實體保持架兜孔梁寬變動量測量方法分析

曹陽，高強，劉斌，孫慧廣

(1.中國航發哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150027；2.空裝駐哈爾濱地區第一軍事代表室，哈爾濱 150000)

1 概述

保持架是航空用滾動軸承的重要零件，其主要作用是等間距分隔滾動體，使滾動體在滾道圓周上均布，以防止工作時滾動體之間產生碰撞和摩擦[1]。保持架兜孔梁寬變動量是指同一個保持架兜孔橫梁寬度的最大值與最小值之差，如圖1所示。該項技術指標對保持架起著重要作用。

圖1 實體保持架兜孔梁寬度示意圖

對于航空用高精度、高轉速軸承，其保持架兜孔梁寬變動量的檢測手段相對落后，研究相應的測量方法勢在必行。

2 原檢測方法

2.1 測量原理

目前，實體保持架兜孔梁寬變動量使用游標卡尺進行常規測量[2]。測量前將游標卡尺擦干凈，檢查游標卡尺2個測量面和測量刃口是否平直無損，同時將游標與主尺的零位刻線對準；確認游標卡尺完好后，將2個量爪緊密貼合在保持架兜孔梁兩側且保證其無明顯間隙，逐個測量保持架兜孔梁的寬度，得到其最大值與最小值之差即保持架兜孔梁寬變動量。

2.2 測量系統分析

此測量系統的數據類型為計量型數據，測量樣本量10個，采用重復性和再現性分析方法[4]。

2.2.1 樣件及檢測人員選擇

1)在生產過程中隨機選取2種典型結構的保持架作為研究載體，即方兜孔和圓兜孔保持架；

2)隨機抽取方兜孔、圓兜孔保持架各10個；

3)在每個保持架的端面位置用記號筆進行標記和編號；

4)選取保持架的特性值(兜孔梁寬變動量)代表整個產品特性的公差范圍；

5)在日常操作游標卡尺的人員中選擇3名檢驗員，每個保持架被每名檢驗員測量3次。

2.2.2 測量系統判定合格準則

在滿足測量工具的重復性和再現性小于30%，且可區分類別數大于4這2個條件的情況下，判定測量系統合格[3]。

2.2.3 數據收集

采用經計量確認合格的數顯游標卡尺并在使用前對零校準，由選定的檢驗員對隨機抽取的保持架進行測量，每個檢驗員對同一保持架的同一特性保持架梁寬變動量重復測量3次。

檢驗員A以隨機測量的順序測量10個方兜孔保持架，在第1次測量完成后將保持架重新混合，檢驗員A再次以隨機測量的順序進行第2次測量，第3次測量以此類推；當檢驗員A完成3次方兜孔保持架測量后將保持架重新混合，然后讓下一名檢驗員在不了解已有測量數據的條件下，按上述流程進行隨機測量；3名檢測員工得到90個方兜孔保持架數據，見表1。同理，得到的90個圓兜孔保持架數據見表2。

表1 游標卡尺測量所得方兜孔保持架梁寬變動量

表2 游標卡尺測量所得圓兜孔保持架梁寬變動量

2.2.4 數據分析

使用測量系統分析軟件[5]計算可得：測量工具(卡尺)對方兜孔、圓兜孔保持架梁寬變動量測量結果的重復性和再現性分別為48.06%和49.60%，均不符合小于30%的要求；可區分類別數均為 3，也不符合大于4的要求，測量系統不能對過程變差進行可靠分級；因此，該測量系統不合格，需進行改進以達到準確測量的目的。

游標卡尺無夾緊或定位裝置，測量時受人為因素影響較大，重復定位性較差，測量系統不穩定，導致測量結果的重復性、再現性較差；并且檢驗員操作手法對游標卡尺影響較大，致使游標卡尺受力情況不同，導致測量結果存在一定的差異，因此影響測量數據的穩定性。

3 改進方案

3.1 測量原理

新設計的保持架兜孔梁寬變動量檢測器具如圖2所示，其測量端為球形測頭，保持架放置在工作臺上并緊靠V形定位裝置，調整保持架角度，使保持架梁寬位置大致對準兩測頭中心；將2個球形測頭伸入相鄰的2個兜孔并夾住保持架梁，按照順時針或逆時針微調保持架角度，找到最小值后數顯表會自動記錄并清零；以第1個梁寬值L為基準，按順序依次測量保持架其他梁寬值與L的差值；測量一周后，數顯表顯示的最大值與最小值之差的絕對值即保持架兜孔梁寬變動量。

1—高度數顯表；2—工作臺；3—基座；4—高度升降手柄；5—V形定位裝置；6—測頭測力調整旋鈕；7—測頭支承(右)；8—測頭間距控制手柄；9—梁寬數顯表；10—測頭支承(左)；11—V形塊調整旋鈕。

檢測器具主要功能技術參數如下：數顯表量程12.5 mm，分辨率0.01 mm(可調節為0.001 mm)，示值誤差0.004 mm，示值重復性不大于0.002 mm；測量系統誤差不大于0.01 mm，系統重復性不大于0.008 mm；被測工件最大外徑200 mm且兜孔尺寸不小于3 mm。

3.2 測量方法

1)將被測工件輕輕的平放在工作臺上，調整V形定位裝置，使其適合被測工件的規格尺寸，并使被測工件緊靠在V形定位裝置上，中間不留間隙；

2)計算被測工件底面到工件壁孔中心的距離H，按照高度數顯表顯示高度值旋轉高度升降扳手，將工作臺面升至合適位置，使測頭位置處于被測壁孔的中心；

3)通過測頭測力調整旋鈕調整兩測頭間距，使其大于被測工件壁厚尺寸，調整被測工件位置，將2個測頭分別伸入相鄰的2個兜孔，撥動測頭間距控制手柄，當測頭接觸到兜孔壁時，即可讀出數值；

4)被測工件緊靠在V形定位裝置上，按照順時針或逆時針方向輕輕轉動工件，直到數顯表的數值最小，停止轉動工件并記錄基準值L，數顯表數值清零；

5)張開2個測頭，取下被測工件，轉動被測工件至相鄰的下一個兜孔梁，將測頭伸入兜孔并自動夾緊，重復上一步驟得到測量值L1；

6)重復上述操作，記錄數值L2，L3，…，L10。

3.3 測量系統分析

按1.2.3節數據收集方法，用新設計檢測器具重新收集數據，結果見表3和表4。

表3 新設計檢測器具測量所得方兜孔保持架梁寬變動量

表4 新設計檢測器具測量所得圓兜孔保持架梁寬變動量

通過使用測量系統分析軟件[5]計算得出：新設計檢測器具對方兜孔、圓兜孔保持架梁寬變動量測量結果的重復性和再現性分別為7.12%和6.21%，均滿足小于30%的要求；可區分類別數分別為 37和41，均大于4，能對過程變差進行可靠分級；因此，該測量系統合格，改進方案有效且合理可行。