雙列角接觸球軸承套圈溝心距的檢測(cè)方法

張林，張亭亭，王玉飛

（1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng)471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039）

軸承內(nèi)、外圈的溝位置是軸承加工的重要指標(biāo)，需進(jìn)行嚴(yán)格控制，特別是對(duì)于角接觸類軸承，如果套圈的溝位置控制不當(dāng)，將直接影響接觸角和裝配游隙［1］，最終影響成品軸承的凸出量及安裝時(shí)的加載預(yù)緊，導(dǎo)致成對(duì)使用性能大打折扣，甚至無法使用。而對(duì)于內(nèi)、外圈均為雙列結(jié)構(gòu)的球軸承，其溝心距的控制需要更加精確，以保證成品軸承的各項(xiàng)指標(biāo)符合圖紙要求，滿足實(shí)際的工況條件。

1 常見類型

根據(jù)使用條件及圖紙要求，對(duì)雙列球軸承溝位置的要求大致分為2種，如圖1所示。

圖1 雙溝類球軸承的內(nèi)、外圈Fig.1 Double row ball bearing inner and outer ring

圖1a中，軸承包含1個(gè)外圈和2個(gè)內(nèi)圈，外圈溝位置分別以2個(gè)端面為基準(zhǔn)，對(duì)溝心距的尺寸及公差并無要求。溝位置的檢測(cè)方法與常規(guī)單列球軸承相同，從最早的位置樣板檢測(cè)，通過光隙法判定溝位置是否符合工藝要求，逐漸發(fā)展到使用專用儀器檢測(cè)溝位置，使得對(duì)溝位置的控制更加精確。對(duì)于角接觸類軸承零件的檢測(cè)，常規(guī)的軸承檢測(cè)儀器存在一些不足，一些技術(shù)人員對(duì)角接觸類軸承溝位置儀器和附件進(jìn)行了改進(jìn)［2-3］，使檢測(cè)方法更加合理，檢測(cè)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

與圖1a不同，圖1b中軸承內(nèi)、外圈的溝道均為雙列形式，如果對(duì)溝心距無要求，只是像圖1a一樣控制溝位置，軸承裝配時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題。該結(jié)構(gòu)軸承一般以一個(gè)端面作為基準(zhǔn)面，控制一個(gè)溝位置和溝心距，從而在裝配的過程中保證內(nèi)、外圈的2個(gè)溝道中心線重合，確保裝配順利進(jìn)行。因此，內(nèi)、外圈溝心距尺寸的統(tǒng)一性尤為重要，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制。

目前，常規(guī)的軸承檢測(cè)儀器無法測(cè)量雙列溝道的溝心距，因此分析了3種溝心距測(cè)量方法，從檢測(cè)精度、操作難易程度上進(jìn)行了對(duì)比，為雙溝類軸承零件溝心距的檢測(cè)提供一些參考。

2 溝心距檢測(cè)方法

2.1 間接計(jì)算

文獻(xiàn)［4］通過對(duì)套圈高度和溝位置的控制，采用間接計(jì)算的方法保證了溝心距的要求。如圖2所示，分別測(cè)量軸承外圈的溝位置數(shù)據(jù)H1和H2，以及外圈總高度H，則溝心距H3＝H-H1-H2。

圖2 高度及溝位置Fig.2 Height and groove position

該方法以計(jì)算為主，通過套圈高度和2個(gè)溝位置尺寸保證溝心距的尺寸及公差，計(jì)算精確。但對(duì)于批量加工的零件，溝心距會(huì)因?yàn)楦髁慵叨鹊牟煌蜏衔恢玫牟町惗鴮?dǎo)致數(shù)值超差。另外，由于加工過程中要保證溝心距，對(duì)零件整批高度和溝位置這2道工序的要求更加嚴(yán)格，增加了磨加工工序的難度，大大降低了加工效率；而且，由于高度和溝位置測(cè)量均存在誤差，計(jì)算溝心距時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤差疊加，計(jì)算結(jié)果的誤差較大。

