專利名稱：用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種交叉圓錐滾子軸承，具體地說是一種用于角位移測控的交 叉圓錐滾子軸承單元。
背景技術(shù)：
[0002]眾所周知，在交叉圓錐滾子軸承中，由于其圓錐滾子呈90°交叉設(shè)置在滾道 內(nèi)，所以，一個(gè)該類型的軸承即可承受徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷和翻轉(zhuǎn)力矩負(fù)荷等多種負(fù)荷 力，由于其自身具有高剛性支撐、高精度旋轉(zhuǎn)等優(yōu)良性能，其應(yīng)用范圍越來越廣，被廣 泛用于機(jī)械精加工回轉(zhuǎn)臺、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)部、精密旋轉(zhuǎn)工作臺、手術(shù)旋轉(zhuǎn)臺、電子元部件 焊接轉(zhuǎn)臺等高精密控制設(shè)備領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所需要的加工部件精度要求越 來越高，雖然該類型軸承自身傳動(dòng)精度上有所提高，然而僅僅在傳動(dòng)精度上提高依然無 法滿足精加工需求，如何設(shè)計(jì)一個(gè)帶有角位移測量系統(tǒng)的交叉圓錐滾子軸承來實(shí)施閉環(huán) 控制，即為在保證傳動(dòng)件工作精度的同時(shí)，并對其實(shí)時(shí)測量監(jiān)控、并反饋則是一直有待 解決的難題。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的旨在解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種用于角位移測控的 交叉圓錐滾子軸承單元，安裝靈活方便，在軸承工作過程中實(shí)現(xiàn)了精確測量并控制的目 的。[0004]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是用于角位移測控的交 叉圓錐滾子軸承單元，包括軸承本體和角位移測量系統(tǒng)，所述的軸承本體由動(dòng)圈、靜圈 和動(dòng)圈與靜圈滾道內(nèi)的交叉圓錐滾子組組成，所述的角位移測量系統(tǒng)由磁柵尺、傳感器 和固定架組成，在靜圈下端設(shè)有一支承座，固定架繞動(dòng)圈的外壁一周設(shè)置在支承座上， 在動(dòng)圈的外壁一周設(shè)有磁柵尺，與磁柵尺相對的固定架上至少設(shè)有一個(gè)傳感器，傳感器 與磁柵尺之間的間隙為0.2ιηιη-1.5_。根據(jù)要求精度的變化及工作場合的不同，間隙還 可以放大，最大可以到10mm。[0005]所述的磁柵尺，其具有三層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層為鋼質(zhì)固定層，中間層為磁性材料 層，外層為金屬覆蓋層，所述的鋼質(zhì)固定層與軸承的動(dòng)圈外壁表面相配合。[0006]所述的磁性材料層，其具有N、S極交替設(shè)置的磁化表面。[0007]所述的傳感器，其信號輸出端與控制系統(tǒng)連接。[0008]所述的傳感器包括一個(gè)集成的霍爾芯片及一個(gè)外殼，所述的霍爾芯片封裝在外 殼內(nèi)，該霍爾芯片內(nèi)集成有霍爾元件及信號處理電路。[0009]本實(shí)用新型的有益效果是[0010]1、本實(shí)用新型跨越交叉圓錐滾子軸承的單純支承、旋轉(zhuǎn)理念，而形成一個(gè)全新 的帶角度控制與測量的高精度回轉(zhuǎn)單元，通過在軸承動(dòng)圈上設(shè)置磁柵尺，并結(jié)合傳感器 對交叉圓錐滾子軸承實(shí)時(shí)測量監(jiān)控。[0011]2、當(dāng)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感器分布在軸承圓周時(shí)，可有效防止由于加工力 使得軸承滾道系統(tǒng)產(chǎn)生撓度對測量產(chǎn)生的影響，傳感器實(shí)時(shí)測量將信號傳輸給外部控制 系統(tǒng)，有效提高測量精度。[0012]3、本實(shí)用新型中所述的磁柵尺，其基體為鋼質(zhì)固定層，在其鋼質(zhì)基體上面涂敷 一層的磁性材料層，在其最外層還粘結(jié)一層不銹鋼覆蓋條，從而對磁性表面進(jìn)行保護(hù)， 使得本實(shí)用新型對環(huán)境要求不高(灰塵、鐵屑和濕度都要求不敏感)、非接觸的讀磁方式 (間隙0.2mm-1.5mm以上)保證了其永不磨損的長壽命其次鋼制固定層直接與軸承表 面相配合，安裝方便，無需輔助結(jié)構(gòu)，靈活方便。[0013]4、在傳感器內(nèi)置加信號處理電路，有效地將傳感器輸入的信號處理成外部控制 系統(tǒng)可接受的正弦波或者矩形方波，因此該軸承為一個(gè)測量獨(dú)立結(jié)構(gòu)，無需外部處理裝 置，體積小，便于安裝使用。


[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖中標(biāo)記1、動(dòng)圈，2、靜圈，3、交叉圓錐滾子組，4、磁柵尺，5、傳感器， 6、固定架，7、支承座。
具體實(shí)施方式
