李 冰

(金羚電器有限公司，江門 529000)

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軸承座同軸度的檢測方法與測量基準(zhǔn)的選擇

李 冰

(金羚電器有限公司，江門 529000)

介紹了滾筒洗衣機(jī)外桶軸承座的同軸度檢測方法，分析了測量基準(zhǔn)與同軸度誤差的檢測方法的選擇方案，以及應(yīng)當(dāng)遵循的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，為滾筒洗衣機(jī)外桶軸承座同軸度的檢測提供了一個適用的測量方法。

軸承座；同軸度；基準(zhǔn)；檢測方法

0 引言

滾筒機(jī)軸承座是壓緊在滾筒洗衣機(jī)外桶里用于支撐內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)軸的核心部件，軸承座和桶軸是通過兩個軸承、一個密封圈和一個螺母裝配在一起，內(nèi)桶的正確安裝及其合格的工作性能與軸承座中安裝軸承和密封圈的孔的同軸度密切相關(guān)。所以在同軸度的檢測中，根據(jù)零件設(shè)計圖紙、工藝和裝配的情況，分析基準(zhǔn)的要求和特點，選擇和確定一個適當(dāng)?shù)臏y量基準(zhǔn)，同時結(jié)合所使用的檢測設(shè)備選擇合適的測量方法至關(guān)重要。下面將從基準(zhǔn)和測量方法兩個方面對同軸度檢測進(jìn)行分析，以幫助檢測人員正確選擇基準(zhǔn)和測量方法。

1 基準(zhǔn)的概念

基準(zhǔn)是機(jī)械制造中用來確定生產(chǎn)對象上幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線和面。它按照用途可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。

1.1 設(shè)計基準(zhǔn)

設(shè)計基準(zhǔn)是零件設(shè)計時作為基準(zhǔn)的點、線和面，它反映了零件的設(shè)計要求，用于保證零件的主要結(jié)構(gòu)和使用性能，并在設(shè)計圖上標(biāo)注。由軸承座的設(shè)計圖(圖1)可知，軸承座同軸度的基準(zhǔn)線D，是一個理想的公共軸線，圖紙上沒有明確它是由哪個(些)圓柱體現(xiàn)的。實際上在工廠的檢測中有時會碰到這種情況，給測量造成困難。針對此類問題，我們解決的方法是，首先要求設(shè)計者對設(shè)計基準(zhǔn)予以明確，同時檢測人員應(yīng)了解和分析零件的全部工藝過程，判斷和選定一個比較合理的測量基準(zhǔn)。

圖1 軸承座的設(shè)計簡圖與同軸度誤差要求

1.2 工藝基準(zhǔn)

工藝基準(zhǔn)是在零件的加工和測量過程中確定的基準(zhǔn)。包括工序基準(zhǔn)(或定位基準(zhǔn))、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，這里僅對測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)做出分析。

測量基準(zhǔn)是檢測時作為基準(zhǔn)的點、線和面，它是零件在檢測時確定的，與零件的結(jié)構(gòu)、測量條件和測量方法有關(guān)。因此，在以下分析的幾種檢測方法中，因有不同的測量基準(zhǔn)和測量方法，所以它們所獲得的測量結(jié)果也不同。

裝配基準(zhǔn)是指零件裝配中用于確定零部件之間的相對位置的基準(zhǔn)，它直接關(guān)系零部件的工作質(zhì)量能否滿足要求。由圖1可知，同軸度是對3個圓柱A、B、C之間的位置公差的要求，從裝配效果看，圓柱A和B用于安裝軸承，圓柱C用于安裝密封圈。無疑安裝軸承的圓柱A和B的同軸度是影響內(nèi)桶旋轉(zhuǎn)的主要因素，而圓柱C僅僅影響到桶軸的密封效果。所以由圓柱A、B的公共軸線形成了裝配基準(zhǔn)。

1.3 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則

按照機(jī)械零件加工的基準(zhǔn)選擇原則，應(yīng)使設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)盡量一致，以保證零件符合質(zhì)量要求。由以上1.1分析，軸承座同軸度的設(shè)計基準(zhǔn)是一條理想的公共軸線，如何保證測量基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)一致，測量基準(zhǔn)軸線如何體現(xiàn)？具體分析如下。

2 同軸度誤差的幾種檢測方法

2.1 單孔基準(zhǔn)法

單孔基準(zhǔn)法就是指定一個圓柱面作為測量基準(zhǔn)的測量方法。這個圓柱面的長度應(yīng)該比其他圓柱面長度長若干倍，且精度也是最高的。

圖2 軸承座的測量截面

實測方法：按圖2所示分別測量軸承座的3個圓柱A、B、C的3個截面圓，以圓柱A(A、B圓柱精度最高)為基準(zhǔn)，使用三坐標(biāo)測量機(jī)DIMS軟件計算被測圓柱B和C的同軸度誤差值f。檢測結(jié)果見表1。

表1 軸承座同軸度誤差f檢測結(jié)果 單位：mm

結(jié)果分析：由于圓柱A與B相距較遠(yuǎn)(大于70mm)，無論是以圓柱A還是圓柱B為基準(zhǔn)，基準(zhǔn)軸線的測量誤差都會沿著測量軸線被傳遞并放大給被測元素，即被測圓柱的同軸度誤差中已經(jīng)存在著一個粗大誤差，因此在基準(zhǔn)圓柱較短并且與被測圓柱相距較遠(yuǎn)時，用單孔基準(zhǔn)法會帶來較大的測量誤差。

2.2 最小包容區(qū)域法

它是以基準(zhǔn)軸線為軸線包容被測圓柱上各截面圓心的最小包容圓柱的直徑來評定誤差的方法。在此圓柱A、B、C的同軸度也是它們的被測截面圓圓心形成的空間直線的直線度。

