角接触球轴承轴向游动间隙在机测量仪器的研发与应用

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　　摘  要：在工业机械装配过程中，角接触球轴承的安装需要对轴承的轴向游动间隙进行测量。针对现有测量技术的不足，提出采用在机测量技术和研发相应测量仪器进行技术的改进和开发。经过实验验证对比，仪器实现了良好的测量效果，提升了装配效率。
　　关键词：角接触球轴承;轴向游动间隙;在机测量技术;在机测量仪器
　　中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：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 技术背景
　　在工业机械装配过程中，装配人员将装有角接触球轴承的转轴或心轴装配在轴承座孔中的过程中，需要首先对轴承进行轴向游动间隙进行测量，然后根据测量结果选择合适的垫片或青稞纸垫如轴承与轴承端盖之间，以防止轴在运转过程中发生轴向窜动，影响机械运转。现有的测量技术主要有感受法、塞尺测量法、专用仪器测量三种。感受法是利用人体手的感知，晃动角接触球轴承的内外圈，感知其间隙值。塞尺测量法是在轴承的内外圈游动间隙中塞入塞尺测量游动间隙值。专用仪器（图1所示）是利用专用的测量仪器，模拟轴承的工作状态，测量出轴承的游动间隙值。
　　 2 现有测量技术的不足
　　角接触球轴承的轴向游动间隙非在机测量技术相对成熟。熟练的装配工人能够利用感受法快速的感知轴承的游动间隙值并选择合适的垫片。普通装配工人可以利用塞尺初步测量出轴承的游动间隙或者采用专用轴承游隙测量仪器进行测量以确定轴承的游隙值。感受法需要熟练的技术工人而且垫片的选取要依靠装配人员的经验。利用塞尺测量可以不精确的测量出游动间隙，一般用在精度要求不高的场合。利用专用仪器测量，能准确的测量出轴承在工况模拟下的游隙值，但测量成本高、测量效率低，而且模拟工况和实际工况会有一定的差别。
　　现有的测量技术都不能很好的测量出轴承在机械工作运转过程中的游动间隙，并且操作方便的技术测量不精确，测量精确的技术操作不方便。现有测量方法无法高效精准的测量出轴承在机状态下的轴向游动间隙。
　　 3 在机测量技术及配套测量仪器的研发
　　根据对现有测量技术的不足的归纳和总结以及长期装配训练的操作经验。提出并设计出了将角接触球轴承装配在轴上以及轴承座孔内，将测量仪器放置并贴紧轴承，转动被支撑轴，使轴模拟出工作状态，从而测量出轴承在机工作状态下的轴承游隙值的在机测量技术。
　　在机测量技术的核心是测量仪器的开发和使用。测量仪器应当满足以下几个条件：
　　（1）测量仪器能够以轴承外圈为基准，测量轴承内圈的变动量，所以测量仪器的内外圈侧头需要分离。
　　（2）测量仪器的外圈侧头能够伸入到轴承座孔内与轴承外圈接触。
　　（3）测量仪器的内圈侧头能够测量出轴承内圈微小的轴向变动量。
　　（4）测量仪器测量出的结果应当相对稳定，不受或轻微受到轴运动的振动影响。
　　根据以上几点，经过不断的尝试和研究设计出了在机测量技术相应的在机测量仪器（图3）。
　　其中，轴承内圈测量头的作用是测量轴承的内圈，感应轴承内圈的轴向变动量并将变动量转变为以体积变动的形式传递到液压油。密封圈用于防止液压油的泄露。液压油的作用是将轴承内圈测量头传递的体积变化信号传递到测量杆，并将信号放大的同时起到减弱机械振动的作用。测量仪器外壳是用作装载和连接所有元件和作为测量基准。测量杆的作用是将液压油传递的体积变化信号放大并转变为轴向移动信号，便于观察和测量。测量标尺是用来读取轴向游动间隙的测量值。
　　在机测量仪器的工作原理是：仪器读数归零，转动被支撑轴使轴承处于工作狀态，以仪器外壳3的外圈触头为基准将仪器紧贴在被测轴承外圈上，仪器的内圈测量头3与轴承内圈接触并将其轴向游动间隙的移动量转化为液压油4的体积变动量，然后再经过测量杆将液压油体积变动量转变为移动量并放大数值。移动量的放大数值可以根据液体在恒温恒压下体积不变原理进行换算。具体换算公式如下：
　　式中：S1-游动间隙变动量;S2-测量标尺移动量（示值）;A1-内圈测头圆柱端面面积;A2-测量杆圆柱端面面积;R1-内圈测头圆柱端面半径;R2-测量杆圆柱端面半径;δ-放大比例值。
　　4 在机测量技术实测实验
　　由于学校装备制造设备简陋，经过研究和讨论，实验利用采用润滑脂进行密封，将液压改为空压传递，测量示值改为百分表示值的测量仪器模型（图4）进行实验验证（表1）。
　　 由实验数据可以看出，由测量模型测量出的数据基本满足工作要求，证明在机测量技术及测量仪器的可行性。但在测量过程中测量杆会发生延迟现象，导致测量数值偏小。产生延迟现象的原因可能是空气具有可压缩性不能灵敏的传递体积信息，并且空气体积变化的压力不足以克服测量杆活塞的摩擦力导致数据偏小。
　　5 轴承轴向游动间隙在机测量技术优势及改进方向
　　通过实验的对照和测量综合分析，角接触球轴承轴向游动间隙在机测量具有以下几点优势：
　　（1）能够整体反映角接触球轴承在工作状态下的轴向游动间隙。
　　（2）测量仪器操作简单方便，仪器结构紧凑便于携带和放置。
　　（3）测量更加高效，在机测量能够节约装配时间，提高装配效率。
　　（4）仪器内部的液压油起到一定的减震作用使测量数据更加稳定准确。
　　在实验中，仪器也暴露出不足之处，今后应当向以下几个方面进行改进：
　　（1）仪器的灵敏性受到仪器内部元件的摩擦力和传递介质的影响，需要良好的润滑和稳定的介质。
　　（2）仪器的示值放大倍数受到加工装备的限制，应采用更加优良的加工工艺方法或工艺结构改进测量杆，以获得更大、更广的倍率值域。
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