转向架轮轴测量过程误差分析与改进

2017-03-10谢常华

环球市场 2017年20期

关键词：过盈量百分表轮轴

谢常华

中车资阳机车有限公司机车事业部

转向架轮轴测量过程误差分析与改进

谢常华

中车资阳机车有限公司机车事业部

随着产品精度越来越高，轮轴加工及组装测量能力已不能适应新的要求。同时现有的测量手段及过程也存在较大的误差，因此需对轮轴加工的测量过程进行改进，以减小测量误，保证产品质量。

外径千分尺；内径百分表；测量误差；标准圆；校零

1 引言

机车的牵引力和制动力均通过车轴与车轮的结合力传递。因此轮对的组装质量直接关系到机车的行车安全。而轮对组装质量的一个重要参数为轮轴过盈量。过盈量过大可能造成车轮内孔塑性变形，甚至内孔损伤。过盈量过小又有产生车轮迟缓的可能。因此车轴及车轮尺寸的测量准确度至关重要。

2 现状调查

实际生产中轮与轴的过盈量公差一般在0.05左右，要保证过盈量真实可靠，就需要保证车轴外径及车轮内孔的测量过程误差之和要小于三之一倍过盈量的公差(三分之一原则)，即0.016。但现有的测量过程产生的测量误差很难保证这一要求。

原因有以下几个方面，下面以测量车轮轮座为φ235为例：

2.1 车轴外径测量

2.1.1 测量设备正常误差。现有手段测量车轴外径为外径千分尺，根据《外径千分尺》(GB/T1216-20014)第5.11规定，225-250规格的外径分千的外径千分尺允许误差为0.006。

2.1.2 测量设备校准误差。225-250规格的外径分千所使用的校准量杆为长度为225的标准杆，外径千分尺的检定是通过对标准杆的测量值与标准杆的检定值对比来判定该外径千分尺是否合格。外径千分尺在校准和实物测量时，测量螺杆的伸出长度不在同一位置。而测量螺杆的伸出与回缩是通过螺纹的旋转产生的，在旋转过程中必然会产生螺纹的磨损。但校准所使用在225长度范围为外径外分尺的最小测量范围，在一般实物测量中均不会使用到，一般只用于每次校准。该规格的外径千分尺最常使用到的范围为235。因此测量235时，测量螺杆所对应的螺纹磨损最为严重，而校准时，所对应的螺纹磨损较小。因此实际测量时尺子的测量值产生的误差会大于校准时的误差。同时由于每件外径千分尺的磨损情况也存在差异，因此在测量车轴时会出现不同的误差。

2.2 车轮内孔测量

2.2.1 测量设备正常误差。现有手段测量车轮内孔为内径百分表，根据《指示表(指针式、数显式)》(JJG34-2008)第4.9规定百分表的允许误差为0.005。

2.2.1 测量设备校零误差。现有的内径百分表校零手段为用千分尺校内径百分表。而千分尺测量工件外径时示值误差，它们的作用力方向相同，大小相等，即千分尺的活动测量面受到了量块或工件的反作用力，该反作用力与千分尺的测量力方向相反，大小相等。当外径千分尺的两测量面与工件或量块接触时，测量螺杆的右牙廓在力的作用下，总是与测量螺母的左牙紧密接触；而用外径千分尺来对内径而分表时，千分尺受力方向改变为内径百分表测量施加在活动测量面的作用力，其作用力比检定外径千分尺示值误差时的作用力要小，且方向相反。所以，在千分尺的测量螺杆与螺母有间隙旋合的情况下(轴向间隙在0.02毫米以下仍无手感轴向窜动)，测量螺杆的左牙廓与测量螺母的右牙廓紧密接触，这样，外径千尺两测量面的实际距离与指示量值又产生了一个差值。

3 测量误差计算

从现有的测量过程可以看出，外径千分尺与内径百分表测量设备本身的误差为0.011(0.005+0.006)。而轮轴的测量过程出现的误差还有以下两点：

(1)外径千分尺校准的尺寸与实际使用尺寸不一致；

(2)内径百分表使用外径千分尺校零，会将外径千分尺的本身结构产品的误差及磨损造成的误差累积下来。

例：我们用现有测量手段分别测量外径和内孔均为φ235.000的轴和孔，即实际过盈量为0.000，下面通过计算误差累积造成的测量误差：

(1)外径千分尺。设外径千分尺常用量程235处较225磨损造成的误差为-0.002，同时千分尺本身测量误差-0.006。那么测量理论值为235.000的外径，测量值＝235.000-0.002-0.006=234.992。

(2)内径百分表。使用外径千分尺对表过程：将外径千分尺调节到235.00。从上面计算可知，此时百分实际值为234.992。即认内径百分表示值235.00较实际值234.992有+0.008的对正误差。在测量235的标准内孔时，示值=标准值+对表误差+百分表设备误差=235+0.008+0.005=235.013。即通过测量示值计算出来的过盈量=234.992-235.013=-0.021。

通过以上计算，可以看出，实际过盈量为0.000，但通过测量示值计算出的过盈量为-0.021，即测量误差为0.021＞0.016。因此现有测量手段不能保证“三分之一“原则。

4 改进措施

为减少测量误差，可以从以下几个方面改进：1)外径千分尺校准使用常用的测量值的校准块。例如：225-250的外径千分尺用于235尺寸测量，便使用尺寸为235的标准测量试块对该外径千分尺进行测量，这样即同时校准外径千分尺本身的测量误差和磨损造成的测量误差。2)内径百分表也使用对应的235的标准内孔进行校准，这样内径面分表校准就不会累积外径千分尺的相关误差。

通过改进能有效的避免因设备磨损及对表造产生的测量误差，即整个测量过程的测量误差为设备本身的误差，即测量误差=0.006+0.005=0.011＜0.016。同时由于千分尺和百分表在改进后的校准状态与实际测量的状态基本一致，所以在校准过程中，即有效的反映出测量设备本身的误差，在实际测量时，再对对准时所得到的误差进行加减。由于在测量时对测量设备误差进行了修正，所以改进后的测量过程的测量误差还会小于设备本身的误差之和。因此改进后的测量手段能充分的满足“三分之一”原则。