双列角接触球轴承套圈沟心距的检测方法

张林，张亭亭，王玉飞

（1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039）

轴承内、外圈的沟位置是轴承加工的重要指标，需进行严格控制，特别是对于角接触类轴承，如果套圈的沟位置控制不当，将直接影响接触角和装配游隙［1］，最终影响成品轴承的凸出量及安装时的加载预紧，导致成对使用性能大打折扣，甚至无法使用。而对于内、外圈均为双列结构的球轴承，其沟心距的控制需要更加精确，以保证成品轴承的各项指标符合图纸要求，满足实际的工况条件。

1 常见类型

根据使用条件及图纸要求，对双列球轴承沟位置的要求大致分为2种，如图1所示。

图1 双沟类球轴承的内、外圈Fig.1 Double row ball bearing inner and outer ring

图1a中，轴承包含1个外圈和2个内圈，外圈沟位置分别以2个端面为基准，对沟心距的尺寸及公差并无要求。沟位置的检测方法与常规单列球轴承相同，从最早的位置样板检测，通过光隙法判定沟位置是否符合工艺要求，逐渐发展到使用专用仪器检测沟位置，使得对沟位置的控制更加精确。对于角接触类轴承零件的检测，常规的轴承检测仪器存在一些不足，一些技术人员对角接触类轴承沟位置仪器和附件进行了改进［2-3］，使检测方法更加合理，检测数据更加准确。

与图1a不同，图1b中轴承内、外圈的沟道均为双列形式，如果对沟心距无要求，只是像图1a一样控制沟位置，轴承装配时就会出现问题。该结构轴承一般以一个端面作为基准面，控制一个沟位置和沟心距，从而在装配的过程中保证内、外圈的2个沟道中心线重合，确保装配顺利进行。因此，内、外圈沟心距尺寸的统一性尤为重要，应对其进行严格控制。

目前，常规的轴承检测仪器无法测量双列沟道的沟心距，因此分析了3种沟心距测量方法，从检测精度、操作难易程度上进行了对比，为双沟类轴承零件沟心距的检测提供一些参考。

2 沟心距检测方法

2.1 间接计算

文献［4］通过对套圈高度和沟位置的控制，采用间接计算的方法保证了沟心距的要求。如图2所示，分别测量轴承外圈的沟位置数据H1和H2，以及外圈总高度H，则沟心距H3＝H-H1-H2。

图2 高度及沟位置Fig.2 Height and groove position

该方法以计算为主，通过套圈高度和2个沟位置尺寸保证沟心距的尺寸及公差，计算精确。但对于批量加工的零件，沟心距会因为各零件高度的不同和沟位置的差异而导致数值超差。另外，由于加工过程中要保证沟心距，对零件整批高度和沟位置这2道工序的要求更加严格，增加了磨加工工序的难度，大大降低了加工效率；而且，由于高度和沟位置测量均存在误差，计算沟心距时会导致误差叠加，计算结果的误差较大。

2.2 影像仪

三坐标测量仪价格昂贵，一般用于实验室或计量室，加工制造车间很少配备，较多采用价格便宜的影像式测量仪。影像仪基于光学投影的原理，将待测量轴承外圈采用线切割的方式沿直径方向切开，将切开后的零件放置于测量平台上，使用影像仪自带软件的自动捕捉圆心功能，找出两沟R的圆心，并测量圆心距，即可得到沟心距的数值。

影像仪能够直接对零件进行测量，误差小于5μm，测量精度较高，测量方法简单。但其通过影像投影出零件的轮廓及形状，对于轴承外圈沟道轮廓，因受挡边影响无法直接测量，只能将其剖分后才能进行投影、测量，即在工序过程中的检测需要破坏零件；另外，该仪器受操作人员的操作技能影响很大，不同操作人员或使用不同倍率的物镜，对零件形状的清晰度判断标准也会有差异，导致测量结果存在一定误差。

2.3 轮廓仪

采用某型轮廓仪检测沟心距的步骤如下：

1）以轴承外圈为例，将加工后的零件放置于检测平台，使用轮廓仪检测其2个沟道，检测后的沟道轮廓如图3所示；2）截取图形中的圆弧，点击测量软件中的轮廓形状选项，显示出检测数据即沟心距数值，如图4所示。

图3 轴承沟道图形Fig.3 Bearing groove graph

图4 沟心距测量数据Fig.4 Measuring data of groove center

轮廓仪属于高精密仪器，标称误差小于1μm，能够直接对零件进行测量，不破坏零件，操作简单，测量精度高；且整个检测过程基本消除了人为因素的影响，检测人员的更换或者对同一零件反复测量都不会影响到检测结果。

2.4 实例验证

以实际加工的3206X2ATN／HEP5YA1轴承外圈为例，图纸对其尺寸及沟位置的要求如下：外径D＝62 mm，内径 d＝46.7 mm，高度 H＝19 mm，H1＝5.62 mm，沟心距 H3＝（7.76±0.005）mm。

随机抽取加工中的零件，分别采用上述3种方法测量，结果如下：1）间接测量得到H1＝5.62 mm，H2＝5.62mm，H＝18.99mm，计算得H3＝7.75 mm；2）影像仪的测量结果为7.763 mm；3）轮廓仪显示的测量数据为7.760 6 mm。

3 检测方法分析

通过对3种检测方法的对比分析，可知：

1）计算法在实际的测量过程中累积误差多，并且对加工工序的质量要求高，沟心距不容易保证，加工过程中的质量不易控制。

2）影像仪可直接对零件进行沟心距测量，加工过程中的质量可控，但由于其原理制约而存在一定的测量限制，且受人为因素的影响较大。

3）轮廓仪检测精度高，检测过程基本消除了检测人员的因素影响，检测结果更接近真值。