異型三點接觸球軸承軸向游隙的測量方法

閆繼山，李凌霄，喻勝堃，曲紅利，段喜川

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

1 異型三點接觸球軸承結(jié)構(gòu)

隨著集成化要求的提升，軸承結(jié)構(gòu)也趨于復(fù)雜化，要求也越來越精細(xì)化，某異型三點接觸球軸承[1-2]如圖1所示，其可承受以軸向載荷為主的聯(lián)合載荷，要求軸向游隙0.132～0.171 mm，測量載荷150 N。

圖1 某異型三點接觸球軸承結(jié)構(gòu)示意圖

通常，通過手動方式在M533等儀器上檢測該異型結(jié)構(gòu)三點接觸球軸承的軸向游隙。如圖2所示，壓蓋壓住軸承內(nèi)圈端面并通過螺母將內(nèi)圈緊固在心軸上，蓋圈放置于外圈上，百分表位于蓋圈中部，用雙手分別握住外圈凸緣兩端，同時上、下移動軸承外圈，外圈上下移動的距離即軸向游隙。這種檢測方式無法要求特定的加載力，手的加載力因人而異(約0～150 N)，會導(dǎo)致測量誤差和重復(fù)誤差均較大，影響檢測可信度。因此，提出了一種軸向游隙檢測方法，通過儀器加載排除人為的影響因素。

圖2 M533儀器手持軸向游隙示意圖

2 改進(jìn)的軸向游隙檢測方法

2.1 測量原理

軸向游隙的定義為軸承裝配成品后，一個套圈固定，另一個套圈沿軸向從一個極限位置移動到另一個極限位置的距離[3]，對于該異型三點接觸球軸承，對半內(nèi)圈軸向加載分別測量兩半內(nèi)圈對外圈的凸出量，減去外圈與內(nèi)圈之間的高度差，即可得到該軸承的軸向游隙。

2.1 測量方法

兩半內(nèi)圈對外圈端面的凸出量如圖3所示，為準(zhǔn)確檢測單套軸承在一定預(yù)載荷作用下的端面凸出量[4-5]，采用T693S凸出量儀并制作了相應(yīng)的對零標(biāo)準(zhǔn)件和測量標(biāo)準(zhǔn)件，如圖4所示。

圖3 兩半內(nèi)圈對外圈端面的凸出量示意圖

圖4 T693S凸出量測量儀及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件

(1)

(2)

綜上分析，可得該異型三點角接觸球軸承的軸向游隙Ga為

Ga=C-B-(δ1+δ2)，

(3)

式中：C為軸承外圈的高度，mm；B為兩半內(nèi)圈的總高度，等于第1半內(nèi)圈高度B1與第2半內(nèi)圈高度B2之和，mm；H1，H2分別為第1半內(nèi)圈側(cè)，第2半內(nèi)圈側(cè)凸出量測量標(biāo)準(zhǔn)件的高度，mm。

3 實際驗證

根據(jù)上述軸向游隙測量原理，使用專用附件隨機(jī)選擇5套該異型三點接觸球軸承進(jìn)行軸向游隙檢測，結(jié)果見表1，其中，對附件要求如下：

1)第1、第2半內(nèi)圈對外圈凸出量測量標(biāo)準(zhǔn)件的兩端面平行差和平面度不超過0.001 mm，其高度H1，H2的實測值在使用前需鑒定，并且H1，H2的實測值應(yīng)分別約等于δ1，δ2，以方便測量和計算。本例中H1鑒定值為2.192 mm，H2鑒定值為36.843 mm。

2)內(nèi)圈對外圈凸出量對零標(biāo)準(zhǔn)件的兩端面平行差與平面度不超過0.001 mm，高度H應(yīng)與產(chǎn)品總高接近，避免造成多余的儀器調(diào)整。

表1 軸向游隙的測量計算結(jié)果

為驗證本文測量方式的可靠性，通過理論計算軸向游隙與M533儀器上手端測量軸向游隙進(jìn)行比較。軸向游隙Ga的理論計算公式[6]為

(4)

式中：ri為內(nèi)圈溝道半徑；re為外圈溝道半徑；R為鋼球半徑；Gr為徑向游隙；e為內(nèi)圈偏心量。使用高精度輪廓儀測量上述5套軸承的相關(guān)參數(shù)，與徑向游隙計算得到軸向游隙，結(jié)果見表2。

表2 軸向游隙的理論計算結(jié)果

利用M533儀器，通過手端測量軸向游隙，為盡可能排除人為因素，測量時由2名熟練操作工分別進(jìn)行，合手勁后得到的數(shù)據(jù)見表3。

表3 軸向游隙手端測量結(jié)果

不同測量方法所得軸向游隙相對軸向游隙設(shè)計值的偏離度如圖5所示，其中軸向游隙設(shè)計值為不考慮制造偏差，根據(jù)該型軸承徑向游隙與軸向游隙的正相關(guān)關(guān)系換算得到，偏離度=(檢測值-設(shè)計值)/設(shè)計值。由圖5可知：偏離度從低到高排序依次為理論計算、T693S加載測量、手持測量，對比分析表明T693S凸出量測量儀的測量數(shù)據(jù)可信，而且該檢測方式排除了人為因素，更符合設(shè)計要求。

圖5 測量所得軸向游隙對產(chǎn)品軸向游隙的偏離度

綜上分析，對于某異型三點接觸球軸承使用T693S凸出量測量儀在加載150 N工況下的軸向游隙測量方法，其軸向游隙計算公式可以總結(jié)為

或

4 結(jié)束語

本文所述檢測方法主要用于有軸向載荷要求工況下異型球類軸承軸向游隙的檢測，但最終推導(dǎo)的公式也可應(yīng)用于其他球軸承軸向游隙的檢測。