鐵路車輛軸承內(nèi)徑塞規(guī)式測量系統(tǒng)

陸蔚，商曉燕

(1.北京伊斯來福機電設(shè)備有限公司，北京 100025；2.瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300 )

目前對于孔徑280 mm以下尺寸段的軸承，大多數(shù)軸承生產(chǎn)企業(yè)均采用手工測量，測量時儀器固定，人工搬動零件進行測量，大大增加了工人的勞動強度。在各鐵路車輛段的軸承檢修時，由于成套軸承質(zhì)量大，采用的是內(nèi)徑調(diào)心機找最大點的方法測量成套軸承的內(nèi)徑尺寸，存在隨機誤差大，測量一致性差、測量效率低的情況。而手持BMD塞規(guī)式測量系統(tǒng)可很好地解決鐵路軸承內(nèi)徑檢測存在的上述問題。

1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

測量系統(tǒng)(圖1)采用積木式結(jié)構(gòu)，可任意與各個尺寸段的測頭搭建，完成不同尺寸段的孔徑測量。具有操作簡單、結(jié)構(gòu)牢固、成套量具小巧、手持方便等特點。一次測量不僅能精確地測量孔徑，還可以完成孔的圓度、錐度以及孔的素線形狀等的測量。測量值不受人為因素影響，一致性好，使用壽命長且精度高。

1—指針表；2—手柄；3—測針；4—導(dǎo)向圓柱體；5—測頭；6—測點；7—零件

以內(nèi)徑130 mm為例，測量系統(tǒng)量具總質(zhì)量小于0.5 kg，塞規(guī)頭特別適用于大批量生產(chǎn)中的測量。

1.1 測頭

BMD測頭如圖2、圖3所示，特有的導(dǎo)向圓柱體設(shè)計，導(dǎo)向體與孔徑合理的間隙設(shè)計保證了測量結(jié)果的可靠性，測頭的漲簧設(shè)計提供了測力恒定的條件并解決了孔徑測量的對中難題，保證了每次測量對準(zhǔn)中心。測量過程不需要找拐點，最大限度地減少了人為因素對測量結(jié)果的影響。

圖2 帶有導(dǎo)向圓錐的BMD塞規(guī)式測頭

圖3 測量圓錐孔的BMD塞規(guī)式測頭

BMD測頭可以安裝在自動測量設(shè)備上進行自動測量，測頭進入孔中后可以利用導(dǎo)向圓柱體和漲簧自動定中心，為解決測頭置入軸承內(nèi)圈時的對準(zhǔn)困難，設(shè)計了可與測頭連接的浮動夾頭(圖4)。浮動夾頭與測頭配合，固定在夾具中使用，浮動夾頭的目的是補償自動測量時測頭相對被測件孔的位置誤差及測頭與內(nèi)徑孔軸線間的角度誤差。浮動夾頭上的調(diào)整螺母可調(diào)整測頭的浮動量(±0.5 mm可調(diào)，若浮動范圍過大會導(dǎo)致測頭的前端與軸承倒角端面相撞)，保證裝在自動測量機上的BMD測頭平滑穩(wěn)定地進入被測孔，并利用測頭的漲簧自定心作用在孔徑的絕對中心完成測量，確保測量精度。

圖4 浮動夾頭

1.2 導(dǎo)向圓柱

導(dǎo)向圓柱可使測頭測點位于孔徑的軸向和徑向中心，研磨出有錐度的測針以1∶1的比例將測點的測量行程傳遞給夾緊在手柄上的顯示表。

1.3 隔熱手柄

隔熱手柄可有效防止溫度傳遞產(chǎn)生的誤差，保持良好的溫度穩(wěn)定性，避免溫度波動使被測件溫度變化引起測量誤差。

1.4 可旋轉(zhuǎn)附件

加有旋轉(zhuǎn)附件的隔熱手柄可使BMD測頭在工件中360°旋轉(zhuǎn),而顯示表保持不動，方便讀數(shù)。配置這種手柄是測量圓度及棱面度誤差的理想選擇。

2 測量方法及校準(zhǔn)

該測量系統(tǒng)采用比較測量方式，手持量儀插入校對環(huán)規(guī)，根據(jù)環(huán)規(guī)的實際尺寸設(shè)置顯示值或?qū)@示值設(shè)置為零，校對環(huán)規(guī)的尺寸應(yīng)與孔的最小尺寸相同，這樣可以確保在校準(zhǔn)過程中極大地減小軸向和徑向誤差。歸零位后手持量儀可直接插入被測零件孔中，測量孔的直徑，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)附件360°，可測量孔徑尺寸及圓度，手持量儀沿孔軸向移動可測量錐度及孔的素線形狀誤差。

線性誤差：量儀在測量范圍內(nèi)采用兩個校對規(guī)進行檢測，使用最小下偏差調(diào)零，然后用上偏差環(huán)規(guī)進行比對，整個行程內(nèi)偏差不得超過1%。

重復(fù)性誤差：在名義尺寸相對應(yīng)的校對環(huán)規(guī)中進行10次檢測，偏差不超過1 μm。

3 誤差分析

3.1 測頭與工件內(nèi)徑差引起測量誤差ΔB

由圖5可以看出

式中：R為工件半徑，mm；r為BMD測頭導(dǎo)向體半徑，mm。

由圖5可知，R=r+ΔA,則

式中：ΔA為工件中心與測頭中心的偏移量，mm。

圖5 測量截面示意圖

3.2 傾斜引起的測量誤差Δα

如圖6所示，

Δα=(1-cosα)d，

式中：α為傾斜角，(°)；d為被測件公稱內(nèi)徑，mm。圖6中d′為被測件實測內(nèi)徑。

圖6 測頭傾斜測量示意圖

3.3 千分表指示誤差Δ1

根據(jù)國家計量檢定規(guī)程，測量范圍0～10 mm的千分表示值誤差不大于14 μm。

3.4 隨機誤差Δ2

其他諸多隨機誤差(如標(biāo)準(zhǔn)件誤差、校準(zhǔn)誤差等)引起的誤差小于1 μm。

3.5 總測量誤差Δs

4 結(jié)束語

該測量系統(tǒng)解決了鐵路機車軸承、客車軸承 、軋機軸承等質(zhì)量及外形尺寸較大、搬動不方便的高精度軸承的內(nèi)徑檢測。其測量原理完全符合滾動軸承內(nèi)徑測量國家標(biāo)準(zhǔn)。檢測系統(tǒng)還可通過更換測頭完成內(nèi)徑錐孔的測量。把顯示系統(tǒng)更換成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)在量儀上編程設(shè)定公差，測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸，安全性高，分辨率可達到1 μm。