轴承轴颈检测技术研究

1.项目研究的必要性和重要性 1.1项目的必要性和重要性 随着我国轨道交通的跨越式发展，高速铁路和重载铁路更是进入了一个新的发展时期，特别是我国快速发展的高速铁路建设，将高铁的运行安全推到头等重要的位置，成为关系国家民生的重大问题。 以列车轴承为代表的关键行走部件，在检修方式上国内目前普遍采用“专用卡尺法”由人工静态检测，如图1-1所示，不仅工作效率低、劳动强度大，而且存在人为因素的影响，不能满足高精度、高效的测量要求。而且人工测量的数据存在误差，常常造成轴承轴颈装配时过盈量出现超标，使得轴承使用寿命大大降低，更为严重的是给车辆运行安全带来极大的安全隐患。 利用先进的传感器技术、计算机技术等自动化测试手段对车辆关键部件的尺寸进行测量已经是信息时代的发展趋势，特别是光电检测手段以其高精度、高速度、非接触等优点代表现代检测技术的发展方向，国外发达国家已经将激光技术应用到列车行车关键部件的高精度测量中。目前，我国用于轨道交通领域的激光测量仪器大多依赖进口，因此，针对高速动车轴承轴颈检测的实际需求，利用激光测量等技术，自主研制高精度轴承轴颈测量系统，对实现我国在该领域的检测仪器化、提升检测精度以及保证列车运行安全具有重大的现实意义。 图1-1 人工采用专用卡尺测量轴颈参数 1.2 国内外有关的研究情况 针对列车轴承轴颈的检测与选配，国内也有一些单位进行了研制，但大部分研究重点是轴承内径和外径的测试，在技术手段上是在传统的机械式测量方法的基础上加装电涡流式位移传感器，电涡流传感器能测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化，具有测量范围宽、灵敏度高、响应速度快、不受油污等介质的影响的特点，配合以单片机为控制、采样及处理的核心实现轴承内径和外径的测试，普遍存在重复一致性差、使用不方便等问题，没得到普遍应用。 目前，以非接触、高精度、高速度为特征的光电尺寸检测技术已成了检测的主要趋势，发达国家已经形成了庞大的光电尺寸检测仪器的产业，生产出用于各种场合的光电尺寸检测仪器，利用光电检测方法进行各种几何尺寸、形状和形位误差等参数的测量，采用的原理和方法也是多种多样的。 2.技术 2.1 被测对象分析 “轴承”是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。 目前我国高铁动车组轴承基本都使用国外公司生产的产品，具体配套情况如下：CRH1和CRH5使用瑞典SKF公司轴承，CRH2使用日本NTN和NSK公司轴承，CRH3使用德国FAG公司轴承。在结构形式上均为双列圆锥滚子轴承，高速动车组一般使用的轴承相关信息如表2-1： 动车组类型 200km级别 300km级别 主要尺寸(mm) （内径×外径×内圈宽度） φ130×φ230×170 φ130×φ240×160       表2-1  高速动车组轴承相关信息 “轴颈”是指转子上与轴承接触或由轴承支撑着的在其中旋转的部分。具体来说，轴颈指轴上同一直径的一段轴或直径不等但形成的外圆表面是均匀连续的圆柱面，主要是外圆表面必须是均匀连续的，不能有轴肩或凹槽断开，一般是轴上用来安装轴承的地方，这样的一段轴称之为轴颈。 高速动车组CRH型动车组动、拖车车轴相关信息如表2-2： 表2-2  高速动车组CRH型车轴信息 名称 CRH1 CRH2 CRH3 CRH5 轴颈直径（mm） 130 130 130 130 轴身直径（mm） 170 182 165 166           高速动车轴承轴颈结构简图如下： 图2-1  轴承轴颈基本结构图 在轴承轴颈基本结构中，套在轴颈上联结轮对和转向架构架或二轴车车体的部件，简称轴箱；凸缘密封主要用来注入凸缘密封剂的入口；轴承主要由内圈，外圈，支撑架和锥形滚动体组成；轴承环主要用在轴承和轴之间；密封板主要是对轴承滚动体起保护作用；端部垫圈主要用于保护轴承；前盖是轴承外部的部件用于把轴承封闭在轴箱里，防止外部环境对轴承的影响。 高速动车轴承轴颈尺寸简图如下： 图2-2  轴承轴颈基本尺寸图 图2-2为铁道部对高速动车车轴和轴承相关机械尺寸的详细规定，我们在设计轴承轴颈检测系统和分析轴承轴颈选配方法时，应该充分考虑和借鉴上述规定的相关尺寸。 目前速度低于200公里/小时的普通客车采用以上测试规范中的三个段修等级，普通客车使用的轴承主要有RC型和RD型两个系列，即通常所说的24型和26型。 2.2系统构成及原理 本系统由轴承测试仪、轴颈测试仪、智能选配系统三个主要部分构成。轴承测试仪实现对轴承的内直径、外直径、不圆度的精确测量，轴颈测试仪实现对轴颈的直径、不圆度、锥度的精确测量，并通过无线网络把轴承和轴颈的测试数据传输到服务器上，在服务器上运行智能选配系统软件实现轴承与轴颈的最佳过盈量自动选配。其系统构成如图2-3所示： 图2-3 系统构成图 轴承轴颈测试仪程序主要由系统标定、轴承轴颈测量和数据管理三个功能模块组成。 图2-5 轴承轴颈测试软件功能 (1) 系统标定功能 系统标定功能用于设置并标定件的参数和对应激光位移传感器的示值。 (2) 轴承轴颈测量功能 轴承轴颈测量模块主要实现传感器数值的实时采集与显示，待测体相关信息的选择，测试结果的计算、显示和保存功能。 (3) 数据管理功能 数据管理功能包括测试数据查询和操作人员维护两部分功能。 数据查询功能可对已经测试并保存的数据按日期进行查询，并可以实现报表打印。人员维护功能可根据需要进行操作人员信息的查询、添加、删除、保存等工作。