軸承磨損和不良的測量方法

軸承磨損和不良的測量方法

軸承的質量通過動作平滑度和耐久性進行評估。動作平滑度直接關系到節能和動作精度，而耐久性會影響使用壽命。軸承的材料、結構、供油方式、密封性方面的發展日新月異，無需維護的產品也正在開發之中。但是，各種結構的滑動部件皆會不可避免地出現磨損和損傷等不良。
下面將介紹軸承上出現的不良、軸承精度的測量方法和存在課題以及這些課題的解決方法。

■何謂軸承

軸承支撐旋轉軸，使其在旋轉時不會發生抖動。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，除汽車、自行車、家電產品以外， 還用于飛機等諸多領域的產品。

■軸承的種類和載荷

軸承的不良常常發生在滾珠、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，發生原因有使用引起的劣化、外部沖擊、組裝不良等。根據軸承結構和軸承所承受的載荷，不良的應對措施有所不同。

?軸承的種類

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

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）"，負載能力高，可制作得比球軸承更薄。

滑動軸承：

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。內部封入用于潤滑的油，減小摩擦。開始旋轉時，潤滑油膜變成旋轉的阻力，待旋轉穩定后，由于沒有機械性接觸，阻力會變小。旋轉期間沒有接觸面，因此該軸承具有安靜、能耐受高速旋轉和沖擊載荷的特點。

?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：

對軸承中心線沿垂直方向（旋轉體的圓周方向）施加的載荷。

軸向載荷：

又稱為“推力載荷"。對軸承中心線沿平行方向（旋轉體的軸方向）施加的載荷。

力矩載荷：

因軸承或軸偏心而產生的載荷。該載荷出現時，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、原因及應對措施。

?磨損

磨損有很多原因，軸承呈現出的現象也多種多樣。

損傷狀態：

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。

應對措施：

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面出現的不良，因軸承到達使用壽命而發生。必須在早期發生時立刻查明原因，并采取必要措施。

損傷狀態：

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。

應對措施：

重新檢查組裝精度。適當調整載荷。提升潤滑劑粘度，改善潤滑方法。長期停止運行時需防銹。

?咬合

因熱量影響，表面局部性地發生焊合的現象。在軸向方向上發生。

損傷狀態：

伴隨著軌道、旋轉面的燒結而出現的傷痕。

原因：

裝卸時的操作不良。過大的軸向載荷導致接觸面潤滑劑不足或潤滑不良。預壓過大。旋轉體滑動。

應對措施：

改善裝卸方法。減輕載荷，改善潤滑劑和潤滑方法。加強密封性能。

?剝層

伴隨著軌道面發生的磨損而出現的暗沉。一般來說，在滾針軸承上較常發生。剝層有時會進展成鱗片狀剝落。

損傷狀態：

表面以數μm至10 μm的深度剝離，出現范圍大。

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。

應對措施：

選擇合適的潤滑劑。過濾潤滑劑。改善部件粗糙度。

■軸承測量的課題

多數情況下，軸承的不良在外圈、內圈、滾珠和滾子等處發生。因此，通過測量這些部分，可檢查是否發生磨損、鱗片狀剝落、咬合、剝層等。
使用輪廓測量儀測量軸承。但是，軸承形狀復雜，存在以下測量課題。

?利用形狀輪廓測量儀測量軸承的課題

形狀輪廓測量儀是使用被稱為探針的觸針，沿目標物表面移動，對其輪廓形狀進行測量、記錄的裝置。近年來還出現了用激光代替觸針，通過非接觸式的輪廓描繪，實現復雜形狀測量的機型。部分機型還能進行上下兩面的測量。
對于想要測量的軸承不良，形狀輪廓測量儀必須準確描畫測量線。

因此存在以下課題。

·       將樣品固定于夾具、對樣品實施水平調整等作業十分耗時。而且，為了準確地實施水平調整，必須具備形狀輪廓測量儀的相關知識和技能。

·       形狀輪廓測量儀的觸針以觸針臂上的支點為中心上下進行圓弧運動，而觸針前端位置也會沿著X方向移動，因此X軸數據會發生誤差。

·       使針按照預期通過的作業非常困難，針的微小偏移就會造成測量值偏差。

·       因為必須對準特定位置實施測量，所以很難增加測量數。

·       由于只能取得部分測量值，無法以面為單位進行評估。

?三坐標測量儀的測量課題

例如，待測量部分的面積很小，只有1 mm2時，要用探頭對準該位置，制作虛擬面并準確測量，是極為困難的。此外，測量微小部分的三維形狀時，測量點更少，難以準確掌握形狀。而且，統計測量數據、與圖紙進行比較等工作需要花費大量精力。

■軸承測量的課題解決方法

形狀輪廓測量儀以點和線為單位接觸立體目標物和測量位置，同時進行測量，因此存在難以掌握整體形狀、測量值可靠性較低等課題。為解決這些測量課題，基恩士開發了3D輪廓測量儀“VR系列"。
以非接觸的方式，以面為單位來準確捕捉目標物的3D形狀。此外，最快1秒完成載物臺上目標物的3D掃描，高精度地測量三維形狀。因此，測量結果不會產生偏差，可瞬間實施定量測量。下面具體介紹這些優點。

?優點1：以面為單位測量3D形狀

測量所需的作業是，將目標物放置到載物臺上，然后只需按下按鈕即可。無需嚴格定位等預先準備，即使沒有測量儀的知識和經驗，也能立即實施高精度測量。

與形狀輪廓測量儀不同，可提取載物臺上放置的目標物的特點，并自動補正位置，因此測量作業無需配置專人操作，不熟悉操作的人員也可輕松快速地完成測量。此外，還可將達到300mm×150mm的大范圍進行拼接測量，以及同時測量載物臺上放置的多個目標物。
采用“VR系列"，通過只需放置于載物臺并按下按鈕的操作，即使是像軸承這樣具有復雜形狀的目標物，也能準確地進行形狀測量。

?優點2：豐富的輔助工具，實現無偏差的測量

對于掃描后的3D形狀數據，可在電腦畫面上使用工具，在各位置準確描畫垂直的輪廓線，因此測量結果不會產生偏差。

通過使用豐富的輔助工具，可簡單設定目標測量內容。例如，使用工具中的垂直線工具，即可輕松準確地確定軸承外徑的測量線。

除簡單設定外，還實現了新手也能得心應手的簡單操作，因此，即使是對測量不熟練的人員，也能在最快1秒內準確完成測量。因此，不僅是試制品和試驗品，增加產品測量數和檢測數也易如反掌。

■總結：充分改善軸承形狀測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、準確地測量目標物的3D形狀。滾珠、滾子、軌道槽的磨損狀態等棘手的測量，也可在最快1秒內完成。解決了接觸式測量儀存在的各類課題。

·       以非接觸的方式、以面為單位進行捕捉，使得觸針難以到達的部分也可實現截面測量。小軸承也能輕松準確地進行測量。

·       使用豐富的輔助工具消除人為導致的測量值偏差。實現定量測量。

·       無需定位等操作，實現只需在載物臺上放置目標物后按下按鈕的簡單操作。避免了配置專人執行測量作業。

·       簡單、快速、高精度地測量3D形狀，因此可在短時間內測量多個目標物，有助于提升質量。

另外，還能進行簡單分析，例如與以往3D形狀數據和CAD數據的比較、公差范圍內的分布等，因此可有效應用于產品開發和制造的趨勢分析、抽取檢測等各種用途。

基恩士 3D輪廓測量儀VR-6000系列

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