陸蔚，商曉燕

(1.北京伊斯來福機(jī)電設(shè)備有限公司，北京 100025；2.瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300 )

目前對于孔徑280 mm以下尺寸段的軸承，大多數(shù)軸承生產(chǎn)企業(yè)均采用手工測量，測量時(shí)儀器固定，人工搬動(dòng)零件進(jìn)行測量，大大增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。在各鐵路車輛段的軸承檢修時(shí)，由于成套軸承質(zhì)量大，采用的是內(nèi)徑調(diào)心機(jī)找最大點(diǎn)的方法測量成套軸承的內(nèi)徑尺寸，存在隨機(jī)誤差大，測量一致性差、測量效率低的情況。而手持BMD塞規(guī)式測量系統(tǒng)可很好地解決鐵路軸承內(nèi)徑檢測存在的上述問題。

1 測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

測量系統(tǒng)(圖1)采用積木式結(jié)構(gòu)，可任意與各個(gè)尺寸段的測頭搭建，完成不同尺寸段的孔徑測量。具有操作簡單、結(jié)構(gòu)牢固、成套量具小巧、手持方便等特點(diǎn)。一次測量不僅能精確地測量孔徑，還可以完成孔的圓度、錐度以及孔的素線形狀等的測量。測量值不受人為因素影響，一致性好，使用壽命長且精度高。

1—指針表；2—手柄；3—測針；4—導(dǎo)向圓柱體；5—測頭；6—測點(diǎn)；7—零件

以內(nèi)徑130 mm為例，測量系統(tǒng)量具總質(zhì)量小于0.5 kg，塞規(guī)頭特別適用于大批量生產(chǎn)中的測量。

1.1 測頭

BMD測頭如圖2、圖3所示，特有的導(dǎo)向圓柱體設(shè)計(jì)，導(dǎo)向體與孔徑合理的間隙設(shè)計(jì)保證了測量結(jié)果的可靠性，測頭的漲簧設(shè)計(jì)提供了測力恒定的條件并解決了孔徑測量的對中難題，保證了每次測量對準(zhǔn)中心。測量過程不需要找拐點(diǎn)，最大限度地減少了人為因素對測量結(jié)果的影響。

圖2 帶有導(dǎo)向圓錐的BMD塞規(guī)式測頭

圖3 測量圓錐孔的BMD塞規(guī)式測頭

BMD測頭可以安裝在自動(dòng)測量設(shè)備上進(jìn)行自動(dòng)測量，測頭進(jìn)入孔中后可以利用導(dǎo)向圓柱體和漲簧自動(dòng)定中心，為解決測頭置入軸承內(nèi)圈時(shí)的對準(zhǔn)困難，設(shè)計(jì)了可與測頭連接的浮動(dòng)夾頭(圖4)。浮動(dòng)夾頭與測頭配合，固定在夾具中使用，浮動(dòng)夾頭的目的是補(bǔ)償自動(dòng)測量時(shí)測頭相對被測件孔的位置誤差及測頭與內(nèi)徑孔軸線間的角度誤差。浮動(dòng)夾頭上的調(diào)整螺母可調(diào)整測頭的浮動(dòng)量(±0.5 mm可調(diào)，若浮動(dòng)范圍過大會(huì)導(dǎo)致測頭的前端與軸承倒角端面相撞)，保證裝在自動(dòng)測量機(jī)上的BMD測頭平滑穩(wěn)定地進(jìn)入被測孔，并利用測頭的漲簧自定心作用在孔徑的絕對中心完成測量，確保測量精度。

圖4 浮動(dòng)夾頭

1.2 導(dǎo)向圓柱

導(dǎo)向圓柱可使測頭測點(diǎn)位于孔徑的軸向和徑向中心，研磨出有錐度的測針以1∶1的比例將測點(diǎn)的測量行程傳遞給夾緊在手柄上的顯示表。

1.3 隔熱手柄

隔熱手柄可有效防止溫度傳遞產(chǎn)生的誤差，保持良好的溫度穩(wěn)定性，避免溫度波動(dòng)使被測件溫度變化引起測量誤差。

1.4 可旋轉(zhuǎn)附件

加有旋轉(zhuǎn)附件的隔熱手柄可使BMD測頭在工件中360°旋轉(zhuǎn),而顯示表保持不動(dòng)，方便讀數(shù)。配置這種手柄是測量圓度及棱面度誤差的理想選擇。

2 測量方法及校準(zhǔn)

該測量系統(tǒng)采用比較測量方式，手持量儀插入校對環(huán)規(guī)，根據(jù)環(huán)規(guī)的實(shí)際尺寸設(shè)置顯示值或?qū)@示值設(shè)置為零，校對環(huán)規(guī)的尺寸應(yīng)與孔的最小尺寸相同，這樣可以確保在校準(zhǔn)過程中極大地減小軸向和徑向誤差。歸零位后手持量儀可直接插入被測零件孔中，測量孔的直徑，轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)附件360°，可測量孔徑尺寸及圓度，手持量儀沿孔軸向移動(dòng)可測量錐度及孔的素線形狀誤差。

線性誤差：量儀在測量范圍內(nèi)采用兩個(gè)校對規(guī)進(jìn)行檢測，使用最小下偏差調(diào)零，然后用上偏差環(huán)規(guī)進(jìn)行比對，整個(gè)行程內(nèi)偏差不得超過1%。

重復(fù)性誤差：在名義尺寸相對應(yīng)的校對環(huán)規(guī)中進(jìn)行10次檢測，偏差不超過1 μm。

3 誤差分析

3.1 測頭與工件內(nèi)徑差引起測量誤差ΔB

由圖5可以看出

式中：R為工件半徑，mm；r為BMD測頭導(dǎo)向體半徑，mm。

由圖5可知，R=r+ΔA,則

式中：ΔA為工件中心與測頭中心的偏移量，mm。

圖5 測量截面示意圖

3.2 傾斜引起的測量誤差Δα

如圖6所示，

Δα=(1-cosα)d，

式中：α為傾斜角，(°)；d為被測件公稱內(nèi)徑，mm。圖6中d′為被測件實(shí)測內(nèi)徑。

圖6 測頭傾斜測量示意圖

3.3 千分表指示誤差Δ1

根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程，測量范圍0～10 mm的千分表示值誤差不大于14 μm。

3.4 隨機(jī)誤差Δ2

其他諸多隨機(jī)誤差(如標(biāo)準(zhǔn)件誤差、校準(zhǔn)誤差等)引起的誤差小于1 μm。

3.5 總測量誤差Δs

4 結(jié)束語

該測量系統(tǒng)解決了鐵路機(jī)車軸承、客車軸承 、軋機(jī)軸承等質(zhì)量及外形尺寸較大、搬動(dòng)不方便的高精度軸承的內(nèi)徑檢測。其測量原理完全符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑測量國家標(biāo)準(zhǔn)。檢測系統(tǒng)還可通過更換測頭完成內(nèi)徑錐孔的測量。把顯示系統(tǒng)更換成無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在量儀上編程設(shè)定公差，測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸，安全性高，分辨率可達(dá)到1 μm。