自動(dòng)軸承音檢機(jī)的設(shè)計(jì)方案

張林森

(杭州安德魯設(shè)備制造有限公司,浙江 杭州 310022 )

自動(dòng)軸承音檢機(jī)的設(shè)計(jì)方案

張林森

(杭州安德魯設(shè)備制造有限公司,浙江 杭州 310022 )

自動(dòng)軸承音檢機(jī)通過(guò)速度傳感器對(duì)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)速度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,再與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,對(duì)軸承的振動(dòng)速度及噪音質(zhì)量水平加以評(píng)判,并通過(guò)理料分類實(shí)現(xiàn)軸承振動(dòng)級(jí)別的自動(dòng)分類處理.

滾動(dòng)軸承;振動(dòng)速度;自動(dòng)測(cè)量;自動(dòng)分類

1 設(shè)計(jì)的背景和意義

滾動(dòng)軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,除軸承零件間的一些固有且由功能所要求的運(yùn)動(dòng)以外的其他一切具有周期變化特性的運(yùn)動(dòng)都被稱為軸承的振動(dòng).

原來(lái)軸承振動(dòng)的檢測(cè)采用軸承測(cè)振儀(速度型或加速度型)進(jìn)行手動(dòng)檢測(cè),檢測(cè)的過(guò)程大致如下:(1)先將軸承測(cè)振儀調(diào)整到合適位置.(2)啟動(dòng)主軸,把待測(cè)軸承裝到芯軸上(主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)容易安裝軸承),然后撳下主軸停止按鈕,使主軸停止運(yùn)轉(zhuǎn).(3)用手托住軸承外圈外圓柱面下部(防止軸承外圈旋轉(zhuǎn)).(4)重新啟動(dòng)主軸,給軸承外圈端面施加軸向負(fù)荷.(5)將測(cè)量電箱的每個(gè)頻帶量程旋鈕置于適當(dāng)檔位,根據(jù)每個(gè)頻帶表頭示值,判定被測(cè)軸承是否合格.(6)測(cè)試完畢,用手托住軸承外圈外圓柱面下部.軸向加載負(fù)荷柱退回,用手卸下被測(cè)軸承,完成手動(dòng)軸承振動(dòng)檢測(cè).

這種對(duì)軸承的振動(dòng)和噪音的檢測(cè)都是通過(guò)人工進(jìn)行,人工上料和手動(dòng)加載后,觀測(cè)測(cè)量電箱的數(shù)值和監(jiān)聽揚(yáng)聲器放大發(fā)出的噪音,來(lái)判定軸承的振動(dòng)等級(jí),最后手動(dòng)下料及理料分類,此方法勞動(dòng)強(qiáng)度大,人為因素干擾大.

國(guó)內(nèi)外很多軸承生產(chǎn)企業(yè)已開始進(jìn)入自動(dòng)化的生產(chǎn)階段,對(duì)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)質(zhì)量水平也要求自動(dòng)完成測(cè)量判定及自動(dòng)分類工作.現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的滾動(dòng)軸承生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展,在軸承成品的質(zhì)量方面已經(jīng)取得了飛躍,包括滾動(dòng)軸承的各種尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度、使用壽命以及軸承振動(dòng)、噪聲質(zhì)量水平,都有了質(zhì)的提高.國(guó)產(chǎn)滾動(dòng)軸承的質(zhì)量水平與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的差距在進(jìn)一步縮小,或有部分已超過(guò)國(guó)際水平.

目前國(guó)內(nèi)對(duì)軸承振動(dòng)的檢測(cè)主要采用振動(dòng)加速度或振動(dòng)速度兩種檢測(cè)參數(shù).而振動(dòng)加速度傳感器主要能檢測(cè)到軸承較高頻率范圍的振動(dòng).而軸承振動(dòng)的速度型傳感器能檢測(cè)軸承在50~10000Hz中的振動(dòng)頻率,并分成3個(gè)頻率:低頻帶50~300Hz、中頻帶300~1800Hz和高頻帶1800~10000Hz,所以,我們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)軸承音檢機(jī)采用振動(dòng)速度來(lái)考核軸承的振動(dòng)質(zhì)量.

