轉向架輪軸測量過程誤差分析與改進

謝常華

中車資陽機車有限公司機車事業部

轉向架輪軸測量過程誤差分析與改進

謝常華

中車資陽機車有限公司機車事業部

隨著產品精度越來越高，輪軸加工及組裝測量能力已不能適應新的要求。同時現有的測量手段及過程也存在較大的誤差，因此需對輪軸加工的測量過程進行改進，以減小測量誤，保證產品質量。

外徑千分尺；內徑百分表；測量誤差；標準圓；校零

1 引言

機車的牽引力和制動力均通過車軸與車輪的結合力傳遞。因此輪對的組裝質量直接關系到機車的行車安全。而輪對組裝質量的一個重要參數為輪軸過盈量。過盈量過大可能造成車輪內孔塑性變形，甚至內孔損傷。過盈量過小又有產生車輪遲緩的可能。因此車軸及車輪尺寸的測量準確度至關重要。

2 現狀調查

實際生產中輪與軸的過盈量公差一般在0.05左右，要保證過盈量真實可靠，就需要保證車軸外徑及車輪內孔的測量過程誤差之和要小于三之一倍過盈量的公差(三分之一原則)，即0.016。但現有的測量過程產生的測量誤差很難保證這一要求。

原因有以下幾個方面，下面以測量車輪輪座為φ235為例：

2.1 車軸外徑測量

2.1.1 測量設備正常誤差。現有手段測量車軸外徑為外徑千分尺，根據《外徑千分尺》(GB/T1216-20014)第5.11規定，225-250規格的外徑分千的外徑千分尺允許誤差為0.006。

2.1.2 測量設備校準誤差。225-250規格的外徑分千所使用的校準量桿為長度為225的標準桿，外徑千分尺的檢定是通過對標準桿的測量值與標準桿的檢定值對比來判定該外徑千分尺是否合格。外徑千分尺在校準和實物測量時，測量螺桿的伸出長度不在同一位置。而測量螺桿的伸出與回縮是通過螺紋的旋轉產生的，在旋轉過程中必然會產生螺紋的磨損。但校準所使用在225長度范圍為外徑外分尺的最小測量范圍，在一般實物測量中均不會使用到，一般只用于每次校準。該規格的外徑千分尺最常使用到的范圍為235。因此測量235時，測量螺桿所對應的螺紋磨損最為嚴重，而校準時，所對應的螺紋磨損較小。因此實際測量時尺子的測量值產生的誤差會大于校準時的誤差。同時由于每件外徑千分尺的磨損情況也存在差異，因此在測量車軸時會出現不同的誤差。

2.2 車輪內孔測量

2.2.1 測量設備正常誤差。現有手段測量車輪內孔為內徑百分表，根據《指示表(指針式、數顯式)》(JJG34-2008)第4.9規定百分表的允許誤差為0.005。

2.2.1 測量設備校零誤差。現有的內徑百分表校零手段為用千分尺校內徑百分表。而千分尺測量工件外徑時示值誤差，它們的作用力方向相同，大小相等，即千分尺的活動測量面受到了量塊或工件的反作用力，該反作用力與千分尺的測量力方向相反，大小相等。當外徑千分尺的兩測量面與工件或量塊接觸時，測量螺桿的右牙廓在力的作用下，總是與測量螺母的左牙緊密接觸；而用外徑千分尺來對內徑而分表時，千分尺受力方向改變為內徑百分表測量施加在活動測量面的作用力，其作用力比檢定外徑千分尺示值誤差時的作用力要小，且方向相反。所以，在千分尺的測量螺桿與螺母有間隙旋合的情況下(軸向間隙在0.02毫米以下仍無手感軸向竄動)，測量螺桿的左牙廓與測量螺母的右牙廓緊密接觸，這樣，外徑千尺兩測量面的實際距離與指示量值又產生了一個差值。

3 測量誤差計算

從現有的測量過程可以看出，外徑千分尺與內徑百分表測量設備本身的誤差為0.011(0.005+0.006)。而輪軸的測量過程出現的誤差還有以下兩點：

(1)外徑千分尺校準的尺寸與實際使用尺寸不一致；

(2)內徑百分表使用外徑千分尺校零，會將外徑千分尺的本身結構產品的誤差及磨損造成的誤差累積下來。

例：我們用現有測量手段分別測量外徑和內孔均為φ235.000的軸和孔，即實際過盈量為0.000，下面通過計算誤差累積造成的測量誤差：

(1)外徑千分尺。設外徑千分尺常用量程235處較225磨損造成的誤差為-0.002，同時千分尺本身測量誤差-0.006。那么測量理論值為235.000的外徑，測量值＝235.000-0.002-0.006=234.992。

(2)內徑百分表。使用外徑千分尺對表過程：將外徑千分尺調節到235.00。從上面計算可知，此時百分實際值為234.992。即認內徑百分表示值235.00較實際值234.992有+0.008的對正誤差。在測量235的標準內孔時，示值=標準值+對表誤差+百分表設備誤差=235+0.008+0.005=235.013。即通過測量示值計算出來的過盈量=234.992-235.013=-0.021。

通過以上計算，可以看出，實際過盈量為0.000，但通過測量示值計算出的過盈量為-0.021，即測量誤差為0.021＞0.016。因此現有測量手段不能保證“三分之一“原則。

4 改進措施

為減少測量誤差，可以從以下幾個方面改進：1)外徑千分尺校準使用常用的測量值的校準塊。例如：225-250的外徑千分尺用于235尺寸測量，便使用尺寸為235的標準測量試塊對該外徑千分尺進行測量，這樣即同時校準外徑千分尺本身的測量誤差和磨損造成的測量誤差。2)內徑百分表也使用對應的235的標準內孔進行校準，這樣內徑面分表校準就不會累積外徑千分尺的相關誤差。

通過改進能有效的避免因設備磨損及對表造產生的測量誤差，即整個測量過程的測量誤差為設備本身的誤差，即測量誤差=0.006+0.005=0.011＜0.016。同時由于千分尺和百分表在改進后的校準狀態與實際測量的狀態基本一致，所以在校準過程中，即有效的反映出測量設備本身的誤差，在實際測量時，再對對準時所得到的誤差進行加減。由于在測量時對測量設備誤差進行了修正，所以改進后的測量過程的測量誤差還會小于設備本身的誤差之和。因此改進后的測量手段能充分的滿足“三分之一”原則。

5 結束語

總之，通過改進，輪軸測量過程的測量誤差得到了極大的減小，這樣使輪軸過盈量更加真實。從而提升輪對的組裝質量，保證機車運行的安全可靠。

[1] 影響輪對壓裝質量的因素 徐國明

[2] 過盈量在輪對壓裝中的重要性分析 張忠

[3] 螺紋千分尺的正確選用及測量誤差 劉興富