角接觸球軸承外圈鎖量測量誤差分析及改進

都玉輝，王新征，趙圣卿，劉利軍，張丹丹

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南科技大學 機電工程學院，河南 洛陽 471003；3.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

符號說明

Re——外圈溝曲率半徑

α——外圈斜坡角度

fe——外圈鎖量

H——儀器支點偏離套圈溝徑中心的距離

G——儀器上、下支點之間的距離

δ——測量尺寸與鎖量之間的差值

ΔRe——外圈溝曲率半徑公差

Δα——外圈斜坡角度公差

Δfe——外圈鎖量公差

Δae——儀器支點偏離套圈溝徑中心的距離

ΔDe——外圈溝道直徑公差

Δφ——外圈斜坡直徑公差

dδ——測量原理誤差

角接觸球軸承套圈鎖量的尺寸及精度會影響到成品軸承的裝配。鎖量過小，裝配時容易散套；鎖量過大，又會造成裝配困難，甚至“啃傷”鋼球，影響成品軸承的壽命和振動噪聲水平等。現行的鎖量測量方法存在許多不足之處，下文對現行鎖量測量方法進行分析，提出了一種新型鎖量測量方法，該方法測量精度高，可以滿足生產需求。

1 現行鎖量測量方法及存在的問題

1.1 直接測量鎖量

鎖量的直接測量方法(拉鎖量)使用D724B儀器加上百分表進行測量。測量時，將套圈固定在3個支點上并與儀器導軌垂直，測點通過杠桿與示值表相連，然后勻速緩緩地使測點從溝道左側經過溝底和鎖口移動到斜坡上，百分表在溝底與鎖口處的2個極值值差即為該套圈的鎖量值。此方法的測量誤差小，可靠性高；但鎖量公差通常只有0.03 mm，此方法測量精度僅為0.01 mm，不能滿足測量系統的要求。而且測量效率低，測量力較大，極易在溝道表面造成劃痕，影響溝道表面質量。

1.2 利用斜坡直徑測量鎖量[1]

制造符合要求的套圈溝道直徑和斜坡直徑標準件，使用D923儀器分別測量溝道直徑和斜坡直徑的具體偏差值，然后應用工藝尺寸鏈間接測量鎖量的大小。因為斜坡直徑測量是間接控制鎖量，誤差因素較多，只有Δfe≥0.5(ΔDe+Δφ)時才適用；受溝道直徑、溝曲率、斜坡角度、斜坡角度樣板精度等諸多因素的影響，測量誤差很大，甚至超過了鎖量公差，測量精度不能滿足要求；而且對斜坡直徑標準件的制造要求也極為嚴格，成本較高。

1.3 比較測量法

選用與被測套圈形狀完全相同的套圈，送量具檢定部門檢定鎖量實際值，作為測量標準件。將標準件放在D714軸承測量儀上，調整D714軸承測量儀各定位支點和測量支點，使基準支點、定位支點、彈性壓緊支點的高度一致，且完全在溝道中心或中心線上，使測量支點與斜坡接觸，并盡量靠近基準點(圖1)，調整測量表示值使之與標準件吻合。儀表調整到位后，取下標準件，即可測量零件。軸承套圈放上后，測量表即可讀出套圈鎖量，將套圈旋轉一周，即可讀出整個套圈鎖量的變化范圍[2]。此測量方法與1.2所述的方法相比，避免了溝道直徑公差的影響，適用范圍更為廣泛，但仍受斜坡角度公差限制，測量誤差較大，不能滿足要求，且測量力大，易劃傷溝道表面。此外，D714儀器結構復雜，調整時間較長，而且屬于專用儀器，價格較高，大部分球軸承生產廠并不配備。

圖1 鎖量的比較測量法

2 誤差分析

在現行的3種鎖量測量方法中，最準確的是比較測量法。但此測量方法屬于間接測量，標準件與被測零件不可能完全相同，兩者的溝曲率、溝位置、斜坡角度之間的差異均會產生測量誤差，此誤差屬于測量原理上的誤差，必須予以分析。

2.1 誤差來源分析

以標準件溝底O為坐標原點建立直角坐標系(圖2)，套圈溝曲率中心為O′，定位支點為A，套圈鎖點為B，測量支點為C。則有

圖2 建立坐標系

(1)

(2)

yC-yB=(xB-xC)cotα。

(3)

δ=xA-xO+xB-xC。

(4)

聯立(1)～(4)式解得

(5)

2.2 誤差影響系數的確定

對(5)式取全微分，則

(6)

2.3 最大測量誤差的計算

在實際加工中，各誤差影響因素的最大值為該因素的磨加工公差，由于被測件實際偏差與標準件實際偏差之間差值正負的不確定性，在進行最大測量誤差計算時應將各因素的誤差影響系數取絕對值，即

(7)

以某73XXAC/01為例，若儀器支點高度調整偏差為0.5 mm，則H=0.5 mm，G=3 mm，fe=0.18 mm，Re=10.83 mm，α=3°=0.052 4 rad，代入(7)式得

dδmax=0.022 4ΔRe+0.006 2Δae+

0.283 8Δfe+0.535 1Δα。

(8)

將73XXAC/01各誤差來源的加工公差(ΔRe，Δae，Δfe，Δα)=(0.06,0.04,0.02,0.017 5)代入(8)式，則dδmax=0.016 6 mm。由于dδmax?0.1Δfe，故不能滿足測量的要求。

3 改進測量方法

將1.3所介紹測量方法中的D714軸承測量儀改為C924軸承測量儀，并將定位支點改為短圓柱體合金棒，以其外徑面為工作表面，調整儀器時，使定位支點與鎖點相接觸，使測量支點與溝道底部接觸(圖3)，則可使

圖3 改進后測量原理示意圖

(9)

仍將73XXAC/01相關參數代入(9)式，得dδmax=0.001 1ΔRe+0.046Δae=0.001 9 mm，dδmax<0.1Δfe，可以滿足測量要求。

4 結束語

經過誤差分析，由于斜坡角度公差很大，使得支斜坡測溝底的測量方法存在很大的測量誤差，不能滿足測量需求。而改進后將定位支點直接置于鎖口上則可以消除斜坡角度的影響。按改進后方法進行測量，測量誤差可以控制在0.1Δfe以內，測量精度根據所用儀表的精度而定，可以達到0.001 mm甚至0.000 5 mm，測量效率比直接測量方法有顯著提高。若需測量溝道超精后的成品套圈，可以將測量支點改為鋼球或尼龍支點，以避免劃傷溝道。