我們?cè)O(shè)計(jì)的《自動(dòng)軸承音檢機(jī)》就是根據(jù)ISO 15242-1:2011《滾動(dòng)軸承.振動(dòng)測(cè)量方法.第1部分:基本原理 》的標(biāo)準(zhǔn),并在《滾動(dòng)軸承振動(dòng)(速度型)自動(dòng)測(cè)量分選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案》的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn).原來(lái)的設(shè)計(jì)方案是單主軸、單個(gè)檢測(cè)工位,工作過(guò)程是軸承上料到檢測(cè)工位,進(jìn)行軸向加載并實(shí)行第一面檢測(cè),然后退出加載器,軸承進(jìn)入翻面器,完成翻面后再進(jìn)入到檢測(cè)工位,實(shí)現(xiàn)第二面的檢測(cè),再退出加載器,軸承進(jìn)入理料器,完成軸承振動(dòng)及噪音的檢測(cè)及分類,我們?cè)诖朔桨傅幕A(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩個(gè)主軸、加載及傳感器,在兩個(gè)檢測(cè)工位同時(shí)檢測(cè)的自動(dòng)軸承音檢機(jī),對(duì)深溝球軸承振動(dòng)及噪音,進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)升級(jí),實(shí)現(xiàn)軸承振動(dòng)速度和噪音進(jìn)行自動(dòng)判定及分選.現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方案可以比《滾動(dòng)軸承振動(dòng)(速度型)自動(dòng)測(cè)量分選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案》節(jié)約1/3以上的時(shí)間,能基本適應(yīng)自動(dòng)軸承裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍,滿足軸承生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)軸承裝配線后的軸承成品振動(dòng)及噪音的檢測(cè)需求.

2 自動(dòng)軸承音檢機(jī)部件組成

下面介紹自動(dòng)軸承音檢機(jī)各部件的設(shè)計(jì)及主要零件,重點(diǎn)介紹主軸部件及速度型傳感器部件的結(jié)構(gòu)等.

2.1 自動(dòng)上料裝置

自動(dòng)軸承音檢機(jī)的上料裝置包括機(jī)架、上料提升、料道、橫移撥叉及相應(yīng)的氣缸等.當(dāng)被測(cè)軸承進(jìn)入自動(dòng)軸承音檢機(jī)的上料料道時(shí),由上料機(jī)械手將被測(cè)軸承送到進(jìn)料料道.再由橫移撥叉將被測(cè)軸承送至各檢測(cè)工位,實(shí)行對(duì)各步進(jìn)行檢測(cè),最后再由橫移撥叉將被測(cè)軸承送出檢測(cè)工位,進(jìn)入分選理料.

2.2 軸向加載裝置

自動(dòng)軸承音檢機(jī)的軸向加載裝置是由加載器的氣缸工作,通過(guò)負(fù)荷柱對(duì)被測(cè)軸承外圈端面施加一個(gè)軸向力,并能使軸承與主軸芯軸之間隔離,使被測(cè)軸承的外圈能在徑向自由振動(dòng),調(diào)整加載裝置的限位螺母實(shí)現(xiàn)軸向載荷的大小的調(diào)節(jié).通過(guò)伺服電機(jī)的兩次動(dòng)作,轉(zhuǎn)動(dòng)加載氣缸,通過(guò)負(fù)荷盤負(fù)荷柱帶動(dòng)被測(cè)軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)兩次120°,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)軸承的三點(diǎn)測(cè)量.

2.3 主軸及主軸供油裝置

本機(jī)的主軸裝置要求旋轉(zhuǎn)精度高、振動(dòng)低和使用壽命長(zhǎng)等要求.現(xiàn)今軸承振動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品,大都采用液體動(dòng)壓主軸作為此類產(chǎn)品的主軸裝置.在主軸啟動(dòng)時(shí),主軸的腔內(nèi)沒(méi)有油壓,軸與軸承之間沒(méi)有油膜支承,在高速旋轉(zhuǎn)后,才會(huì)產(chǎn)生油膜,形成足夠的支承.所以,液體動(dòng)壓式主軸的精度和使用壽命與啟動(dòng)次數(shù)有關(guān).

因而根據(jù)我們的使用環(huán)境,我們使用液體動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng),作為自動(dòng)軸承音檢機(jī)的的主軸系統(tǒng),我們選用的主軸銅軸承與主軸之問(wèn)的間隙微大于液體動(dòng)壓主軸,因采用了液體動(dòng)靜壓結(jié)構(gòu),由于主軸與軸承在啟動(dòng)和工作時(shí)都不直接相互接觸,在正常使用情況下,主軸旋轉(zhuǎn)精度及使用度壽命可以達(dá)到無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間;由于主軸啟動(dòng)的時(shí)候,壓力油已把主軸懸浮了起來(lái),所以主軸的啟動(dòng)力矩就很小,即使在很低的環(huán)境溫度下、潤(rùn)滑油黏度很大的時(shí)候也能正常啟動(dòng),也就在溫度5℃的環(huán)境下主軸能正常啟動(dòng).使用我們的產(chǎn)品能達(dá)到冬季大部分的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求.圖1為主軸部件及主軸的供油示意圖.

