兩個數據輸入端。第一光柵位移傳感器3和第二光柵位移傳感器4采用的型號為GCQ。第一運算放大器Q1和第二運算放大器Q2采用型號為AD620的芯片，第三運算放大器Q3采用型號為OP07H的芯片。其他組成及其連接關系與具體實施方式
二相同。光柵位移傳感器輸出的為正弦信號，它在實際工作的過程中每當探頭移動一個柵距就發出一個正弦波；它的頻率取決于探頭移動的距離和運動時間。
具體實施方式
四參見圖3，本具體實施方式
與具體實施方方式一的不同點是所述檢測裝置還包括輸出設備8和系統時鐘電路10，單片機控制單元12的數據輸出端連接輸出設備8的數據輸入端，單片機控制單元12的輸出控制信號輸出端連接輸出設備8的控制信號輸入端，系統時鐘電路10的輸出端連接單片機控制單元12的日期信號輸入端。其他組成及其連接關系與具體實施方式
一相同。所述輸出設備8包括打印機等；所述系統時鐘電路10采用型號為DS1302的芯片，它用于記錄檢測的日期及時間。。
具體實施方式
五參見圖3，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同點是所述檢測裝置還包括串行通信模塊9，串行通信模塊9的數據傳輸端與單片機控制單元12的通信傳輸端相連。串行通信電路9的主芯片采用的型號為MAX232，其用于串行通訊，即將測量數據傳送至上位機。其他組成及其連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六參見圖3，本具體實施方式
與具體實施方方式一的不同點是所述檢測裝置還包括溫度傳感器14和報警電路15，溫度傳感器14用于檢測工作環境的溫度，確保光柵等元件工作在溫度允許范圍內，溫度傳感器14的信號輸出端連接單片機控制單元12的溫度信息輸入端，單片機控制單元12的報警信號輸出端連接報警電路15的控制信號輸入端。單片機控制單元12判斷溫度傳感器14測量的溫度是否超過閾值，如果是超過閾值則啟動報警電路。本發明的檢測裝置的工作溫度范圍為0℃～+40℃。其他組成及其連接關系與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置包含第一光柵位移傳感器(3)、第二光柵位移傳感器(4)、兩個數據采集電路(5)、CPLD處理單元(6)、輸入設備(11)、單片機控制單元(12)和LCD顯示器(7)，第一光柵位移傳感器(3)用于測量貨車滾動軸承的軸向游隙，并且第一光柵位移傳感器(3)的測量頭與軸承外圈(2)的上端面接觸；第二光柵位移傳感器(4)用于測量貨車滾動軸承的裝配高，并且第二光柵位移傳感器(4)的測量頭與軸承內圈(1)的上端面接觸；第一光柵位移傳感器(3)的輸出端通過一個數據采集電路(5)連接CPLD處理單元(6)的軸向游隙數據輸入端，第二光柵位移傳感器(4)的輸出端通過另一個數據采集電路(5)連接CPLD處理單元(6)的裝配高數據輸入端，CPLD處理單元(6)的數據輸出端連接單片機控制單元(12)的數據輸入端，單片機控制單元(12)的CPLD控制信號輸出端連接CPLD處理單元(6)的控制信號輸入端，單片機控制單元(12)的顯示輸出端連接LCD顯示器(7)的數據輸入端，單片機控制單元(12)的顯示控制信號輸出端連接LCD顯示器(7)的控制信號輸入端，輸入設備(11)的輸出端連接單片機控制單元(12)的外部控制信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于所述數據采集電路(5)由放大及反相電路(5-1)和模數轉換及倍頻電路(5-2)組成，第一光柵位移傳感器(3)的輸出端連接放大及反相電路(5-1)的輸入端，放大及反相電路(5-1)的輸出端連接模數轉換及倍頻電路(5-2)的輸入端，模數轉換及倍頻電路(5-2)的輸出端連接CPLD處理單元(6)的軸向游隙數據輸入端。
3.根據權利要求1所述的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置還包括輸出設備(8)和系統時鐘電路(10)，單片機控制單元(12)的數據輸出端連接輸出設備(8)的數據輸入端，單片機控制單元(12)的輸出控制信號輸出端連接輸出設備(8)的控制信號輸入端，系統時鐘電路(10)的輸出端連接單片機控制單元(12)的日期信號輸入端。
4.根據權利要求1所述的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置還包括串行通信模塊(9)，串行通信模塊(9)的數據傳輸端與單片機控制單元(12)的通信傳輸端相連。