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型，用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，包括軸 承本體和角位移測量系統(tǒng)，并結(jié)合外部控制系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)測控單元，所述的軸承本體為 交叉圓錐滾子軸承，其包括動(dòng)圈1和靜圈2，在動(dòng)圈1和靜圈2之間的滾道內(nèi)設(shè)有交叉圓 錐滾子組3和保持架，所述的角位移測量系統(tǒng)主要由磁柵尺4和傳感器5構(gòu)成，磁柵尺4 呈環(huán)狀設(shè)在動(dòng)圈1的外徑表面或內(nèi)徑表面，對應(yīng)磁柵尺4設(shè)有傳感器5，傳感器5設(shè)在固 定架6上的安裝孔內(nèi)，固定架6通過螺栓(或其它連接方式)與支承座7連接。[0017]本實(shí)用新型，所述的動(dòng)圈為軸承中與運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)臺所連接的部件，即為在工作過 程中伴隨回轉(zhuǎn)臺做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件；所述的靜圈為軸承中與支承座所連接的部件，即為在 工作過程中相對靜止的部件。[0018]本實(shí)用新型，所述的固定架其對應(yīng)磁柵尺的徑向位置設(shè)有傳感器安裝孔，安裝 孔的數(shù)量根據(jù)所需傳感器的數(shù)量來配置。[0019]圖1為一種外置傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用的場合和要求精度的不同，可以采用 單傳感器、雙傳感器、四個(gè)或更多傳感器布置，當(dāng)要求精度略低時(shí)，可采用單個(gè)傳感器 即可，當(dāng)設(shè)備要求高精密角位移測量時(shí)，可采用雙傳感器或者更多，采用雙傳感器器時(shí) 須將其相對設(shè)置在固定架上，可提高測量精度。當(dāng)受空間限制時(shí)可采用內(nèi)置傳感器結(jié) 構(gòu)，將磁柵尺設(shè)置在軸承內(nèi)圈。[0020]本實(shí)用新型中所述的磁柵尺，其基體為鋼質(zhì)層，可選用不銹鋼鋼帶，在其鋼質(zhì) 基體上面涂敷一層的磁性材料層，在其最外層還粘結(jié)一層不銹鋼覆蓋條，從而對磁性表 面進(jìn)行保護(hù)。磁柵尺的鋼質(zhì)基體可以與軸承的動(dòng)圈外徑表面配合安裝，此時(shí)構(gòu)成外置 傳感器結(jié)構(gòu)；當(dāng)磁柵尺的鋼質(zhì)基體與軸承的動(dòng)圈內(nèi)徑表面直接配合安裝時(shí)，構(gòu)成內(nèi)置傳 感器結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)可在鋼質(zhì)基體上涂敷有一層高強(qiáng)度膠質(zhì)層直接與軸承配合表面牢固粘接，保證長久使用不脫離。[0021]本實(shí)用新型中所述的磁柵尺，其上的磁性材料層具有N、S極交替的磁化表面， 且其上的N、S極等間距分布，根據(jù)設(shè)備需要的控制精度來設(shè)置磁極對的數(shù)量，要求精度 越高，設(shè)置磁極對的數(shù)量應(yīng)越多。[0022]本實(shí)用新型，所述的傳感器與磁柵尺之間的間隙為0.2mm-1.5mm，設(shè)備要求角 位移測量的精度越高，其間隙應(yīng)越小。根據(jù)要求精度的變化及工作場合的不同，間隙還 可以放大，最大可以到10mm。[0023]本實(shí)用新型，所述的傳感器包括一個(gè)高度集成的霍爾芯片及一個(gè)外殼，所述的 霍爾芯片封裝在外殼內(nèi)，該霍爾芯片內(nèi)集成有霍爾元件及信號處理電路。所述的外殼可 采用PVC材質(zhì)或鋅壓鑄件，保護(hù)等級高達(dá)IP67，抗干擾等級符合IEC801國際標(biāo)準(zhǔn)3級。 信號處理電路主要由微分電路和積分電路構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)過程中，霍爾元件感應(yīng)磁通量變化 而產(chǎn)生電壓信號，電壓信號傳輸給信號處理電路，根據(jù)整個(gè)磁柵尺上所設(shè)置的磁極對 數(shù)，經(jīng)信號處理電路計(jì)算成帶有角位移的數(shù)字信號反饋給CNC，CNC便可得知其角位移 的偏差量，進(jìn)行修正，重新調(diào)整設(shè)備參數(shù)，從而達(dá)到了精密角位移測量、控制的目的。[0024]由于整個(gè)環(huán)狀磁柵尺上均勻設(shè)置多個(gè)磁極對，設(shè)置磁極對的數(shù)量根據(jù)所要求的 精度來確定，設(shè)備要求精度越高時(shí)，應(yīng)需設(shè)置的磁極對越密，霍爾元件感應(yīng)磁通量變化 而產(chǎn)生電壓信號，根據(jù)整個(gè)磁柵尺上所設(shè)置的磁極對數(shù)，每一個(gè)信號可換算成一個(gè)確定 的角位移，以原始角位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，可經(jīng)信號處理電路內(nèi)累計(jì)計(jì)算成角度增量，其后反 饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)得知設(shè)定值與旋轉(zhuǎn)量的偏差，從而對偏差量實(shí)施修正。