基于滾動軸承徑向游隙測量的研究

王慶凱

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學院理工學院，甘肅 蘭州 730000）

1 滾動軸承徑向游隙簡介

滾動軸承作為礦山機械及重工業(yè)裝備中必不可少的基礎組成部件，礦山工程是其應用范圍最多的領域之一。約30%的礦山機械故障都是由于滾動軸承損壞而引發(fā)的，為了進一步降低故障頻率，礦山機械對滾動軸承提出了更加嚴苛的要求。在實際應用當中，游隙作為滾動軸承的重要參數(shù)，為確保滾動軸承性能的可靠性，就必須保證游隙能夠達到國家要求標準，安裝滾動軸承之前，內(nèi)圈與軸之間如果沒有游隙亦或游隙不在標準的數(shù)值范圍內(nèi)，外圈與軸承座及內(nèi)圈與軸之間的過盈配合則會出現(xiàn)負游隙的產(chǎn)生，軸承旋轉(zhuǎn)過程中，滾動器件件受熱膨脹后亦會縮減游隙間距，在該工況下軸承內(nèi)部元件會受較高的額外負荷，同時隨摩擦力的增大軸承會產(chǎn)生高溫，若不注意日常維護、保養(yǎng)，軸承必然會過早出現(xiàn)咬沾、損壞等問題，游隙過大則會在軸承旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生額外的噪音及振動，進而會致使軸承內(nèi)部負荷嚴重不勻而提早損壞。本文在國家有載荷測量方法的原理基礎上基本，設計了一種精度高、操作方法簡便且更容易廣泛應用范圍的滾動軸承徑向游隙測量裝置。通過對不同游隙類別的滾動軸承的徑向游隙數(shù)值發(fā)現(xiàn)測量值與制造商提供的軸承游隙數(shù)值范圍的對應表基本一致，已達到國家要求標準，這則驗證了實驗滾動軸承徑向游隙裝置的可靠性、合理性以及測量值的準確性。

（1）軸承游隙。軸承游隙指的是軸承內(nèi)圈及外圈的相對位移量，此位移量即徑向游隙，而軸向位移量則被稱之為軸向游隙。若要調(diào)整軸承的軸向游隙，則可選用合適的軸向配置調(diào)整軸向游隙，所以，調(diào)整軸承游隙時，僅需校核軸承的徑向游隙值。GB/T4604《滾動軸承的徑向游隙》指出，滾動軸承的徑向游隙是基于軸承的結(jié)構類型，規(guī)定了各種不同組別的游隙值，基本游隙組可滿足不同場合的軸承的使用要求，但并非適用于所有情況。

滾動軸承徑向游隙的概念是指在軸承單個套圈固定的情況下，另一個套圈沿垂直于軸承軸線的方向從一個極限位置旋轉(zhuǎn)至另一個極限位置所出現(xiàn)的位移數(shù)值量。軸承游隙的位移量對軸承的旋轉(zhuǎn)精度及其動態(tài)性能以及承載能力均有著較大影響，所以，選擇軸承時，就需根據(jù)其使用范圍、使用條件，科學控制游隙值，若游隙過大，裝備就會大幅振動而產(chǎn)生較大噪音，若游隙過小，滾動軸承急劇升溫，滾動元件就易出現(xiàn)咬沾、損壞等問題。

（2）軸承徑向游隙的選用原則。當軸承的工作游隙為較小負值時，軸承使用年限越長，但隨著游隙位移量的減小，軸承的使用年限就會隨之縮減。裝備運行過程中，因受各方面因素的影響，若要確保軸承在極小負值游隙極其困難，因此，軸承旋轉(zhuǎn)過程中，必須保證其游隙稍大于0，但在企業(yè)對軸系的對中性及噪聲音量大小提出嚴格要求時，就需選用相對小的游隙組，但在軸系振動較大或者撓曲度過大時，就需選用較大游隙組。

2 傳統(tǒng)測量方法

測量滾動軸承的徑向游隙時，在外圈固定不動的情況下，就需移動內(nèi)圈的測量位移量，傳統(tǒng)的滾動軸承徑向游隙測量多選用的是塞尺法。

2.1 塞尺使用方法及注意事項

（1）塞尺。塞尺又被稱之為厚薄規(guī)，其是由一組重疊且松鉚的不同厚度的薄鋼片組成，且每片都刻有自身的厚度值，若要檢測被測尺寸是否達到要求精度，即可使用通止法，也可通過塞尺與被測軸承表面配合的松緊程度判斷其尺寸。

（2）使用方法。①測量之前需使用干凈的布擦拭塞尺及測量表面。②測量滾動軸承徑向游隙時，選擇合適厚度的塞尺，然后將其插入待測間隙中，一邊調(diào)整位置一邊拉動塞尺，拉動過程中，若阻力過大，則表明游隙值小于塞尺上標注的數(shù)值，若阻力過小，則表明游隙值大于塞尺上標注的數(shù)值，直至感覺到有輕微阻力時，方可擰緊螺母，此時塞尺所標注的數(shù)值則表示測量游隙值。③當塞尺的厚度無法滿足測量要求時，可同時將3～4片薄鋼片組合于一起進行測量，若薄鋼片的數(shù)量超過3片，就需加修正值，通常情況下，每增加一個薄鋼片修正值就需加0.01。

