軸承座同軸度的檢測(cè)方法與測(cè)量基準(zhǔn)的選擇

李 冰

(金羚電器有限公司，江門 529000)

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軸承座同軸度的檢測(cè)方法與測(cè)量基準(zhǔn)的選擇

李 冰

(金羚電器有限公司，江門 529000)

介紹了滾筒洗衣機(jī)外桶軸承座的同軸度檢測(cè)方法，分析了測(cè)量基準(zhǔn)與同軸度誤差的檢測(cè)方法的選擇方案，以及應(yīng)當(dāng)遵循的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，為滾筒洗衣機(jī)外桶軸承座同軸度的檢測(cè)提供了一個(gè)適用的測(cè)量方法。

軸承座；同軸度；基準(zhǔn)；檢測(cè)方法

0 引言

滾筒機(jī)軸承座是壓緊在滾筒洗衣機(jī)外桶里用于支撐內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)軸的核心部件，軸承座和桶軸是通過兩個(gè)軸承、一個(gè)密封圈和一個(gè)螺母裝配在一起，內(nèi)桶的正確安裝及其合格的工作性能與軸承座中安裝軸承和密封圈的孔的同軸度密切相關(guān)。所以在同軸度的檢測(cè)中，根據(jù)零件設(shè)計(jì)圖紙、工藝和裝配的情況，分析基準(zhǔn)的要求和特點(diǎn)，選擇和確定一個(gè)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量基準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合所使用的檢測(cè)設(shè)備選擇合適的測(cè)量方法至關(guān)重要。下面將從基準(zhǔn)和測(cè)量方法兩個(gè)方面對(duì)同軸度檢測(cè)進(jìn)行分析，以幫助檢測(cè)人員正確選擇基準(zhǔn)和測(cè)量方法。

1 基準(zhǔn)的概念

基準(zhǔn)是機(jī)械制造中用來確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線和面。它按照用途可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。

1.1 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是零件設(shè)計(jì)時(shí)作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線和面，它反映了零件的設(shè)計(jì)要求，用于保證零件的主要結(jié)構(gòu)和使用性能，并在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注。由軸承座的設(shè)計(jì)圖(圖1)可知，軸承座同軸度的基準(zhǔn)線D，是一個(gè)理想的公共軸線，圖紙上沒有明確它是由哪個(gè)(些)圓柱體現(xiàn)的。實(shí)際上在工廠的檢測(cè)中有時(shí)會(huì)碰到這種情況，給測(cè)量造成困難。針對(duì)此類問題，我們解決的方法是，首先要求設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)予以明確，同時(shí)檢測(cè)人員應(yīng)了解和分析零件的全部工藝過程，判斷和選定一個(gè)比較合理的測(cè)量基準(zhǔn)。

圖1 軸承座的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖與同軸度誤差要求

1.2 工藝基準(zhǔn)

工藝基準(zhǔn)是在零件的加工和測(cè)量過程中確定的基準(zhǔn)。包括工序基準(zhǔn)(或定位基準(zhǔn))、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，這里僅對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)做出分析。

測(cè)量基準(zhǔn)是檢測(cè)時(shí)作為基準(zhǔn)的點(diǎn)、線和面，它是零件在檢測(cè)時(shí)確定的，與零件的結(jié)構(gòu)、測(cè)量條件和測(cè)量方法有關(guān)。因此，在以下分析的幾種檢測(cè)方法中，因有不同的測(cè)量基準(zhǔn)和測(cè)量方法，所以它們所獲得的測(cè)量結(jié)果也不同。

裝配基準(zhǔn)是指零件裝配中用于確定零部件之間的相對(duì)位置的基準(zhǔn)，它直接關(guān)系零部件的工作質(zhì)量能否滿足要求。由圖1可知，同軸度是對(duì)3個(gè)圓柱A、B、C之間的位置公差的要求，從裝配效果看，圓柱A和B用于安裝軸承，圓柱C用于安裝密封圈。無疑安裝軸承的圓柱A和B的同軸度是影響內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)的主要因素，而圓柱C僅僅影響到桶軸的密封效果。所以由圓柱A、B的公共軸線形成了裝配基準(zhǔn)。