[0025]本實(shí)用新型，其工作原理為工作臺在旋轉(zhuǎn)過程中，軸承動(dòng)圈同時(shí)同步旋轉(zhuǎn)， 因此其上的磁柵尺產(chǎn)生磁力線，霍爾元件感應(yīng)磁通量變化產(chǎn)生電壓信號，并將電壓信號 傳輸給信號處理電路，在其內(nèi)通過轉(zhuǎn)換呈角位移信號并累加，而后輸入至控制系統(tǒng)，從 而便于控制系統(tǒng)識別修正量和調(diào)整參數(shù)，達(dá)到精確控制角位移的目的。[0026]本實(shí)用新型中所述的傳感器可成對設(shè)置，分別相對設(shè)置在軸承的圓周，防止由 于加工力使得軸承滾道系統(tǒng)產(chǎn)生撓度，會(huì)影響到測量結(jié)果，因此采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的 傳感器相對安裝可有效提高測量精度。[0027]本實(shí)用新型將軸承單元和角位移測量系統(tǒng)呈整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并經(jīng)傳感器內(nèi)的信 號處理電路處理后，帶有角位移的數(shù)字信號直接反饋給控制系統(tǒng)，因此可廣泛用于量大 面廣的數(shù)控機(jī)床，也可推廣應(yīng)用于需要精密角度位移控制和測量的其它機(jī)械或器械，如 數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心轉(zhuǎn)臺、坦克炮塔、雷達(dá)旋轉(zhuǎn)臺、手術(shù)旋轉(zhuǎn)臺、電子元部件焊接轉(zhuǎn)臺等。[0028]本實(shí)用新型采用非接觸式磁性傳感器，具有對環(huán)境要求不高(灰塵、鐵屑和濕 度都要求不敏感)、非接觸的讀磁方式保證了其永不磨損的長壽命；并在內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號后輸入控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對回轉(zhuǎn)工作臺角位移精度的精確控制，其角位移 精度可以達(dá)到士3"，隨著磁柵尺上設(shè)置磁極對數(shù)的增加，精度甚至可達(dá)士 1.5"以上。
權(quán)利要求1.用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，包括軸承本體和角位移測量系統(tǒng)，所 述的軸承本體由動(dòng)圈⑴、靜圈⑵和動(dòng)圈⑴與靜圈⑵滾道內(nèi)的交叉圓錐滾子組(3)組 成，所述的角位移測量系統(tǒng)由磁柵尺G)、傳感器( 和固定架(6)組成，其特征在于 在靜圈( 下端設(shè)有一支承座(7)，固定架(6)繞動(dòng)圈(1)的外壁一周設(shè)置在支承座(7) 上，在動(dòng)圈(1)的外壁一周設(shè)有磁柵尺G)，與磁柵尺(4)相對的固定架(6)上至少設(shè)有 一個(gè)傳感器(5)，傳感器(5)與磁柵尺⑷之間的間隙為0.2mm-1.5mm。
2.如權(quán)利要求1所述的用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，其特征在于所 述的磁柵尺G)，其具有三層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層為鋼質(zhì)固定層，中間層為磁性材料層，外層為 金屬覆蓋層，所述的鋼質(zhì)固定層與軸承的動(dòng)圈(1)外徑表面相配合。
3.如權(quán)利要求2所述的用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，其特征在于所 述的磁性材料層，其具有N、S極交替設(shè)置的磁化表面。
4.如權(quán)利要求1所述的用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，其特征在于所 述的傳感器(5)，其信號輸出端與控制系統(tǒng)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，其特征在于所 述的傳感器( 包括一個(gè)集成的霍爾芯片及一個(gè)外殼，所述的霍爾芯片封裝在外殼內(nèi)， 該霍爾芯片內(nèi)集成有霍爾元件及信號處理電路。
專利摘要用于角位移測控的交叉圓錐滾子軸承單元，由動(dòng)圈、靜圈、交叉圓錐滾子組、磁柵尺、傳感器、固定架和支承座組成，固定架繞動(dòng)圈的外壁一周設(shè)置在支承座上，在動(dòng)圈的外壁上設(shè)有磁柵尺，與磁柵尺相對的固定架上至少設(shè)有一個(gè)傳感器，傳感器與磁柵尺之間的間隙為0.2mm-1.5mm。本實(shí)用新型跨越交叉圓錐滾子軸承的單純支承、旋轉(zhuǎn)理念，而形成一個(gè)全新的帶角度控制與測量的高精度回轉(zhuǎn)單元，通過在軸承動(dòng)圈上設(shè)置磁柵尺，并結(jié)合傳感器對交叉圓錐滾子軸承實(shí)時(shí)測量監(jiān)控。
文檔編號F16C19/36GK201810670SQ201020168659
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者李培培, 梅建洛, 王迪, 陳紹剛 申請人:洛陽世必愛特種軸承有限公司