圖1 主軸及主軸供油裝置

主軸的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù),組裝后的主軸軸向總串動(dòng)量為0.028~0.032mm,旋轉(zhuǎn)是芯軸安裝被測(cè)軸承處的回轉(zhuǎn)精度小于0.0025mm,皮帶輪處的徑向跳動(dòng)小于0.015mm.

主軸軸承使用的潤(rùn)滑油為2#主軸油,調(diào)整壓力開關(guān)保持供油的壓力在0.4~0.6MPa,當(dāng)主軸油壓達(dá)不到要求時(shí),切斷主軸電機(jī)電源,使主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng).潤(rùn)滑油應(yīng)保持清潔,最大臟物粒度應(yīng)小于5μm.

2.4 速度型傳感器

此設(shè)計(jì)方案的速度傳感器為傳感器的骨架上有動(dòng)圈線圈,用上下兩片厚0.07mm的65Mn彈簧片支承著骨架,紅寶石測(cè)頭鑲在骨架下端.紅寶石測(cè)頭接觸到軸承外圈外徑上,紅寶石測(cè)頭檢測(cè)到軸承外圈的振動(dòng)速度值.由于使用的彈簧片厚度是0.07mm,這樣速度傳感器的測(cè)力就可以做到小于0.7N,而這種傳感器可以有10kHz以上諧振頻率,滿足軸承振動(dòng)速度型的測(cè)試要求.

2.5 軸承翻面裝置

被測(cè)軸承在完成第一面測(cè)量后,軸向加載裝置回到起始位置,上料橫移機(jī)械手將被測(cè)軸承移動(dòng)到軸承翻面裝置中,完成被測(cè)軸承的翻面動(dòng)作,上料橫移機(jī)械手再將被測(cè)軸承從翻面器中移動(dòng)到檢測(cè)工位中,對(duì)被測(cè)軸承第二面的軸承振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè).

2.6 測(cè)量電箱及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

測(cè)量電箱和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是從速度型傳感紅寶石測(cè)頭器檢測(cè)到的信號(hào),把檢測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并把這個(gè)電信號(hào)輸入到測(cè)量電箱,經(jīng)過(guò)測(cè)量電箱,再通過(guò)前置放大器放大,低、中、高3個(gè)頻帶通濾波將電信號(hào)在頻率域上劃分為3個(gè)頻帶,其頻帶范圍分別是:50~300Hz,300~1800Hz,1800~10000Hz,在經(jīng)過(guò)檢波和示值等電路,然后把3個(gè)頻帶的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中,計(jì)算出低、中、高3個(gè)頻段測(cè)試數(shù)據(jù)的均方根值和峰值,再分別與"JB/T 10187-2011《滾動(dòng)軸承 深溝球軸承振動(dòng)(速度) 技術(shù)條件》"中規(guī)定的各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較,對(duì)被測(cè)軸承振動(dòng)速度及噪音等級(jí)的判定,并向理料分類器發(fā)出此被測(cè)軸承進(jìn)入對(duì)應(yīng)等級(jí)通道號(hào)命令.

2.7 理料分類裝置

當(dāng)被檢測(cè)后的軸承進(jìn)入理料分類器時(shí),理料分類裝置根據(jù)測(cè)量電箱及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)被測(cè)軸承振動(dòng)速度及噪音的等級(jí)的分類命令,把被測(cè)軸承送到對(duì)應(yīng)通道上,完成檢測(cè)分類過(guò)程.按預(yù)先設(shè)置的條件,自動(dòng)判別分選V3、V2、V1和NG品4檔,或用戶可以根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品質(zhì)量水平,在觸摸屏上自行調(diào)整各分選通道參數(shù),并自動(dòng)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存和查看一定周期的歷史數(shù)據(jù).

[1]張林森, 詹時(shí)明. 滾動(dòng)軸承振動(dòng)(速度型)自動(dòng)測(cè)量分選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].科技與創(chuàng)新,2016,4.

[2]張根源,陳芳華,王蘭英. 軸承振動(dòng)質(zhì)量在線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軸承,2009,1.

[3]徐漫洋. 軸承振動(dòng)信號(hào)采集與故障診斷方法研究[J].沈陽(yáng)大學(xué),2014.

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1671-0711(2017)11(上)-0202-02