地鐵車輛用QJ型四點接觸球軸承軸向游隙測量方法

張福有，車世紅，張宗峰

(中車大連機車研究所有限公司，遼寧 大連 116085)

四點接觸球軸承是一種角接觸球軸承，其內(nèi)、外圈溝道為桃形截面，當只有純軸向載荷作用時鋼球與套圈之間為兩點接觸，可承受雙向的軸向載荷。四點接觸球軸承還可以承受力矩載荷，兼有單列角接觸球軸承和雙列角接觸球軸承的功能。QJ型四點接觸球軸承廣泛應用于地鐵車輛的齒輪箱中，軸承的軸向游隙影響著地鐵車輛牽引部件的性能，其測量方法十分重要。

1 現(xiàn)有軸向游隙測量方法

關(guān)于四點接觸球軸承軸向游隙測量的標準有GB/T 32323—2015《滾動軸承 四點接觸球軸承軸向游隙的測量方法》，JB/T 8924—2010《滾動軸承 鐵路機車用軸承》等，這些標準規(guī)定的軸向游隙測量方法有儀器測量法和簡易測量法，其在實際應用中均存在一些測量準確性問題。

GB/T 32323規(guī)定了儀器測量法和簡易測量法。儀器測量法一般采用X190系列軸向游隙測量儀，固定軸承外圈并對內(nèi)圈進行正反2個軸向的加載進行測量。這種測量方法簡便實用，但對于機車軸承而言，儀器的系統(tǒng)誤差相對較大(比如X195A的系統(tǒng)誤差約±0.008 mm)，測量準確度不高。簡易測量方法[1]如圖1a所示，將外圈一端面支在3個均布、等高的固定支點或一支承柱體上,將壓板置于上半內(nèi)圈的端面上并將指示儀置于壓板中心，外圈保持不動，通過壓板向下施力,使上半內(nèi)圈向下至極限位置，記下指示儀讀數(shù)后松開；用手將下半內(nèi)圈向上抬起至另一極限位置，記下指示儀讀數(shù)后松開；然后將軸承雙半內(nèi)圈分別旋轉(zhuǎn)60°，120°，重復測量并記下讀數(shù)，3次測值的算術(shù)平均值即軸承的軸向游隙測量值。這種方法更為簡便，但存在測量人員的手動施力導致測量誤差的問題。

JB/T 8924規(guī)定了簡易測量方法[2]，如圖1b所示，先將軸承兩半內(nèi)圈通過芯軸固定，保證兩半內(nèi)圈不發(fā)生錯位偏移，然后將外圈從軸向的一個極限位置移到另一個軸向極限位置進行測量。該測量方法不僅存在測量人員手動施力導致的軸向游隙測量誤差，還會由于芯軸與軸承內(nèi)圈的配合間隙影響軸向游隙測量準確性(若芯軸與軸承內(nèi)徑面為過盈配合，測量時安裝、拆卸內(nèi)圈非常不方便；若為間隙配合，兩半內(nèi)圈就會產(chǎn)生錯位)。

圖1 標準規(guī)定的四點接觸球軸承軸向游隙簡易測量方法

2 改進方法

在生產(chǎn)實踐中，通過對QJ型四點接觸球軸承軸向游隙測量方法的不斷優(yōu)化，提出如下思路：在軸承軸向游隙極限位置測量內(nèi)圈及外圈端面位置的變化，從而得到軸承軸向游隙。并在該思路基礎(chǔ)上總結(jié)出3種簡單易行的四點接觸球軸承軸向游隙測量方法。

2.1 分體測量法

如圖2所示，h1和h2為軸承軸向極限位置時半內(nèi)圈小端面到外圈端面的距離，即軸承外圈寬度C的一半。因此，可通過測量h1和h2并與C進行比較，從而計算得到軸承的軸向游隙。

圖2 分體式軸向游隙測量示意圖

具體的測量方法為：在位置Ⅰ處，將內(nèi)圈放置到平臺上，然后將外圈組件按圖示順序與之配套；從外圈軸向向下施加一個測量載荷，測量內(nèi)圈端面F1與外圈端面D之間的距離h1并做好記錄；在位置Ⅱ處，將軸承另一個內(nèi)圈放置到平臺上，同樣將外圈組件按圖示順序與之配套，從外圈軸向向下施加一個測量載荷，測量內(nèi)圈端面F2與外圈端面B之間的距離h2并做好記錄。按圖示幾何關(guān)系可以得到軸承的軸向游隙Ga為

