抱轴箱轴承孔同轴度的检测
发布时间：2013-09-27汤忠芳1 褚守云2 张宝金1 陈明1
（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200030；2.常州轻工职业技术学院，江苏常州 213164）
摘 要：从滚动抱轴箱的结构分析入手，通过不同的同轴度检测方法对产品质量影响的阐述，对类似抱轴箱这样的“长距短孔”零件的的同轴度检测提出了一种切实、可行的检测方法。实际检测结果表明检测方法可靠，检测结果稳定，更符合产品装配和实际使用状况，满足了产品的质量要求。
关键词：抱轴箱；同轴度；轴承孔；三座标
1 问题的提出
滚动抱轴电机悬挂方案（见图1）是国内外货运内燃机车一个发展趋势。由于电机滚动抱轴结构成熟、工艺较简单、维修方便，可以大幅度减少电机对机车动轮的阻力，从根本上消除了电机滑动抱轴结构的抱轴瓦碾瓦、抱轴油箱的漏、窜油等惯性质量问题，明显改善了牵引齿轮的啮合状况，延长了齿轮的运用寿命。目前，我国铁路干线货运机车已开始逐步推广滚动抱轴方式。采用该技术可以有效减少日常运用时的检修工作量，提高机车的可靠性，降低运用成本，符合部件免维护发展的要求。某公司先后在东风8B型机车、6000马力交直交传动机车和青藏高原铁路内燃机车上使用了滚动抱轴箱结构。
关键词：抱轴箱；同轴度；轴承孔；三座标
1 问题的提出
滚动抱轴电机悬挂方案（见图1）是国内外货运内燃机车一个发展趋势。由于电机滚动抱轴结构成熟、工艺较简单、维修方便，可以大幅度减少电机对机车动轮的阻力，从根本上消除了电机滑动抱轴结构的抱轴瓦碾瓦、抱轴油箱的漏、窜油等惯性质量问题，明显改善了牵引齿轮的啮合状况，延长了齿轮的运用寿命。目前，我国铁路干线货运机车已开始逐步推广滚动抱轴方式。采用该技术可以有效减少日常运用时的检修工作量，提高机车的可靠性，降低运用成本，符合部件免维护发展的要求。某公司先后在东风8B型机车、6000马力交直交传动机车和青藏高原铁路内燃机车上使用了滚动抱轴箱结构。
2 结构分析
抱轴箱是滚动抱轴电机悬挂装置的关键零件，其结构见图2所示。该件结构复杂，精度要求高，加工难度大，特别是两端轴承档的同轴度，其精度直接影响装配后车轴的工作状态。由于该零件较长，达1090mm，而两端轴承档却相对非常窄，其同轴度的检测非常困难。同样的检测方法，往往由于测量基准选择的不同，实际得出的测量结果差异很大，经常造成产品质量的误判，给实际生产带来严重影响。
抱轴箱是滚动抱轴电机悬挂装置的关键零件，其结构见图2所示。该件结构复杂，精度要求高，加工难度大，特别是两端轴承档的同轴度，其精度直接影响装配后车轴的工作状态。由于该零件较长，达1090mm，而两端轴承档却相对非常窄，其同轴度的检测非常困难。同样的检测方法，往往由于测量基准选择的不同，实际得出的测量结果差异很大，经常造成产品质量的误判，给实际生产带来严重影响。
3 同轴度检测方法及其误差分析
根据标准GB/T 1182-1996中同轴度的定义，同轴度是指被测圆柱面轴线对基准轴线不共轴的程度。根据定位Z小包容区的概念，用与基准轴线同轴的圆柱面来包容被测圆柱面（孔）的实际轴线，在被测长度内，Z小包容圆柱面的直径就是被测圆柱轴线对基准轴线的同轴度。同轴度的标注方式主要有2种，见图3。
根据标准GB/T 1182-1996中同轴度的定义，同轴度是指被测圆柱面轴线对基准轴线不共轴的程度。根据定位Z小包容区的概念，用与基准轴线同轴的圆柱面来包容被测圆柱面（孔）的实际轴线，在被测长度内，Z小包容圆柱面的直径就是被测圆柱轴线对基准轴线的同轴度。同轴度的标注方式主要有2种，见图3。
（1）单基准同轴度（图3a）。即以一端圆柱面的轴线为基准，另一端圆柱面的轴线的对基准轴的允差（图3c）；
（2）公共基准轴线同轴度（图3b）。以两端圆柱面建立公共基准轴线，被测圆柱面的轴线对公共基准轴线的允差（图3d）。
从图3c、d可以看出，同一工件采用单基准标注所测量出的同轴度偏差值远远大于公共基准标注所测量出的同轴度偏差值[1]。
4 抱轴箱同轴度的三座标检测
三座标测量机是集光、机、电以及计算机控制为一体的高精度测量设备，它不仅能对常规零部件的尺寸及形位公差进行测量，而且还能测量各种形状复杂的工件。实际检测时不必对测量件进行精确而繁琐的定位、找正，它可以利用测量件本身的基准建立相应的座标参考系，并且在一次测量中可建立多重座标系及任意转换、变化，测量的灵活、快速、准确是三座标测量机的显著特征。三座标测量机在测量方法及数据处理上严格地遵守国家测量技术标准，同时在很大程度上避免了人为因素对测量数据的干扰，但测量方法正确与否直接影响到测量结果的真实有效。