5.根據權利要求1所述的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于所述檢測裝置還包括溫度傳感器(14)和報警電路(15)，溫度傳感器(14)的信號輸出端連接單片機控制單元(12)的溫度信息輸入端，單片機控制單元(12)的報警信號輸出端連接報警電路(15)的控制信號輸入端。
6.根據權利要求1或2所述的貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置，其特征在于在一個數據采集電路(5)中，模數轉換及倍頻電路(5-2)的主芯片采用型號為SJ0205的五細分倍頻芯片(U1)，放大及反相電路(5-1)由第一運算放大器(Q1)、第二運算放大器(Q2)、第三運算放大器(Q3)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一可變電阻(R6)和第二可變電阻(R7)組成，第一光柵位移傳感器(3)的具有sin、-sin、cos、-cos四個信號輸出端，第一光柵位移傳感器(3)的sin信號輸出端連接第一電阻(R1)和第二可變電阻(R7)的一端，第一電阻(R1)的另一端連接第一運算放大器(Q1)的同相輸入端，第一光柵位移傳感器(3)的-sin信號輸出端連接第三電阻(R3)的一端和第二可變電阻(R7)的另一端，第二可變電阻(R7)的可移動端位于中間并且接信號地，第三電阻(R3)的另一端連接第一運算放大器(Q1)的反相輸入端，第一運算放大器(Q1)的輸出端連接五細分倍頻芯片(U1)的sin信號輸入端和第三運算放大器(Q3)的反相輸入端，第三運算放大器(Q3)的同相輸入端通過第四電阻(R4)接信號地，第三運算放大器(Q3)的輸出端連接五細分倍頻芯片(U1)的-sin信號輸入端，第一光柵位移傳感器(3)的cos信號輸出端連接第五電阻(R5)和第一可變電阻(R6)的一端，第五電阻(R5)的另一端連接第二運算放大器(Q2)的同相輸入端，第一光柵位移傳感器(3)的-cos信號輸出端連接第二電阻(R2)的一端和第一可變電阻(R6)的另一端，第一可變電阻(R6)的可移動端位于中間并且接信號地，第二電阻(R2)的另一端連接第二運算放大器(Q2)的反相輸入端，第二運算放大器(Q2)的輸出端連接五細分倍頻芯片(U1)的cos信號輸入端；五細分倍頻芯片(U1)的O1和O2輸出端連接CPLD處理單元(6)的兩個數據輸入端。
7.貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測方法，其特征在于所述方法按如下步驟進行一、檢測貨車滾動軸承的軸向游隙先將貨車滾動軸承安放在測量臺(13)的上面，軸承內圈(1)由測量臺(13)的上表面支撐，軸承外圈(2)由于重力自由懸掛在軸承內圈(1)上，通過壓力裝置在軸承內圈(1)的上端面上施加向下的第一作用力(F1)，此時軸承內圈(1)被壓緊固定，第一光柵位移傳感器(3)的測量頭與軸承外圈(2)的上端面相接觸；然后，在軸承外圈(2)的底部施加向上的第二作用力(F2)，使軸承外圈(2)向上頂起，同時第一光柵位移傳感器(3)被向上壓縮了一段距離A，則第一光柵位移傳感器(3)檢測到的該段距離A就是軸承的軸向游隙；二、檢測貨車滾動軸承的裝配高當軸承內圈(1)如步驟一中被壓緊固定后，使第二光柵位移傳感器(4)的測量頭與軸承內圈(1)的上端面相接觸，并且第二光柵位移傳感器(4)向下移動直到不能再被壓縮為止，此時第二光柵位移傳感器(4)處于終止位置，最后，測量第二光柵位移傳感器(4)的終止位置與測量臺面(14)的上表面的距離為a，第二光柵位移傳感器(4)被壓縮距離為C，則貨車滾動軸承的裝配高h按以下公式計算h＝a-(B-C)，其中B為第二光柵位移傳感器(4)的測量頭在自由狀態下的長度。
全文摘要
貨車滾動軸承軸向游隙及裝配高的檢測裝置及檢測方法，它屬于貨車軸承檢測領域，它解決了現有貨車軸承檢測測量軸向游隙及裝配高時容易引起人為誤差、測量精度低的問題。本發明利用第一光柵位移傳感器(3)測量貨車滾動軸承的軸向游隙和第二光柵位移傳感器(4)測量貨車滾動軸承的裝配高，兩個光柵位移傳感器的檢測到的數據通過CPLD處理單元處理后傳輸給單片機控制單元，然后再輸出給外部設備；檢測軸向游隙時，軸承內圈(1)被壓緊固定，第一光柵位移傳感器(3)的測量頭與軸承外圈(2)的上端面接觸，軸承外圈(2)被頂起導致第一光柵位移傳感器(3)被向上壓縮的距離即為所測軸向游隙。本發明避免了人為誤差，提高了測量精度。
文檔編號G01M13/00GK1851395SQ200610010060
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者梁慧敏, 林景波, 任萬濱, 翟國富, 王文龍 申請人:哈爾濱工業大學