1.3 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則

按照機(jī)械零件加工的基準(zhǔn)選擇原則，應(yīng)使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)盡量一致，以保證零件符合質(zhì)量要求。由以上1.1分析，軸承座同軸度的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是一條理想的公共軸線，如何保證測(cè)量基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，測(cè)量基準(zhǔn)軸線如何體現(xiàn)？具體分析如下。

2 同軸度誤差的幾種檢測(cè)方法

2.1 單孔基準(zhǔn)法

單孔基準(zhǔn)法就是指定一個(gè)圓柱面作為測(cè)量基準(zhǔn)的測(cè)量方法。這個(gè)圓柱面的長(zhǎng)度應(yīng)該比其他圓柱面長(zhǎng)度長(zhǎng)若干倍，且精度也是最高的。

圖2 軸承座的測(cè)量截面

實(shí)測(cè)方法：按圖2所示分別測(cè)量軸承座的3個(gè)圓柱A、B、C的3個(gè)截面圓，以圓柱A(A、B圓柱精度最高)為基準(zhǔn)，使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)DIMS軟件計(jì)算被測(cè)圓柱B和C的同軸度誤差值f。檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 軸承座同軸度誤差f檢測(cè)結(jié)果 單位：mm

結(jié)果分析：由于圓柱A與B相距較遠(yuǎn)(大于70mm)，無論是以圓柱A還是圓柱B為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)軸線的測(cè)量誤差都會(huì)沿著測(cè)量軸線被傳遞并放大給被測(cè)元素，即被測(cè)圓柱的同軸度誤差中已經(jīng)存在著一個(gè)粗大誤差，因此在基準(zhǔn)圓柱較短并且與被測(cè)圓柱相距較遠(yuǎn)時(shí)，用單孔基準(zhǔn)法會(huì)帶來較大的測(cè)量誤差。

2.2 最小包容區(qū)域法

它是以基準(zhǔn)軸線為軸線包容被測(cè)圓柱上各截面圓心的最小包容圓柱的直徑來評(píng)定誤差的方法。在此圓柱A、B、C的同軸度也是它們的被測(cè)截面圓圓心形成的空間直線的直線度。

實(shí)測(cè)方法： 因?yàn)?個(gè)被測(cè)圓柱的軸向厚度約10mm，軸承座總長(zhǎng)度約95mm，為了減少測(cè)量誤差，我們?cè)谳S承座圓柱A、B、C的輪廓上只測(cè)量一個(gè)截面圓(圖2)。通過DIMS軟件將3個(gè)截面圓心最佳擬合構(gòu)造一條空間的3D直線，獲得該直線在任意方向上的直線度Φf，即同軸度誤差值f=Φf。實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。

結(jié)果分析：此法是按同軸度定義評(píng)定的一種方法，評(píng)定結(jié)果應(yīng)是最準(zhǔn)確的。

2.3 最小二乘法

它是使被測(cè)圓柱每個(gè)圓心到基準(zhǔn)軸線距離的平方和為最小時(shí)，以最小包容圓柱面的直徑來評(píng)定誤差的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，按照測(cè)得點(diǎn)到基準(zhǔn)軸線距離的最大值的兩倍獲取同軸度的數(shù)值。

實(shí)測(cè)方法： 按圖2所示分別在圓柱A、B、C的輪廓面上測(cè)得一個(gè)截面圓，由DIMS軟件將3個(gè)截面圓的圓心最佳擬合構(gòu)造出一條3D直線，作為測(cè)量基準(zhǔn)軸線。然后計(jì)算各個(gè)截面圓心到基準(zhǔn)軸線的距離d，選取其中最大值dmax的兩倍數(shù)值作為所求的同軸度誤差值f。實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。

結(jié)果分析：這種評(píng)定方法的結(jié)果與最小包容區(qū)域法相近，但與同軸度定義有一定的差異。由于它的軟件編制比較簡(jiǎn)單，形位誤差多用此種軟件評(píng)定。

2.4 兩端點(diǎn)連線法

它是以被測(cè)得點(diǎn)的兩端點(diǎn)連線作為基準(zhǔn)軸線的評(píng)定方法。根據(jù)“1.2 工藝基準(zhǔn)”分析，被測(cè)件軸承座安裝軸承的兩個(gè)孔(A和B)的精度要求最高，因此以A、B圓柱上測(cè)得點(diǎn)為兩端點(diǎn)的連線作為測(cè)量基準(zhǔn)來評(píng)定比較合理。

