航空发动机轴承内外圈检测技术研究

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杨i洁等：航空发动杌轴承内外嚼检洳技术研究航空发动机轴承内外圈检测技术研究The Detection Technology Research on Bearing Inner andOuter Ring of Aircraft Engine杨玉洁 姜国雁 吴 坚 岳秋岩 刘 涛(沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司，辽宁 沈阳 110043)摘 要：轴承由内外圈及位于内外圈之间的滚棒或滚珠构成。轴承的内圈内径、外圈外径是直接与其它零件相配合的部分，对于航空发动机精密轴承来说，轴承与其它零件的配合情况直接影响到轴承的使用性能。因此必须对轴承的内外圈直径进行准确的测量，保证轴承与其它零件的良好配合。

本文通过案例分析了在测量轴承直径过程中，由于外力作用使轴承产生变形，造成错误的测量结果，分析了产生误差的原因，介绍了轴承测量方法、注意事项，具有解决轴承检测技术难题的参考价值。本文通过对测量装置的测量重复性、稳定性实验考核的介绍，测量标准的不确定度分析与验证，为实现轴承高准确度检测研究奠定了基础。

关键词 ：轴承 ；测量误差；变形；分解测量；测量不确定度；验证1 概述发动机主轴轴承是重要的活动部件，在装机前应对所有轴承进行验收检查 ，以鉴别是否符合轴承标准和有关技术要求。主要的验收指标包括：滚动体直径、高度；轴承内外圈直径；内圈挡边与滚子端面的间隙等。要保证发动机质量，轴承检测数据必须准确可靠，而轴承直径长度量值的溯源至关重要。仪器、量块、环规等是量值传递和溯源中不可缺少的测量标准，通过它将轴承等零件的加工尺寸溯源到国家基准。

本项目主要针对轴承在最常见仪器上测量的方法、外力作用时产生变形轴承的测量误差分析、轴承测量重复性和稳定性实验考核、测量不确定度分析与验证进行研究分析，对于保证航空发动机轴承测量准确可靠具有十分重要的意义和作用。

2 检测设备2米测长机；测长仪型号为 Labooncpt Nano；三等标准环规；四等标准量块。

3 检测条件温度：(20士1)℃，温度变化不超过 0．5~C／h。

相对湿度：不大于 75％，室内应避免振动。

4 检测过程4．1 准备工作仪器在开机前应检查各活动部分是否灵活，工作是否平稳，有无卡阻和跳动现象，紧固螺钉的作用应切实有效。对零件进行外观检查，并进行清洗处理。把零件置于工作台上。

4．2 外圈外径尺寸的测量4．2．1 仪器及测帽的选择与安装轴承外圈外径是柱面形状，应选择测长机及球面测帽进行测量，将球面测帽安装在测座和尾座的测杆上，移动测座与尾座，使两测帽互相接触，调整尾座微调手轮，使光学计管的示值对准某数(一般对零)，然后用螺丝刀调整尾管上的两个相互垂直的螺钉 ，使尾管的测杆摆动，改变两测帽的相对位置，在两个互相垂直的方向调整时，同时观察光学计的示值变化，当读数是最大的转折点数值时，则停止转动，即仪器目镜视场中刻线象移动的转折点重合，此时的测帽已处于正确的位置，这时便可进行测量。

4．2．2 测量方法在外圈尺寸测量时，需要用一个标准量块作为标准件，从尽可能选用与被测尺寸接近的原则出发，测量尺寸~180和 ~164．064时可选用标称尺寸为 175mm量块，测量确定其实际值，作为定位起始值，然后将轴承放在工作台上测量，测量时，仪器读数即为轴承外径实际尺寸。

4．3 内圈内径尺寸的测量4．3．1 测钩的安装万能测长仪的附件中专门配有测量内径尺寸的测钩架与测钩。在安装测钩时，根据被测薄臂内套件水平放置的特点，测钩需垂直安装，将固定测钩与仪器尾管连接，活动测钩与仪器测量轴连接。在工作台上放一块垫铁，使测钩靠紧垫铁的侧面，保证测钩处于同一垂直面上，测钩安装好后，就可以进行测量。

