角接觸球軸承軸向游動(dòng)間隙在機(jī)測(cè)量?jī)x器的研發(fā)與應(yīng)用

王曉升

摘? 要：在工業(yè)機(jī)械裝配過(guò)程中，角接觸球軸承的安裝需要對(duì)軸承的軸向游動(dòng)間隙進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的不足，提出采用在機(jī)測(cè)量技術(shù)和研發(fā)相應(yīng)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比，儀器實(shí)現(xiàn)了良好的測(cè)量效果，提升了裝配效率。

關(guān)鍵詞：角接觸球軸承;軸向游動(dòng)間隙;在機(jī)測(cè)量技術(shù);在機(jī)測(cè)量?jī)x器

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0163-02

Abstract： In the process of industrial machinery assembly， the installation of angular contact ball bearings needs to measure the axial swimming clearance of the bearings. In view of the shortcomings of the existing measurement technology， it is proposed to adopt on-machine measurement technology and research and development of corresponding measuring instruments for technical improvement and development. After experimental verification and comparison， the instrument achieves a good measurement effect and improves the assembly efficiency.

Keywords： angular contact ball bearing; axial swimming clearance; on-machine measurement technology; on-machine measuring instrument

1 技術(shù)背景

在工業(yè)機(jī)械裝配過(guò)程中，裝配人員將裝有角接觸球軸承的轉(zhuǎn)軸或心軸裝配在軸承座孔中的過(guò)程中，需要首先對(duì)軸承進(jìn)行軸向游動(dòng)間隙進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果選擇合適的墊片或青稞紙墊如軸承與軸承端蓋之間，以防止軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生軸向竄動(dòng)，影響機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)主要有感受法、塞尺測(cè)量法、專用儀器測(cè)量三種。感受法是利用人體手的感知，晃動(dòng)角接觸球軸承的內(nèi)外圈，感知其間隙值。塞尺測(cè)量法是在軸承的內(nèi)外圈游動(dòng)間隙中塞入塞尺測(cè)量游動(dòng)間隙值。專用儀器（圖1所示）是利用專用的測(cè)量?jī)x器，模擬軸承的工作狀態(tài)，測(cè)量出軸承的游動(dòng)間隙值。

2 現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的不足

角接觸球軸承的軸向游動(dòng)間隙非在機(jī)測(cè)量技術(shù)相對(duì)成熟。熟練的裝配工人能夠利用感受法快速的感知軸承的游動(dòng)間隙值并選擇合適的墊片。普通裝配工人可以利用塞尺初步測(cè)量出軸承的游動(dòng)間隙或者采用專用軸承游隙測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量以確定軸承的游隙值。感受法需要熟練的技術(shù)工人而且墊片的選取要依靠裝配人員的經(jīng)驗(yàn)。利用塞尺測(cè)量可以不精確的測(cè)量出游動(dòng)間隙，一般用在精度要求不高的場(chǎng)合。利用專用儀器測(cè)量，能準(zhǔn)確的測(cè)量出軸承在工況模擬下的游隙值，但測(cè)量成本高、測(cè)量效率低，而且模擬工況和實(shí)際工況會(huì)有一定的差別。

現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)都不能很好的測(cè)量出軸承在機(jī)械工作運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的游動(dòng)間隙，并且操作方便的技術(shù)測(cè)量不精確，測(cè)量精確的技術(shù)操作不方便。現(xiàn)有測(cè)量方法無(wú)法高效精準(zhǔn)的測(cè)量出軸承在機(jī)狀態(tài)下的軸向游動(dòng)間隙。

3 在機(jī)測(cè)量技術(shù)及配套測(cè)量?jī)x器的研發(fā)

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的不足的歸納和總結(jié)以及長(zhǎng)期裝配訓(xùn)練的操作經(jīng)驗(yàn)。提出并設(shè)計(jì)出了將角接觸球軸承裝配在軸上以及軸承座孔內(nèi)，將測(cè)量?jī)x器放置并貼緊軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)被支撐軸，使軸模擬出工作狀態(tài)，從而測(cè)量出軸承在機(jī)工作狀態(tài)下的軸承游隙值的在機(jī)測(cè)量技術(shù)。

在機(jī)測(cè)量技術(shù)的核心是測(cè)量?jī)x器的開(kāi)發(fā)和使用。測(cè)量?jī)x器應(yīng)當(dāng)滿足以下幾個(gè)條件：

（1）測(cè)量?jī)x器能夠以軸承外圈為基準(zhǔn)，測(cè)量軸承內(nèi)圈的變動(dòng)量，所以測(cè)量?jī)x器的內(nèi)外圈側(cè)頭需要分離。