Ga=C-(h1+h2) ，

(1)

式中：h1為第一半內(nèi)圈A為支承面時內(nèi)圈端面F1到外圈端面D的距離；h2為第二半內(nèi)圈E為支承面時內(nèi)圈端面F2到外圈端面B的距離。

2.2 位置極限法

如圖3所示，T1和T2為2個軸向極限位置的軸承裝配高，是軸承半內(nèi)圈寬度Bi與一半外圈寬度C/2之和，可以通過這幾個參數(shù)的測量對比計算得到軸承的軸向游隙。具體的測量方法為：在位置Ⅰ處，將內(nèi)圈置于平臺上，將外圈組件按圖示順序與之配套，從外圈軸向向下施加一個測量載荷，測量外圈端面D與內(nèi)圈端面A之間的距離T1并做好記錄；在位置Ⅱ處，將內(nèi)圈置于平臺上，外圈組件按圖示順序與之配套，從外圈軸向向下施加一個測量載荷，測量外圈端面B與內(nèi)圈端面E之間的距離T2并做好記錄：根據(jù)圖示的幾何關(guān)系可以得到軸承的軸向游隙Ga為

圖3 位置極限法測量示意圖

Ga=B1+B2+C-T1-T2，

(2)

式中：B1為第一半內(nèi)圈寬度；B2為第二半內(nèi)圈寬度；T1為第一半內(nèi)圈A為支承面時軸承裝配高；T2為第二半內(nèi)圈E為支承面時軸承裝配高。

2.3 同向端面高度差法

如圖4所示，軸承的一個半內(nèi)圈在軸向2個極限位置與外圈端面位置的變化量即軸承的軸向游隙。具體的測量方法為：將內(nèi)圈放置于平臺上，按圖4a所示順序放置，外圈懸空，從外圈軸向向下施加一個測量載荷，測量內(nèi)圈端面E面相對外圈端面D面的凸出量δ1并做好記錄；將外圈放置于平臺上，按圖4b所示順序放置，內(nèi)圈懸空，從內(nèi)圈軸向向下施加一個測量載荷，測量內(nèi)圈端面E面相對外圈端面D面的凹進量δ2并做好記錄。根據(jù)圖示的幾何關(guān)系可以得到軸承的軸向游隙Ga，即

圖4 同向端面高度差法測量示意圖

Ga=δ1+δ2，

(3)

式中：δ1為第一半內(nèi)圈A面為支承面時第二半內(nèi)圈E面凸出外圈端面D面的凸出量；δ2為第一半內(nèi)圈同側(cè)的外圈B端面為支承面時第二半內(nèi)圈E面凹進外圈端面D面的凹進量。

3 應用效果

為驗證新方法的效果和可行性，對同一套QJ214成品軸承，通過2位測量人員用不同測量方法分別測量4次并計算對應的軸向游隙，結(jié)果見表1和表2。

表1 QJ214軸承參數(shù)的測量結(jié)果

表2 QJ214軸承的軸向游隙

由測量結(jié)果可知：JB/T 8924規(guī)定方法(測量時芯軸與軸承內(nèi)徑之間的間隙為0.03 mm)的測值偏小，與其他方法之間的誤差較大；GB/T 32323簡易法測量時，2位測量人員所得測量平均值之間的誤差較大，約0.007 mm；依據(jù)GB/T 32323規(guī)定的X195儀器測量時，2位測量人員各自的最大測量誤差則較大，分別為0.007，0.005 mm；本文所提3種方法由不同人員測量時所得結(jié)果基本相同，重復定位精度小于0.003 mm，三者測量平均值之間的誤差也小于0.003 mm。

所設計的3種四點接觸球軸承軸向游隙測量方法在生產(chǎn)實踐中都有所應用：分體測量法適用于大型四點接觸球軸承軸向游隙的測量；位置極限法分別測量軸承兩側(cè)裝配高度極限值后再通過計算得到結(jié)果，誤差小但測量計算過程相對繁瑣；同向端面高差法可以利用凸出量、凹進量測量儀進行快速測量，無需單獨測量零件參數(shù)就能快速準確地得到軸向游隙，適用于中小型四點接觸球軸承軸向游隙的測量。實際應用中，還需根據(jù)四點接觸球軸承的尺寸，裝配現(xiàn)場等實際工況選擇合適的測量方法，以提高軸承合套率和生產(chǎn)效率。