基于以上分析，对抱轴箱轴承档这样的“长距短孔”零件，常规的同轴度检测方法已不能适应其检测要求，一般宜采用三座标测量机进行检测[3]。由于产品设计的标注采用的是单基准同轴度的方法，若采用相应的检测方法，实际检测发现测量结果重复性差，且数据相差很大。若采用公共基准轴线同轴度的方法，在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其Z大值作为该零件的同轴度，这条公共轴线近似于一个模拟心轴。这种测量方法更接近零件的实际装配过程，且测量结果稳定、重复性好。表1为分别采用2种不同测量方法的实际检测数据。
（2）公共基准轴线同轴度（图3b）。以两端圆柱面建立公共基准轴线，被测圆柱面的轴线对公共基准轴线的允差（图3d）。
从图3c、d可以看出，同一工件采用单基准标注所测量出的同轴度偏差值远远大于公共基准标注所测量出的同轴度偏差值[1]。
4 抱轴箱同轴度的三座标检测
三座标测量机是集光、机、电以及计算机控制为一体的高精度测量设备，它不仅能对常规零部件的尺寸及形位公差进行测量，而且还能测量各种形状复杂的工件。实际检测时不必对测量件进行精确而繁琐的定位、找正，它可以利用测量件本身的基准建立相应的座标参考系，并且在一次测量中可建立多重座标系及任意转换、变化，测量的灵活、快速、准确是三座标测量机的显著特征。三座标测量机在测量方法及数据处理上严格地遵守国家测量技术标准，同时在很大程度上避免了人为因素对测量数据的干扰，但测量方法正确与否直接影响到测量结果的真实有效。
基于以上分析，对抱轴箱轴承档这样的“长距短孔”零件，常规的同轴度检测方法已不能适应其检测要求，一般宜采用三座标测量机进行检测[3]。由于产品设计的标注采用的是单基准同轴度的方法，若采用相应的检测方法，实际检测发现测量结果重复性差，且数据相差很大。若采用公共基准轴线同轴度的方法，在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其Z大值作为该零件的同轴度，这条公共轴线近似于一个模拟心轴。这种测量方法更接近零件的实际装配过程，且测量结果稳定、重复性好。表1为分别采用2种不同测量方法的实际检测数据。
在实际的抱轴箱装配过程中，车轴是通过两端的轴承与抱轴箱联接，抱轴箱的同轴度会通过轴承反映在车轴两端的轴颈跳动上。机车在实际运行中，车轴就是公共基准中的那条公共轴线。采用公共基准法测量数据值小的产品在轮对组装中往往表现为更接近实际测量的间隙值，在加装轴承后测量的车轴径向跳动值也与抱轴箱两端孔同轴度值相吻合。由表1的实际检测结果分析可知，结合抱轴箱实际装配和使用的情况，表明公共基准法更符合设计要求。
5 结束语
在实际测量中，同轴度测量方法的选择受到多方面的影响，特别对像抱轴箱轴承档这样的“长距短孔”零件，不能死搬教条，检测人员除了认真分析图纸，还必须仔细了解零部件的实际装配情况，通过与设计部门的沟通来制定切实、可行的检测方案，减少测量误差，提高测量精度。
参考文献
[1]曹斌.三座标测试技术在生产中的应用[J].工业计量,2001(81),205-206.
[2]武春利,杨蓉.三坐标测量机测量同轴度误差的方法探讨[J].现代制造技术与装备.2008(1):39-41.
[3]徐金元.利用三座标测量机测量止口孔的同轴度[J].电力机车技术.2002(2):33-34.
[4]机械部机械标准化研究所.GB/T 1182-1996形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法[S].1996.
5 结束语
在实际测量中，同轴度测量方法的选择受到多方面的影响，特别对像抱轴箱轴承档这样的“长距短孔”零件，不能死搬教条，检测人员除了认真分析图纸，还必须仔细了解零部件的实际装配情况，通过与设计部门的沟通来制定切实、可行的检测方案，减少测量误差，提高测量精度。
参考文献
[1]曹斌.三座标测试技术在生产中的应用[J].工业计量,2001(81),205-206.
[2]武春利,杨蓉.三坐标测量机测量同轴度误差的方法探讨[J].现代制造技术与装备.2008(1):39-41.
[3]徐金元.利用三座标测量机测量止口孔的同轴度[J].电力机车技术.2002(2):33-34.
[4]机械部机械标准化研究所.GB/T 1182-1996形状和位置公差通则、定义、符号和图样表示法[S].1996.
来源：《机车车辆工艺》2009年02期