（2）測(cè)量?jī)x器的外圈側(cè)頭能夠伸入到軸承座孔內(nèi)與軸承外圈接觸。

（3）測(cè)量?jī)x器的內(nèi)圈側(cè)頭能夠測(cè)量出軸承內(nèi)圈微小的軸向變動(dòng)量。

（4）測(cè)量?jī)x器測(cè)量出的結(jié)果應(yīng)當(dāng)相對(duì)穩(wěn)定，不受或輕微受到軸運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)影響。

根據(jù)以上幾點(diǎn)，經(jīng)過(guò)不斷的嘗試和研究設(shè)計(jì)出了在機(jī)測(cè)量技術(shù)相應(yīng)的在機(jī)測(cè)量?jī)x器（圖3）。

其中，軸承內(nèi)圈測(cè)量頭的作用是測(cè)量軸承的內(nèi)圈，感應(yīng)軸承內(nèi)圈的軸向變動(dòng)量并將變動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)橐泽w積變動(dòng)的形式傳遞到液壓油。密封圈用于防止液壓油的泄露。液壓油的作用是將軸承內(nèi)圈測(cè)量頭傳遞的體積變化信號(hào)傳遞到測(cè)量桿，并將信號(hào)放大的同時(shí)起到減弱機(jī)械振動(dòng)的作用。測(cè)量?jī)x器外殼是用作裝載和連接所有元件和作為測(cè)量基準(zhǔn)。測(cè)量桿的作用是將液壓油傳遞的體積變化信號(hào)放大并轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向移動(dòng)信號(hào)，便于觀察和測(cè)量。測(cè)量標(biāo)尺是用來(lái)讀取軸向游動(dòng)間隙的測(cè)量值。

在機(jī)測(cè)量?jī)x器的工作原理是：儀器讀數(shù)歸零，轉(zhuǎn)動(dòng)被支撐軸使軸承處于工作狀態(tài)，以儀器外殼3的外圈觸頭為基準(zhǔn)將儀器緊貼在被測(cè)軸承外圈上，儀器的內(nèi)圈測(cè)量頭3與軸承內(nèi)圈接觸并將其軸向游動(dòng)間隙的移動(dòng)量轉(zhuǎn)化為液壓油4的體積變動(dòng)量，然后再經(jīng)過(guò)測(cè)量桿將液壓油體積變動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿?dòng)量并放大數(shù)值。移動(dòng)量的放大數(shù)值可以根據(jù)液體在恒溫恒壓下體積不變?cè)磉M(jìn)行換算。具體換算公式如下：

式中：S1-游動(dòng)間隙變動(dòng)量;S2-測(cè)量標(biāo)尺移動(dòng)量（示值）;A1-內(nèi)圈測(cè)頭圓柱端面面積;A2-測(cè)量桿圓柱端面面積;R1-內(nèi)圈測(cè)頭圓柱端面半徑;R2-測(cè)量桿圓柱端面半徑;δ-放大比例值。

4 在機(jī)測(cè)量技術(shù)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)

由于學(xué)校裝備制造設(shè)備簡(jiǎn)陋，經(jīng)過(guò)研究和討論，實(shí)驗(yàn)利用采用潤(rùn)滑脂進(jìn)行密封，將液壓改為空壓傳遞，測(cè)量示值改為百分表示值的測(cè)量?jī)x器模型（圖4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（表1）。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，由測(cè)量模型測(cè)量出的數(shù)據(jù)基本滿足工作要求，證明在機(jī)測(cè)量技術(shù)及測(cè)量?jī)x器的可行性。但在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量桿會(huì)發(fā)生延遲現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)值偏小。產(chǎn)生延遲現(xiàn)象的原因可能是空氣具有可壓縮性不能靈敏的傳遞體積信息，并且空氣體積變化的壓力不足以克服測(cè)量桿活塞的摩擦力導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏小。

5 軸承軸向游動(dòng)間隙在機(jī)測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)及改進(jìn)方向

通過(guò)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照和測(cè)量綜合分析，角接觸球軸承軸向游動(dòng)間隙在機(jī)測(cè)量具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）能夠整體反映角接觸球軸承在工作狀態(tài)下的軸向游動(dòng)間隙。

（2）測(cè)量?jī)x器操作簡(jiǎn)單方便，儀器結(jié)構(gòu)緊湊便于攜帶和放置。

（3）測(cè)量更加高效，在機(jī)測(cè)量能夠節(jié)約裝配時(shí)間，提高裝配效率。

（4）儀器內(nèi)部的液壓油起到一定的減震作用使測(cè)量數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定準(zhǔn)確。

在實(shí)驗(yàn)中，儀器也暴露出不足之處，今后應(yīng)當(dāng)向以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）儀器的靈敏性受到儀器內(nèi)部元件的摩擦力和傳遞介質(zhì)的影響，需要良好的潤(rùn)滑和穩(wěn)定的介質(zhì)。

（2）儀器的示值放大倍數(shù)受到加工裝備的限制，應(yīng)采用更加優(yōu)良的加工工藝方法或工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)測(cè)量桿，以獲得更大、更廣的倍率值域。

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