軸承磨損和不良的測(cè)量方法

軸承的質(zhì)量通過動(dòng)作平滑度和耐久性進(jìn)行評(píng)估。動(dòng)作平滑度直接關(guān)系到節(jié)能和動(dòng)作精度，而耐久性會(huì)影響使用壽命。軸承的材料、結(jié)構(gòu)、供油方式、密封性方面的發(fā)展日新月異，無需維護(hù)的產(chǎn)品也正在開發(fā)之中。但是，各種結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)部件皆會(huì)不可避免地出現(xiàn)磨損和損傷等不良。
下面將介紹軸承上出現(xiàn)的不良、軸承精度的測(cè)量方法和存在課題以及這些課題的解決方法。

■何謂軸承

軸承支撐旋轉(zhuǎn)軸，使其在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。它是要求具有耐候性和耐久性的部件，能承受在高溫和低溫下工作，以及承受高載荷和高速旋轉(zhuǎn)，除汽車、自行車、家電產(chǎn)品以外， 還用于飛機(jī)等諸多領(lǐng)域的產(chǎn)品。

■軸承的種類和載荷

軸承的不良常常發(fā)生在滾珠、滾子、軸以及與它們接觸部分的摩擦面。不良的種類大致分為磨損和傷痕，發(fā)生原因有使用引起的劣化、外部沖擊、組裝不良等。根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)和軸承所承受的載荷，不良的應(yīng)對(duì)措施有所不同。

?軸承的種類

軸承大致分為球軸承、滾柱軸承、滑動(dòng)軸承，前兩者有滾珠、滾子等滾動(dòng)體，而后者使用潤滑劑代替滾動(dòng)體。

球軸承、滾柱軸承、滾針軸承：

這些軸承用球狀或圓柱狀的滾子支撐軸。使用球的軸承稱為“球軸承"。使用滾子的軸承稱為“滾柱軸承（圓柱滾子軸承）"、“滾針軸承（滾針軸承）"，負(fù)載能力高，可制作得比球軸承更薄。

滑動(dòng)軸承：

也稱為滑體軸承。其他有“平面軸承"、“金屬軸承"的別稱，軸與軸承表面直接接觸。內(nèi)部封入用于潤滑的油，減小摩擦。開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油膜變成旋轉(zhuǎn)的阻力，待旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，由于沒有機(jī)械性接觸，阻力會(huì)變小。旋轉(zhuǎn)期間沒有接觸面，因此該軸承具有安靜、能耐受高速旋轉(zhuǎn)和沖擊載荷的特點(diǎn)。

?軸承承受的載荷

軸承所承受的力分為“徑向載荷"、“軸向載荷"、“力矩載荷"。

徑向載荷：

對(duì)軸承中心線沿垂直方向（旋轉(zhuǎn)體的圓周方向）施加的載荷。

軸向載荷：

又稱為“推力載荷"。對(duì)軸承中心線沿平行方向（旋轉(zhuǎn)體的軸方向）施加的載荷。

力矩載荷：

因軸承或軸偏心而產(chǎn)生的載荷。該載荷出現(xiàn)時(shí)，軸承的使用壽命將大幅減少。

■軸承的不良

軸承的代表性不良有磨損、鱗片狀剝落、咬合、剝層等。此外，還有安裝或掉落時(shí)的沖擊和過大載荷引起的壓痕、間隙過小或載荷過大造成的污跡、潤滑不良或安裝不良造成的電蝕等。通過測(cè)量/觀察表面，即可查明這些不良的原因。
下面將介紹作為代表性不良的磨損、鱗片狀剝落、咬合、剝層的損傷狀態(tài)、原因及應(yīng)對(duì)措施。

?磨損

磨損有很多原因，軸承呈現(xiàn)出的現(xiàn)象也多種多樣。

損傷狀態(tài)：

表面磨損，引起尺寸變化。有粗糙、傷痕。

原因：

有固體異物侵入潤滑劑。潤滑不良。嵌合面間隙過小。

應(yīng)對(duì)措施：

使用過濾器過濾潤滑劑，或者改善潤滑劑和潤滑方法。加強(qiáng)密封性能。增加過盈量。

?鱗片狀剝落

鱗片狀剝落即剝離。它是在軌道面和旋轉(zhuǎn)面出現(xiàn)的不良，因軸承到達(dá)使用壽命而發(fā)生。必須在早期發(fā)生時(shí)立刻查明原因，并采取必要措施。