2.2 具體的測量步驟

①測量之前，需先清潔塞尺及軸承的測量面，直至滾動軸承上油質(zhì)、防銹劑被清理干凈為止，才可進行測量，以防殘留污漬影響測量值。②測量過程中，需使用塞尺檢查滾動軸承的最大載荷位置，以確保滾動元件與外圈（內(nèi)圈）之間的游隙角度可達180°，若塞尺無法塞進被測面，就需選用更薄的塞尺，若塞尺可輕松塞入被測面，則需選擇鋼片較厚的塞尺。③重復步驟②，直至選出最佳的可塞入和不可塞入兩個尺寸，測量的游隙位移量則在兩片塞尺的厚度值之間，此時，測量結(jié)果則可選用這兩個塞尺厚度的平均值。④多做幾組實驗，取測量結(jié)果的平均值作為最終測量結(jié)果。

3 滾動軸承徑向游隙測量原理

國家標準規(guī)定的滾動軸承徑向游隙測量主要有專用的儀器測量和簡易測量2中方法，其中專用量儀測量法又分為空載儀器測量法及載荷儀器測量法等2種方法。無載荷儀器測量法要求進行動態(tài)測量，操作難度大且測量結(jié)果誤差較大，為確保測量精度，本文選用的是有載荷儀器測量法的基本原理。

4 測量裝置的設計

圖1 測量滾動軸承的結(jié)構示意圖

本文測量滾動軸承的外圈外位移量時選用的則是非接觸電渦流位移振動傳感器，此過程中，渦流傳感器需提供直流穩(wěn)壓電源供電，使用電壓表測量傳感器的輸出電壓數(shù)值，支點位置在杠桿的中心位置時，強力磁鐵位于載荷2與杠桿支點的中心部位。具體測量步驟如下：①當載荷1作用于杠桿時，載荷2不發(fā)揮作用的情況下，根據(jù)杠桿的作用原理，此時軸向外圈將會受到垂直方向載荷1兩倍的載荷，當軸承外圈向上移動時，就需記錄位移量；②在載荷1不發(fā)揮作用的情況下，當載荷2作用于杠桿時，在桿桿作用及強力磁鐵的作用下，此時軸向外圈將會受到垂直方向載荷2兩倍的載荷，當軸承外圈向下移動時，就需記錄位移量；③將前后2次所測得的位移數(shù)值類加可計算出軸承的某一個位置的徑向游隙值將軸承外圈沿順時針方向大概轉(zhuǎn)動60°，重復1、2、3步測量滾動軸承其他部位的徑向游隙值，對軸承外圈的其余6個部位進行大致測量得出數(shù)值，計算其平均值則為滾動軸承的徑向游隙值。

5 測量裝置實驗驗證

文中測量滾動軸承徑向游隙選用的對象為某公司生產(chǎn)6204/C0與6204/C3兩種游隙組別的深溝球軸承，6204深溝球軸承的基本參數(shù)如表1所示。

表1 6204深溝球軸承的基本參數(shù)

實驗過程中，需分2次裝配每一個軸承，裝配軸承的過程中，需選用每一個軸承外圈上分布均勻的6個點位測量其游隙值，因為本文選用的是有載荷儀器測量法，當測量載荷達到40N時，此軸承的游隙值則會增加5μm，測試值減去載荷作用下游隙的增加量方可計算出軸承游隙的實際值。表2將詳細列示第1次、第2次以及2次裝配游隙測量均值差及均值、2次裝配游隙測量誤差占均值比例、減去載荷下游隙測量增加量后的游隙值。實驗發(fā)現(xiàn)，所有被測軸承的徑向游隙測量值均在國家標準要求范圍內(nèi)，這則表明設計實驗裝置具有較高可靠性且設計合理。

表2 軸承游隙測試結(jié)果

6 結(jié)語

本文根據(jù)國家標準中的有載荷測量方法的基本原理，設計了一種新型的滾動軸承徑向游游隙測量裝置，并根據(jù)設計要求搭建了實驗平臺。通過比對國際標準中上述兩個組別6204深溝球滾動軸承的游隙值與徑向游隙測量值發(fā)現(xiàn)，徑向游隙測量值均可達到國家標準規(guī)定要求，這則表明所設計的滾動軸承徑向游隙測量裝置相對較為合理，可靠度高。加之本文所設計的滾動軸承徑向游隙測量裝置結(jié)構簡單，操作方便且滾動軸承的測試范圍較大，可在特定精度范圍內(nèi)快速測量滾動軸承的徑向游隙，這則可大幅提升測量精度，確保測量數(shù)值的可靠性。