哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
近年来，为解决航空发动机中高速轻载工况下轴承运行时打滑损伤的问题，
科研人员们采用了三瓣波滚道的圆柱滚子轴承来进行处理。其中滚道轮廓是影
响其防打滑能力的重要因素，并用滚道轴承的高低点径向相互差参数来对轮廓
进行评判。因此需要采用可靠的手段对其进行准确测量来验证生产出的三瓣波
轴承是否合格。目前对于轮廓的测量主要还是采用传统的人工检测，其精度无
法保证，并容易划伤零件表面造成损伤。因此针对上述问题，构建了一种非接
触式的测量系统，来实现高精度的三瓣波滚道轮廓测量，进行以下研究。
1
（）对三瓣波滚道测量模型进行研究。根据设计参数，分析了三瓣波滚道
结构，对三瓣波轮廓给出了以最小二乘圆为基准的高低点径向相互差评定方法，
从而构建三瓣波轮廓测量模型，将期望的轮廓测量误差传递给测距误差，方便
后续测量方案的提出。依据上述模型提出以低相干光测距探头固定，工件随旋
转台转动测量的测量方案，并根据相关参量构建三瓣波滚道非接触测距模型，
依照测距模型构建精度模型，为系统硬件的选择装配提供理论依据。
2
（）对采集到的轮廓数据进行处理评定方法研究。对一标准环规进行测量
标定，来实现探头位置相关参量的最佳估计。而对于最优化的迭代过程，采用
了多组优化算法从收敛速度与目标函数值进行评价，最后选取有效集最优化算
法来进行拟合处理。根据前文建立的非接触测量模型，来推导采集数据与三瓣
波轮廓之间的坐标转换关系，并以三瓣波滚道标准曲线进行拟合绘制，得到拟
合轮廓。采用研究内容一里提到的高低点径向相互差评定方法对轮廓进行评定，
来完成实验所需的数据处理。
3
（）对系统硬件进行选型装配与精度验证。根据预期的测距精度要求与三
瓣波滚道工件尺寸，选择低相干光干涉探头进行非接触测量，并选择合适的旋
转台与位移台进行装配分析。最后根据装配关系进行精度分析，将相关的硬件
误差代入精度方程进行系统测距精度计算，来验证测量系统设计符合预期。
470mm
（）对搭建好的系统进行三瓣波滚道测量验证。通过对一内径，精
度为1.0μm的标准环规进行标定，得到探头位置相关参量的最佳估计值。对三
瓣波滚道进行多次旋转测量，取其高低点径向相互差平均值作为最终测量结果，
为0.12mm，符合三瓣波滚道设计值。并对高低点径向相互差测量进行不确定
度分析，得出该轮廓测量扩展不确定度为4.8μm，在三瓣波滚道轮廓公差带1/10
范围内，表明本文设计的测量方案有效。
关键词：三瓣波轮廓；非接触测量；三瓣波轮廓数据评定；不确定度分析
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Inrecentyears,inordertosolvetheproblemofskiddingdamageofbearingsrunning
undermedium-highspeedandlightloadconditionsofaero-engines,researchershave
adoptedcylindricalrollerbearingswithtrilobewaveracewayforprocessing.The
racewayprofileisanimportantfactoraffectingitsanti-skidabilityandtheradial
displacementdifferenceparameteroftheracewaybearingisusedtoevaluateit.Therefore,
itisnecessarytoadoptreliablemeansforaccuratemeasurementtoverifywhe