4．3．2 测量方法在内径尺寸测量时，要有一个标准尺寸，从提高测量准确度的角度出发，应尽可能选用被测尺寸接近的环规，为此，将一个实际尺寸为 125．010mm的标准环规做为标准件，将其安装在工作台上进行测量，测出其定位读数值《计量与鼬试技术》2013年第40卷第 10期。

为 50．O10mm，以此作为起始值位置，然后计算出测钩的长度 125．010mm一50．OlOmm=75．0001"ILrn，再换上被测零件，}贝4出的读数值加上75．000ram即为被测件实际尺寸。

5 造成轴承测量时产生粗大误差的主要原因及分析5．1 测量时装夹不当造成的测量误差在进行轴承的内外径测量时，一般要将轴承装夹在工作台上，防止轴承在测量过程中发生移动，轴承外套的厚度只有 5mm，装夹时在外力作用下很容易产生变形，例如：委托单位送检的轴承要求测量尺寸公差为：内圈内径 ~130~0
．
013I／IFfl，外圈外径 $180~0
．
013mm，在一种装夹状态下的检测结果为 130．001mm， 180．002mm，尺寸超出了公差范围。更换装位置后测量结果 130．000mm，180．000ram，检测结果合格。

5．1．1 误差原因分析如图 1所示是轴承在测量时装夹在仪器工作台上的情况。旋转锁紧螺钉，压板将被测轴承压紧，由于锁紧螺钉与仪器工作台之间是滑动磨擦，使压板产生 F方向的推力，造成轴承变形，被测直径方向尺寸增大。

固定螺栓 锁紧螺钉仪器工作台图 15．1．2 改进方法图2，重新改装夹具后，在锁紧螺钉和仪器工作台之间增加了滑动螺母。使锁紧螺钉在锁紧时底部在滑动螺母中滑动，消除了F方向的推力，避免了轴承的变形。

图 2为了消除轴承装夹变形，也可以对轴承采取 自由状态下的测量方法，即不用夹具，在仪器工作台上放一块胶皮，将轴承放置在胶皮上与工作台隔开，防止轴承在工作台上滑动，这种方法可以有效避免轴承装夹变形。

5．2 轴承整体测量造成的测量误差5．2．1 在不分解的情况下 4量轴承，由于轴承内外套及滚珠之间的相互作用，产生测量误差，如，物资配送中心送检两套轴承，委托测量尺寸内环内径 1l8．940oo
．o081-nnl，外环外径 164．064~0
．
oll-nn-i。检测人员接到任务后没有对轴承分解，恒温后直接对轴承进行了委托项 目的检测，测量结果见表 1。

表 1从表 1看，所测轴承内外径尺寸都严重超出了公差要求。

将两套轴承分解后重新测量，测量结果见表 2。

表 2从表 2看，两套轴承的内外圈尺寸均在合格范围内。

对于两次大相径庭的测量结果，曾引起公司有关领导的高度重视，召集有关人员进行分析，最后结论认为，两次测量结果不同的原因是因为在测量过程中由于轴承内外圈及滚棒间的相互作用使轴承的内外径产生变形造成测量结果产生了较大的误差。为了验证所分析的结果，我们又对其它轴承分别模拟了在整体状态下和分解状态下进行了测量，测量结果基本上与所分析的结论相同。

5．2．2 误差原因分析普通情况下，委托单位要求对轴承内外套直径和滚棒直径进行测量，在测量时首先要对轴承进行分解，分别测量各项尺寸，如果委托单位只要求测量轴承的内外套直径尺寸，没有委托滚棒直径的测量，检定单位不需要对轴承分解也能够进行内外套直径尺寸的i见0量，在这种情况下，也就产生了上述测量误差。因此无论委托单位是否对轴承滚棒进行委托，都要先对轴承进行分解后再进行测量，除非委托单位对测量过程有特殊要求。如果测量过程中有不明确的地方，一定要与委托单位进行及时的沟通。避免发生不必要的错误，造成不可挽回的损失。

通过以上分析，轴承测量应注意以下几点：测量轴承外径尺寸时注意标准量块的选择，应尽量接近轴承被测尺寸，测量时应加入量块的偏差值；测量轴承内径尺寸时，测钩应垂直于工作台，标准环规的尺寸应接近轴承的内径尺寸；轴承装夹时的夹紧力不能过大，避免引起轴承的变形。