損傷狀態(tài)：

軌道全周呈鱗片狀剝落。剝落后形成球狀瀝青樣凹凸。

原因：

組裝不良或軸膨脹引起過大軸向載荷。異物侵入，生銹。

應(yīng)對(duì)措施：

重新檢查組裝精度。適當(dāng)調(diào)整載荷。提升潤滑劑粘度，改善潤滑方法。長期停止運(yùn)行時(shí)需防銹。

?咬合

因熱量影響，表面局部性地發(fā)生焊合的現(xiàn)象。在軸向方向上發(fā)生。

損傷狀態(tài)：

伴隨著軌道、旋轉(zhuǎn)面的燒結(jié)而出現(xiàn)的傷痕。

原因：

裝卸時(shí)的操作不良。過大的軸向載荷導(dǎo)致接觸面潤滑劑不足或潤滑不良。預(yù)壓過大。旋轉(zhuǎn)體滑動(dòng)。

應(yīng)對(duì)措施：

改善裝卸方法。減輕載荷，改善潤滑劑和潤滑方法。加強(qiáng)密封性能。

?剝層

伴隨著軌道面發(fā)生的磨損而出現(xiàn)的暗沉。一般來說，在滾針軸承上較常發(fā)生。剝層有時(shí)會(huì)進(jìn)展成鱗片狀剝落。

損傷狀態(tài)：

表面以數(shù)μm至10 μm的深度剝離，出現(xiàn)范圍大。

原因：

潤滑劑不合適。潤滑劑有異物混入。潤滑不良。與其接觸的其它部件表面粗糙。

應(yīng)對(duì)措施：

選擇合適的潤滑劑。過濾潤滑劑。改善部件粗糙度。

■軸承測(cè)量的課題

多數(shù)情況下，軸承的不良在外圈、內(nèi)圈、滾珠和滾子等處發(fā)生。因此，通過測(cè)量這些部分，可檢查是否發(fā)生磨損、鱗片狀剝落、咬合、剝層等。
使用輪廓測(cè)量儀測(cè)量軸承。但是，軸承形狀復(fù)雜，存在以下測(cè)量課題。

?利用形狀輪廓測(cè)量儀測(cè)量軸承的課題

形狀輪廓測(cè)量儀是使用被稱為探針的觸針，沿目標(biāo)物表面移動(dòng)，對(duì)其輪廓形狀進(jìn)行測(cè)量、記錄的裝置。近年來還出現(xiàn)了用激光代替觸針，通過非接觸式的輪廓描繪，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀測(cè)量的機(jī)型。部分機(jī)型還能進(jìn)行上下兩面的測(cè)量。
對(duì)于想要測(cè)量的軸承不良，形狀輪廓測(cè)量儀必須準(zhǔn)確描畫測(cè)量線。

因此存在以下課題。

·       將樣品固定于夾具、對(duì)樣品實(shí)施水平調(diào)整等作業(yè)十分耗時(shí)。而且，為了準(zhǔn)確地實(shí)施水平調(diào)整，必須具備形狀輪廓測(cè)量儀的相關(guān)知識(shí)和技能。

·       形狀輪廓測(cè)量儀的觸針以觸針臂上的支點(diǎn)為中心上下進(jìn)行圓弧運(yùn)動(dòng)，而觸針前端位置也會(huì)沿著X方向移動(dòng)，因此X軸數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生誤差。

·       使針按照預(yù)期通過的作業(yè)非常困難，針的微小偏移就會(huì)造成測(cè)量值偏差。

·       因?yàn)楸仨殞?duì)準(zhǔn)特定位置實(shí)施測(cè)量，所以很難增加測(cè)量數(shù)。

·       由于只能取得部分測(cè)量值，無法以面為單位進(jìn)行評(píng)估。

?三坐標(biāo)測(cè)量儀的測(cè)量課題

例如，待測(cè)量部分的面積很小，只有1 mm2時(shí)，要用探頭對(duì)準(zhǔn)該位置，制作虛擬面并準(zhǔn)確測(cè)量，是極為困難的。此外，測(cè)量微小部分的三維形狀時(shí)，測(cè)量點(diǎn)更少，難以準(zhǔn)確掌握形狀。而且，統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)、與圖紙進(jìn)行比較等工作需要花費(fèi)大量精力。