實測方法： 因為3個被測圓柱的軸向厚度約10mm，軸承座總長度約95mm，為了減少測量誤差，我們在軸承座圓柱A、B、C的輪廓上只測量一個截面圓(圖2)。通過DIMS軟件將3個截面圓心最佳擬合構(gòu)造一條空間的3D直線，獲得該直線在任意方向上的直線度Φf，即同軸度誤差值f=Φf。實測結(jié)果見表1。

結(jié)果分析：此法是按同軸度定義評定的一種方法，評定結(jié)果應(yīng)是最準(zhǔn)確的。

2.3 最小二乘法

它是使被測圓柱每個圓心到基準(zhǔn)軸線距離的平方和為最小時，以最小包容圓柱面的直徑來評定誤差的方法。在實際應(yīng)用中，按照測得點到基準(zhǔn)軸線距離的最大值的兩倍獲取同軸度的數(shù)值。

實測方法： 按圖2所示分別在圓柱A、B、C的輪廓面上測得一個截面圓，由DIMS軟件將3個截面圓的圓心最佳擬合構(gòu)造出一條3D直線，作為測量基準(zhǔn)軸線。然后計算各個截面圓心到基準(zhǔn)軸線的距離d，選取其中最大值dmax的兩倍數(shù)值作為所求的同軸度誤差值f。實測結(jié)果見表1。

結(jié)果分析：這種評定方法的結(jié)果與最小包容區(qū)域法相近，但與同軸度定義有一定的差異。由于它的軟件編制比較簡單，形位誤差多用此種軟件評定。

2.4 兩端點連線法

它是以被測得點的兩端點連線作為基準(zhǔn)軸線的評定方法。根據(jù)“1.2 工藝基準(zhǔn)”分析，被測件軸承座安裝軸承的兩個孔(A和B)的精度要求最高，因此以A、B圓柱上測得點為兩端點的連線作為測量基準(zhǔn)來評定比較合理。

實測方法：采用在“2.2最小包容區(qū)域法”檢測的原始數(shù)據(jù)(表2)，以A、B圓柱上兩個截面圓心OA和OB兩點連線作為基準(zhǔn)軸線，計算C圓柱上圓心OC到基準(zhǔn)軸線的距離d，同軸度的誤差值f=d。用作圖法計算，步驟如下：

表2 用最小包容區(qū)域法檢測的原始數(shù)據(jù)

1)根據(jù)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值繪制OA、OB、OC3點(為了繪圖和計算方便，用A、B和C標(biāo)識)在XOY平面上的示意圖(圖3)，ABD是基準(zhǔn)軸線，CD是C點到AB的距離。CD=DE-CE，CE=0.024，DE=(76.007+10.184)×0.028/76.007=0.0318，CD=0.0318-0.024=0.0078。

圖3 XOY平面上的示意圖

2)根據(jù)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值繪制OA、OB、OC3點在YOZ平面上示意圖(圖4)，ABD是基準(zhǔn)軸線，CD是C點到AB的距離。CD=DE-CE，CE=0.148，DE=(76.007+10.184)×0.134/76.007=0.152，CD=0.152-0.148=0.004。

圖4 YOZ平面上的示意圖

結(jié)果分析：這種評定方法的結(jié)果與最小包容區(qū)域法一致，同時也驗證了所使用的三坐標(biāo)測量機(jī)的測試軟件對同軸度誤差的計算符合最小包容區(qū)域法。

3 結(jié)語

通過以上針對軸承座同軸度的四種檢測方法的應(yīng)用和結(jié)果分析可知，最小包容區(qū)域法、最小二乘法和兩端點連線法都是軸承座同軸度適用的檢測方法，但是，由于最小包容區(qū)域法評定的結(jié)果符合最小條件，測得值小于其他評定方法，因此，當(dāng)必須嚴(yán)格確定誤差值的大小，或?qū)υu定結(jié)果有爭議時，必須按最小包容區(qū)域進(jìn)行評定或仲裁評定。另外在機(jī)械零件的形位公差測量時，還要清楚其設(shè)計基準(zhǔn)(確定設(shè)計基準(zhǔn)是合理的前提下)和工藝基準(zhǔn)，遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，選擇合適的測量基準(zhǔn)，從而提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

實際上三坐標(biāo)測量機(jī)并不一定是測量同軸度最好的方法，可編程的圓度儀可能測量效率更高。也可以設(shè)計一種專用檢具，以兩軸承孔定位一芯軸，在芯軸上安裝指示表，轉(zhuǎn)動芯軸一周，指示表的示值變化量即為同軸度。對于大批量生產(chǎn)也可以設(shè)計一種在線自動測量工位，一旋轉(zhuǎn)芯軸上安裝三個位移傳感器，旋轉(zhuǎn)一周通過數(shù)據(jù)處理即可獲得同軸度。這種方法在許多零件(如發(fā)動機(jī))檢測中已經(jīng)實現(xiàn)。

[1] 張青，李柱.空間直線度誤差評定的計算機(jī)實現(xiàn)方法.計量技術(shù)，1998(1)：9-12

[2] 張成悌.空間直線度的評定與數(shù)據(jù)處理.實用測試技術(shù)，1997,No.3，May：6-9

[3] 張成悌.空間直線度最小區(qū)域評定法及其特點.實用測試技術(shù)，1999,No.6，Nov.：18-22

[4] 張秉森，魏瑋平.用圓度儀測量同軸度誤差.計量技術(shù)，1991(9)：16-17

[5] 《計量測試技術(shù)手冊》編輯委員會，《計量測試技術(shù)手冊》第2卷 幾何量：第8章 形狀和位置誤差測量:476-560

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.05.14