6 轴承外围直径测量不确定度分析(以 201．725rm为例)6．1 测量方法：测量外圈直径测量时，在型号为I／I3M一11的测长机杨i洁等：航空发动机轴承 内外圈捡翻技术研究上通过与实际值为 200 lq'lTl标准量块进行比较而确定。

将标准量块固定于测长机的工作台上，使测量头与量块表面接触 良好 ，测量确定量块的实际值，作为定位起始值，然后将被i贝4轴承安装固定，重复几次找到最佳位置，’狈0长机的显示的结果即为被测轴承外径尺寸。

6．2 数学模型测量结果由下式(1)给出d= +a一2 ( △ 一d ) (1)式中：d一被测轴承外径尺寸；2 一标准量块实际尺寸；0一测长机测量标准量块和被测轴承的差值；a 一 标准量块的线膨胀系数；△ 一标准量块温度对参考温度 20％的偏差；一 被测轴承的线膨胀系数；△￡一被测轴承温度对参考温度20℃的偏差。

设被测轴承与标准量块的温度差为 ，线膨胀系数之差为 ，则上式变换为：d=2 +a—f (3az~t+a )温度差 和线膨胀系数差 估计为零，但它们的不确定度非零，如 与a ，3t与△ 认为无关。

6．3 方差和灵敏系数依u =∑( ) ( )有(d)=c (2 )U (2 )+c (a)¨ (a)+c (潞)M(如)+C (At)u ( )+C ( )u (3t)+C (a )“ (a )(2)式中：C(f )= a 2 ：1；C(a)=a厂／aa=1；C(Ot )=3f／aa =0；C(△ )=3f／3At=0；c(融)= a如 =一lAt=201．725mmX 103×1℃；c(3t)=a厂／a3t=一l,a =201．725mm X 103 X 11．5×1O一 ℃ _。。

于是／, (d)=“ (2 )+M (a)+f U (赫)+2 (3t)6．4 计算分量标准不确定度6．4．1 标准量块引入的不确定度分量 U( )U( )=0．6t~m／2．58=O．23pan6．4．2 测长机测量标准量块和被测轴承外径尺寸差值引入的不确定度分量 u(a)“(a)=0．71／ma6．4．3 标准量块与轴承线膨胀系数差引入的不确定度U(如)(如)=0．12tma6．4．4 标准量块与轴承温度差引入的不确定度 ／t( )(3t)=0．41ma6．5 合成标准不确定度(d)=u ( )+u (a)+d M (3t)M(d)=O．86tan6．6 扩展不确定度U95=2gm7 测量重复性、稳定性考核、测量定度验证7．1 测量重复性实验考核选择 ~P200mm三等标准环规作为标准，选择外圈直径为 201．725mm的轴承外径，测长机上进行连续重复测量六次，计算其实验标准偏差：S ( )=0．16tma，S ( )，、<詈u。=0．57tma，测量装置测量重复性符合要求。

7．2 测量稳定性实验考核选 201．725mm的轴承外径在测长机上进行稳定性实验，每隔三个月观测一次，每次测量 6个数据，取其平均值，共观测四次，计算得到：s =0．3tan5 <“ =0．86tma稳定性小于合成标准不确定度，稳定性符合要求。

7．3 测量不确定度验证利用三台同等水平的测量标准，对同一被测量进行测量，三台测量结果的平均值 Y与验证的测量标准观测值Yi之差的绝对值l Y —Y l=0．6tan~

8 结论本文通过分析在测量轴承直径过程中，由于外力作用使轴承产生变形，造成错误的测量结果，产生误差的原因，总结出轴承的测量方法和注意事项。通过对轴承测量重复陛、稳定性实验与考核、对轴承测量不确定度的分析与验证。证明了检测轴承测量装置性能稳定，能够满足发动机轴承检测需要。为实现航空发动机轴承高准确度测量，保证数据准确可靠奠定了理论基础和实际经验。

可供检测人员在测量和分析轴承测量技术时参考使用。

参考文献[1]石作德等．JG 343—2012《光滑极限量规检定规程》．国家技术监督局.

作者简介：杨玉洁，女，工程师。工作单位：沈阳黎明航空发动机 (集团)有限责任公司。通讯地址：110043沈阳市大东区东塔街6号。

姜国雁，吴坚，岳秋岩，刘涛，沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司(沈阳 110043)。

收稿日期i2013—04—09