角接触球轴承外圈锁量测量误差分析及改进

都玉辉，王新征，赵圣卿，刘利军，张丹丹

(1.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471003；3.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

符号说明

Re——外圈沟曲率半径

α——外圈斜坡角度

fe——外圈锁量

H——仪器支点偏离套圈沟径中心的距离

G——仪器上、下支点之间的距离

δ——测量尺寸与锁量之间的差值

ΔRe——外圈沟曲率半径公差

Δα——外圈斜坡角度公差

Δfe——外圈锁量公差

Δae——仪器支点偏离套圈沟径中心的距离

ΔDe——外圈沟道直径公差

Δφ——外圈斜坡直径公差

dδ——测量原理误差

角接触球轴承套圈锁量的尺寸及精度会影响到成品轴承的装配。锁量过小，装配时容易散套；锁量过大，又会造成装配困难，甚至“啃伤”钢球，影响成品轴承的寿命和振动噪声水平等。现行的锁量测量方法存在许多不足之处，下文对现行锁量测量方法进行分析，提出了一种新型锁量测量方法，该方法测量精度高，可以满足生产需求。

1 现行锁量测量方法及存在的问题

1.1 直接测量锁量

锁量的直接测量方法(拉锁量)使用D724B仪器加上百分表进行测量。测量时，将套圈固定在3个支点上并与仪器导轨垂直，测点通过杠杆与示值表相连，然后匀速缓缓地使测点从沟道左侧经过沟底和锁口移动到斜坡上，百分表在沟底与锁口处的2个极值值差即为该套圈的锁量值。此方法的测量误差小，可靠性高；但锁量公差通常只有0.03 mm，此方法测量精度仅为0.01 mm，不能满足测量系统的要求。而且测量效率低，测量力较大，极易在沟道表面造成划痕，影响沟道表面质量。

1.2 利用斜坡直径测量锁量[1]

制造符合要求的套圈沟道直径和斜坡直径标准件，使用D923仪器分别测量沟道直径和斜坡直径的具体偏差值，然后应用工艺尺寸链间接测量锁量的大小。因为斜坡直径测量是间接控制锁量，误差因素较多，只有Δfe≥0.5(ΔDe+Δφ)时才适用；受沟道直径、沟曲率、斜坡角度、斜坡角度样板精度等诸多因素的影响，测量误差很大，甚至超过了锁量公差，测量精度不能满足要求；而且对斜坡直径标准件的制造要求也极为严格，成本较高。

1.3 比较测量法

选用与被测套圈形状完全相同的套圈，送量具检定部门检定锁量实际值，作为测量标准件。将标准件放在D714轴承测量仪上，调整D714轴承测量仪各定位支点和测量支点，使基准支点、定位支点、弹性压紧支点的高度一致，且完全在沟道中心或中心线上，使测量支点与斜坡接触，并尽量靠近基准点(图1)，调整测量表示值使之与标准件吻合。仪表调整到位后，取下标准件，即可测量零件。轴承套圈放上后，测量表即可读出套圈锁量，将套圈旋转一周，即可读出整个套圈锁量的变化范围[2]。此测量方法与1.2所述的方法相比，避免了沟道直径公差的影响，适用范围更为广泛，但仍受斜坡角度公差限制，测量误差较大，不能满足要求，且测量力大，易划伤沟道表面。此外，D714仪器结构复杂，调整时间较长，而且属于专用仪器，价格较高，大部分球轴承生产厂并不配备。

图1 锁量的比较测量法

2 误差分析

在现行的3种锁量测量方法中，最准确的是比较测量法。但此测量方法属于间接测量，标准件与被测零件不可能完全相同，两者的沟曲率、沟位置、斜坡角度之间的差异均会产生测量误差，此误差属于测量原理上的误差，必须予以分析。

2.1 误差来源分析

以标准件沟底O为坐标原点建立直角坐标系(图2)，套圈沟曲率中心为O′，定位支点为A，套圈锁点为B，测量支点为C。则有

图2 建立坐标系

(1)

(2)

yC-yB=(xB-xC)cotα。

(3)

δ=xA-xO+xB-xC。

(4)

联立(1)～(4)式解得

(5)

2.2 误差影响系数的确定

对(5)式取全微分，则

(6)

2.3 最大测量误差的计算

在实际加工中，各误差影响因素的最大值为该因素的磨加工公差，由于被测件实际偏差与标准件实际偏差之间差值正负的不确定性，在进行最大测量误差计算时应将各因素的误差影响系数取绝对值，即

(7)

以某73XXAC/01为例，若仪器支点高度调整偏差为0.5 mm，则H=0.5 mm，G=3 mm，fe=0.18 mm，Re=10.83 mm，α=3°=0.052 4 rad，代入(7)式得

dδmax=0.022 4ΔRe+0.006 2Δae+

0.283 8Δfe+0.535 1Δα。

(8)

将73XXAC/01各误差来源的加工公差(ΔRe，Δae，Δfe，Δα)=(0.06,0.04,0.02,0.017 5)代入(8)式，则dδmax=0.016 6 mm。由于dδmax≫0.1Δfe，故不能满足测量的要求。

3 改进测量方法

将1.3所介绍测量方法中的D714轴承测量仪改为C924轴承测量仪，并将定位支点改为短圆柱体合金棒，以其外径面为工作表面，调整仪器时，使定位支点与锁点相接触，使测量支点与沟道底部接触(图3)，则可使

图3 改进后测量原理示意图

(9)

仍将73XXAC/01相关参数代入(9)式，得dδmax=0.001 1ΔRe+0.046Δae=0.001 9 mm，dδmax<0.1Δfe，可以满足测量要求。

4 结束语

经过误差分析，由于斜坡角度公差很大，使得支斜坡测沟底的测量方法存在很大的测量误差，不能满足测量需求。而改进后将定位支点直接置于锁口上则可以消除斜坡角度的影响。按改进后方法进行测量，测量误差可以控制在0.1Δfe以内，测量精度根据所用仪表的精度而定，可以达到0.001 mm甚至0.000 5 mm，测量效率比直接测量方法有显著提高。若需测量沟道超精后的成品套圈，可以将测量支点改为钢球或尼龙支点，以避免划伤沟道。