提高超薄轴承套圈外径测量准确性 洛阳轴研科技股份有限公司创新方法课题组
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摘要:在轴承使用过程中,为了保证轴承外径与座孔,内径与轴的高度配合,滚动轴承的内外径尺寸精度是轴承是否合格的一项重要指标。而中小尺寸的薄壁轴承套圈的外径尺寸采用传统的机械测量仪测量时极易产生变形,从而无法进行有效测量。

基于上述问题案例,采用了triz解决工具,建立分析了问题模型,确定了最小问题,定义了三级IFR、物理和技术矛盾,采用了矛盾矩阵,调用了系统物场资源,运用了知识信息库,替换了问题,最终获取了方案10项。建立了方案评价模型,分析了获取方案的价值,筛选了方案组合,得到了测量光复制品、气动原理测量外径和光栅千分表代替机械千分表等最优方案。

经验证,此案例产生的技术方案对测量超薄轴承外径有重要的参考意义,基本消除套圈外径在测量时的形变量对测量结果的影响。

一、问题描述

在轴承使用过程中,为了保证轴承外径与座孔,内径与轴的高度配合,滚动轴承的内外径尺寸精度是轴承是否合格的一项重要指标。而中小尺寸的薄壁轴承套圈的外径尺寸采用传统的机械测量仪测量时极易产生变形,从而无法进行有效测量。一种典型的轴承内外径测量仪如图1所示。

图1 一种典型的轴承内外径测量仪

二、解题过程

首先通过初始问题的描述,对问题进行系统分析,明确该系统作用对象(超薄轴承外圈)、系统组件(千分表、支点、测头、操作台)、超系统组件(人手、环境、),并分析组件之间的相互作用,同时明确该系统中的结构流,控制流及各组件的流传递中承担的角色。寻找问题产生的原因,不断分解问题并形成问题列表,在超薄套圈外径测量实例中,将超薄套圈在测量过程中容易形变导致测量不准确作为初始问题,将可能产生该问题的子问题分别列出:(1)操作员对套圈的控制过量。(2)测头对套圈的压力过大。通过矛盾问题求解或根本问题求解,参考软件中创新原理模块的相关内容,找出解决问题的方法和备选方案。

三、最终方案

(1)首先以矛盾定义的方式,提取技术矛盾,确定压力和测量精度为要改善和恶化的参数,从矛盾矩阵可得到三个供参考的创新原理:NO.6多用性原理、NO.28机械系统代替原理、NO.25自服务原理。参照No.28机械系统代替原理给出的“利用光学视觉系统、声学听觉系统、电磁系统、味觉系统或嗅觉系统代替机械系统”,得到方案一,采用光栅原理,将测头在光栅上的微小位移量转化成脉冲信号,转化为测量结果,测量过程中大大减小测头对套圈的压力;

(2)利用运动场代替静止场原理,得到方案二:将套圈尺寸的变化量转换成压缩空气流量或压力的变化,然后由指示装置指示出来,从而测量出套圈误差。

(3)其次根据问题切入点,测头对套圈压力过大,提取物理矛盾:压力大,机械力传递精确,压力小则套圈不会变形。因为改善和恶化的参数都为同一参数:压力,则判断矛盾为物理矛盾,故采用的创新原理为复制原理,如图2所示。方案三:利用光学原理,将套圈轮廓投影,根据被测套圈投影与标准件投影比较,找出微小形变量,从而判断是否合格。

图2 采用创新原理为复制原理

(4)根据软件提供的知识库查询功能,通过功能查询:怎样减小应力变形,在得到的诸多方案中,找到可参照的解决方案:从《充填叶片空腔的方法减小激光喷射锤击时燃气轮机的叶片变形》结构动作原理上获得到启发,将套圈内侧填充一些物质,物质的材料为比钢材刚度小且有弹性的材料,利用此物质对套圈向外的作用力支撑套圈,从而避免套圈的形。

(5)首先建立物场模型,如图3所示,问题定义:千分表测头要紧密接触轴承套圈,由于测头和人手对轴承套圈产生一定的作用力,因此会造成超薄套圈变形,导致测量不准确,应用标准解:第4级第1项第2条:测量复制品或肖像,构造解决方案为利用超高像素的数码相机将被测套圈照片拍摄下来,再与标准件的照片相比较,从而得到合格套圈。

图3 物场模型示意图

四、创新点

采用了非接触式测量,避免了套圈测量过程中的变形。利用光复制原理测量,比传统外径测量仪成本低。

五、形成的知识产权情况

注:专利类型包括国内实用新型、国内发明、国际专利

六、应用情况及范围

通过创新设计后的超薄轴承套圈外径测量系统在套圈外径尺寸上基本没有限制,且技术不但可以应用于超薄轴承套圈,也可应用于非标轴承以及不规则形状零件的测量,使得普遍存在的超薄轴承套圈在测量时的形变被有效消除。

七、产生的经济效益或社会效益

新的外径测量系统的设计,能够有效消除超薄轴承套圈在测量时的形变,因而能够提高套圈外径测量的准确性,减少废品率,从而提高生产效率,其次因其简单易操作,代替了原有的机械测量系统,能够降低部分生产成本。