實(shí)測(cè)方法：采用在“2.2最小包容區(qū)域法”檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)(表2)，以A、B圓柱上兩個(gè)截面圓心OA和OB兩點(diǎn)連線作為基準(zhǔn)軸線，計(jì)算C圓柱上圓心OC到基準(zhǔn)軸線的距離d，同軸度的誤差值f=d。用作圖法計(jì)算，步驟如下：

表2 用最小包容區(qū)域法檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)

1)根據(jù)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值繪制OA、OB、OC3點(diǎn)(為了繪圖和計(jì)算方便，用A、B和C標(biāo)識(shí))在XOY平面上的示意圖(圖3)，ABD是基準(zhǔn)軸線，CD是C點(diǎn)到AB的距離。CD=DE-CE，CE=0.024，DE=(76.007+10.184)×0.028/76.007=0.0318，CD=0.0318-0.024=0.0078。

圖3 XOY平面上的示意圖

2)根據(jù)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值繪制OA、OB、OC3點(diǎn)在YOZ平面上示意圖(圖4)，ABD是基準(zhǔn)軸線，CD是C點(diǎn)到AB的距離。CD=DE-CE，CE=0.148，DE=(76.007+10.184)×0.134/76.007=0.152，CD=0.152-0.148=0.004。

圖4 YOZ平面上的示意圖

結(jié)果分析：這種評(píng)定方法的結(jié)果與最小包容區(qū)域法一致，同時(shí)也驗(yàn)證了所使用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)試軟件對(duì)同軸度誤差的計(jì)算符合最小包容區(qū)域法。

3 結(jié)語

通過以上針對(duì)軸承座同軸度的四種檢測(cè)方法的應(yīng)用和結(jié)果分析可知，最小包容區(qū)域法、最小二乘法和兩端點(diǎn)連線法都是軸承座同軸度適用的檢測(cè)方法，但是，由于最小包容區(qū)域法評(píng)定的結(jié)果符合最小條件，測(cè)得值小于其他評(píng)定方法，因此，當(dāng)必須嚴(yán)格確定誤差值的大小，或?qū)υu(píng)定結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)，必須按最小包容區(qū)域進(jìn)行評(píng)定或仲裁評(píng)定。另外在機(jī)械零件的形位公差測(cè)量時(shí)，還要清楚其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是合理的前提下)和工藝基準(zhǔn)，遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，選擇合適的測(cè)量基準(zhǔn)，從而提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

實(shí)際上三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)并不一定是測(cè)量同軸度最好的方法，可編程的圓度儀可能測(cè)量效率更高。也可以設(shè)計(jì)一種專用檢具，以兩軸承孔定位一芯軸，在芯軸上安裝指示表，轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸一周，指示表的示值變化量即為同軸度。對(duì)于大批量生產(chǎn)也可以設(shè)計(jì)一種在線自動(dòng)測(cè)量工位，一旋轉(zhuǎn)芯軸上安裝三個(gè)位移傳感器，旋轉(zhuǎn)一周通過數(shù)據(jù)處理即可獲得同軸度。這種方法在許多零件(如發(fā)動(dòng)機(jī))檢測(cè)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

[1] 張青，李柱.空間直線度誤差評(píng)定的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法.計(jì)量技術(shù)，1998(1)：9-12

[2] 張成悌.空間直線度的評(píng)定與數(shù)據(jù)處理.實(shí)用測(cè)試技術(shù)，1997,No.3，May：6-9

[3] 張成悌.空間直線度最小區(qū)域評(píng)定法及其特點(diǎn).實(shí)用測(cè)試技術(shù)，1999,No.6，Nov.：18-22

[4] 張秉森，魏瑋平.用圓度儀測(cè)量同軸度誤差.計(jì)量技術(shù)，1991(9)：16-17

[5] 《計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)》編輯委員會(huì)，《計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)》第2卷 幾何量：第8章 形狀和位置誤差測(cè)量:476-560

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.14