■軸承測(cè)量的課題解決方法

形狀輪廓測(cè)量儀以點(diǎn)和線為單位接觸立體目標(biāo)物和測(cè)量位置，同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，因此存在難以掌握整體形狀、測(cè)量值可靠性較低等課題。為解決這些測(cè)量課題，基恩士開發(fā)了3D輪廓測(cè)量儀“VR系列"。
以非接觸的方式，以面為單位來準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)物的3D形狀。此外，最快1秒完成載物臺(tái)上目標(biāo)物的3D掃描，高精度地測(cè)量三維形狀。因此，測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生偏差，可瞬間實(shí)施定量測(cè)量。下面具體介紹這些優(yōu)點(diǎn)。

?優(yōu)點(diǎn)1：以面為單位測(cè)量3D形狀

測(cè)量所需的作業(yè)是，將目標(biāo)物放置到載物臺(tái)上，然后只需按下按鈕即可。無需嚴(yán)格定位等預(yù)先準(zhǔn)備，即使沒有測(cè)量儀的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，也能立即實(shí)施高精度測(cè)量。

與形狀輪廓測(cè)量儀不同，可提取載物臺(tái)上放置的目標(biāo)物的特點(diǎn)，并自動(dòng)補(bǔ)正位置，因此測(cè)量作業(yè)無需配置專人操作，不熟悉操作的人員也可輕松快速地完成測(cè)量。此外，還可將達(dá)到300mm×150mm的大范圍進(jìn)行拼接測(cè)量，以及同時(shí)測(cè)量載物臺(tái)上放置的多個(gè)目標(biāo)物。
采用“VR系列"，通過只需放置于載物臺(tái)并按下按鈕的操作，即使是像軸承這樣具有復(fù)雜形狀的目標(biāo)物，也能準(zhǔn)確地進(jìn)行形狀測(cè)量。

?優(yōu)點(diǎn)2：豐富的輔助工具，實(shí)現(xiàn)無偏差的測(cè)量

對(duì)于掃描后的3D形狀數(shù)據(jù)，可在電腦畫面上使用工具，在各位置準(zhǔn)確描畫垂直的輪廓線，因此測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生偏差。

通過使用豐富的輔助工具，可簡單設(shè)定目標(biāo)測(cè)量內(nèi)容。例如，使用工具中的垂直線工具，即可輕松準(zhǔn)確地確定軸承外徑的測(cè)量線。

除簡單設(shè)定外，還實(shí)現(xiàn)了新手也能得心應(yīng)手的簡單操作，因此，即使是對(duì)測(cè)量不熟練的人員，也能在最快1秒內(nèi)準(zhǔn)確完成測(cè)量。因此，不僅是試制品和試驗(yàn)品，增加產(chǎn)品測(cè)量數(shù)和檢測(cè)數(shù)也易如反掌。

■總結(jié)：充分改善軸承形狀測(cè)量的課題與提升效率

采用“VR系列"，可通過高速3D掃描，以非接觸的方式迅速、準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo)物的3D形狀。滾珠、滾子、軌道槽的磨損狀態(tài)等棘手的測(cè)量，也可在最快1秒內(nèi)完成。解決了接觸式測(cè)量儀存在的各類課題。

·       以非接觸的方式、以面為單位進(jìn)行捕捉，使得觸針難以到達(dá)的部分也可實(shí)現(xiàn)截面測(cè)量。小軸承也能輕松準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量。

·       使用豐富的輔助工具消除人為導(dǎo)致的測(cè)量值偏差。實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量。

·       無需定位等操作，實(shí)現(xiàn)只需在載物臺(tái)上放置目標(biāo)物后按下按鈕的簡單操作。避免了配置專人執(zhí)行測(cè)量作業(yè)。

·       簡單、快速、高精度地測(cè)量3D形狀，因此可在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量多個(gè)目標(biāo)物，有助于提升質(zhì)量。

另外，還能進(jìn)行簡單分析，例如與以往3D形狀數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)的比較、公差范圍內(nèi)的分布等，因此可有效應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)和制造的趨勢(shì)分析、抽取檢測(cè)等各種用途。

基恩士 3D輪廓測(cè)量儀VR-6000系列

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