2.2 影像儀

三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x價(jià)格昂貴，一般用于實(shí)驗(yàn)室或計(jì)量室，加工制造車間很少配備，較多采用價(jià)格便宜的影像式測(cè)量?jī)x。影像儀基于光學(xué)投影的原理，將待測(cè)量軸承外圈采用線切割的方式沿直徑方向切開，將切開后的零件放置于測(cè)量平臺(tái)上，使用影像儀自帶軟件的自動(dòng)捕捉圓心功能，找出兩溝R的圓心，并測(cè)量圓心距，即可得到溝心距的數(shù)值。

影像儀能夠直接對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量，誤差小于5μm，測(cè)量精度較高，測(cè)量方法簡(jiǎn)單。但其通過影像投影出零件的輪廓及形狀，對(duì)于軸承外圈溝道輪廓，因受擋邊影響無法直接測(cè)量，只能將其剖分后才能進(jìn)行投影、測(cè)量，即在工序過程中的檢測(cè)需要破壞零件；另外，該儀器受操作人員的操作技能影響很大，不同操作人員或使用不同倍率的物鏡，對(duì)零件形狀的清晰度判斷標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有差異，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在一定誤差。

2.3 輪廓儀

采用某型輪廓儀檢測(cè)溝心距的步驟如下：

1）以軸承外圈為例，將加工后的零件放置于檢測(cè)平臺(tái)，使用輪廓儀檢測(cè)其2個(gè)溝道，檢測(cè)后的溝道輪廓如圖3所示；2）截取圖形中的圓弧，點(diǎn)擊測(cè)量軟件中的輪廓形狀選項(xiàng)，顯示出檢測(cè)數(shù)據(jù)即溝心距數(shù)值，如圖4所示。

圖3 軸承溝道圖形Fig.3 Bearing groove graph

圖4 溝心距測(cè)量數(shù)據(jù)Fig.4 Measuring data of groove center

輪廓儀屬于高精密儀器，標(biāo)稱誤差小于1μm，能夠直接對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量，不破壞零件，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高；且整個(gè)檢測(cè)過程基本消除了人為因素的影響，檢測(cè)人員的更換或者對(duì)同一零件反復(fù)測(cè)量都不會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果。

2.4 實(shí)例驗(yàn)證

以實(shí)際加工的3206X2ATN／HEP5YA1軸承外圈為例，圖紙對(duì)其尺寸及溝位置的要求如下：外徑D＝62 mm，內(nèi)徑 d＝46.7 mm，高度 H＝19 mm，H1＝5.62 mm，溝心距 H3＝（7.76±0.005）mm。

隨機(jī)抽取加工中的零件，分別采用上述3種方法測(cè)量，結(jié)果如下：1）間接測(cè)量得到H1＝5.62 mm，H2＝5.62mm，H＝18.99mm，計(jì)算得H3＝7.75 mm；2）影像儀的測(cè)量結(jié)果為7.763 mm；3）輪廓儀顯示的測(cè)量數(shù)據(jù)為7.760 6 mm。

3 檢測(cè)方法分析

通過對(duì)3種檢測(cè)方法的對(duì)比分析，可知：

1）計(jì)算法在實(shí)際的測(cè)量過程中累積誤差多，并且對(duì)加工工序的質(zhì)量要求高，溝心距不容易保證，加工過程中的質(zhì)量不易控制。

2）影像儀可直接對(duì)零件進(jìn)行溝心距測(cè)量，加工過程中的質(zhì)量可控，但由于其原理制約而存在一定的測(cè)量限制，且受人為因素的影響較大。

3）輪廓儀檢測(cè)精度高，檢測(cè)過程基本消除了檢測(cè)人員的因素影響，檢測(cè)結(jié)果更接近真值。