角接觸球軸承軸向游動間隙在機測量儀器的研發與應用

王曉升

摘? 要：在工業機械裝配過程中，角接觸球軸承的安裝需要對軸承的軸向游動間隙進行測量。針對現有測量技術的不足，提出采用在機測量技術和研發相應測量儀器進行技術的改進和開發。經過實驗驗證對比，儀器實現了良好的測量效果，提升了裝配效率。

關鍵詞：角接觸球軸承;軸向游動間隙;在機測量技術;在機測量儀器

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A 文章編號：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 技術背景

在工業機械裝配過程中，裝配人員將裝有角接觸球軸承的轉軸或心軸裝配在軸承座孔中的過程中，需要首先對軸承進行軸向游動間隙進行測量，然后根據測量結果選擇合適的墊片或青稞紙墊如軸承與軸承端蓋之間，以防止軸在運轉過程中發生軸向竄動，影響機械運轉。現有的測量技術主要有感受法、塞尺測量法、專用儀器測量三種。感受法是利用人體手的感知，晃動角接觸球軸承的內外圈，感知其間隙值。塞尺測量法是在軸承的內外圈游動間隙中塞入塞尺測量游動間隙值。專用儀器（圖1所示）是利用專用的測量儀器，模擬軸承的工作狀態，測量出軸承的游動間隙值。

2 現有測量技術的不足

角接觸球軸承的軸向游動間隙非在機測量技術相對成熟。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量出軸承的游動間隙或者采用專用軸承游隙測量儀器進行測量以確定軸承的游隙值。感受法需要熟練的技術工人而且墊片的選取要依靠裝配人員的經驗。利用塞尺測量可以不精確的測量出游動間隙，一般用在精度要求不高的場合。利用專用儀器測量，能準確的測量出軸承在工況模擬下的游隙值，但測量成本高、測量效率低，而且模擬工況和實際工況會有一定的差別。

現有的測量技術都不能很好的測量出軸承在機械工作運轉過程中的游動間隙，并且操作方便的技術測量不精確，測量精確的技術操作不方便。現有測量方法無法高效精準的測量出軸承在機狀態下的軸向游動間隙。

3 在機測量技術及配套測量儀器的研發

根據對現有測量技術的不足的歸納和總結以及長期裝配訓練的操作經驗。提出并設計出了將角接觸球軸承裝配在軸上以及軸承座孔內，將測量儀器放置并貼緊軸承，轉動被支撐軸，使軸模擬出工作狀態，從而測量出軸承在機工作狀態下的軸承游隙值的在機測量技術。

在機測量技術的核心是測量儀器的開發和使用。測量儀器應當滿足以下幾個條件：

（1）測量儀器能夠以軸承外圈為基準，測量軸承內圈的變動量，所以測量儀器的內外圈側頭需要分離。

（2）測量儀器的外圈側頭能夠伸入到軸承座孔內與軸承外圈接觸。

（3）測量儀器的內圈側頭能夠測量出軸承內圈微小的軸向變動量。

（4）測量儀器測量出的結果應當相對穩定，不受或輕微受到軸運動的振動影響。

根據以上幾點，經過不斷的嘗試和研究設計出了在機測量技術相應的在機測量儀器（圖3）。

其中，軸承內圈測量頭的作用是測量軸承的內圈，感應軸承內圈的軸向變動量并將變動量轉變為以體積變動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圈測量頭傳遞的體積變化信號傳遞到測量桿，并將信號放大的同時起到減弱機械振動的作用。測量儀器外殼是用作裝載和連接所有元件和作為測量基準。測量桿的作用是將液壓油傳遞的體積變化信號放大并轉變為軸向移動信號，便于觀察和測量。測量標尺是用來讀取軸向游動間隙的測量值。

在機測量儀器的工作原理是：儀器讀數歸零，轉動被支撐軸使軸承處于工作狀態，以儀器外殼3的外圈觸頭為基準將儀器緊貼在被測軸承外圈上，儀器的內圈測量頭3與軸承內圈接觸并將其軸向游動間隙的移動量轉化為液壓油4的體積變動量，然后再經過測量桿將液壓油體積變動量轉變為移動量并放大數值。移動量的放大數值可以根據液體在恒溫恒壓下體積不變原理進行換算。具體換算公式如下：

式中：S1-游動間隙變動量;S2-測量標尺移動量（示值）;A1-內圈測頭圓柱端面面積;A2-測量桿圓柱端面面積;R1-內圈測頭圓柱端面半徑;R2-測量桿圓柱端面半徑;δ-放大比例值。

4 在機測量技術實測實驗

由于學校裝備制造設備簡陋，經過研究和討論，實驗利用采用潤滑脂進行密封，將液壓改為空壓傳遞，測量示值改為百分表示值的測量儀器模型（圖4）進行實驗驗證（表1）。

由實驗數據可以看出，由測量模型測量出的數據基本滿足工作要求，證明在機測量技術及測量儀器的可行性。但在測量過程中測量桿會發生延遲現象，導致測量數值偏小。產生延遲現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量桿活塞的摩擦力導致數據偏小。

5 軸承軸向游動間隙在機測量技術優勢及改進方向

通過實驗的對照和測量綜合分析，角接觸球軸承軸向游動間隙在機測量具有以下幾點優勢：

（1）能夠整體反映角接觸球軸承在工作狀態下的軸向游動間隙。

（2）測量儀器操作簡單方便，儀器結構緊湊便于攜帶和放置。

（3）測量更加高效，在機測量能夠節約裝配時間，提高裝配效率。

（4）儀器內部的液壓油起到一定的減震作用使測量數據更加穩定準確。

在實驗中，儀器也暴露出不足之處，今后應當向以下幾個方面進行改進：

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

（2）儀器的示值放大倍數受到加工裝備的限制，應采用更加優良的加工工藝方法或工藝結構改進測量桿，以獲得更大、更廣的倍率值域。

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