淺談?shì)S承內(nèi)外圈旋轉(zhuǎn)刷洗設(shè)備研制

朱曉松

（中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 051430）

軸承作為一種高精度、互換性好、已標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械基礎(chǔ)零件，經(jīng)常應(yīng)用于高效率、高轉(zhuǎn)速、高精密度的場(chǎng)合。軸承質(zhì)量的好壞，將直接影響機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、性能、壽命和可靠性。軸承清潔度是軸承質(zhì)量的一項(xiàng)重要考核指標(biāo)。軸承的清潔度是由軸承生產(chǎn)過(guò)程中的清洗質(zhì)量來(lái)保證的。因此，如何保證及提高軸承生產(chǎn)過(guò)程中的清潔質(zhì)量是軸承生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員十分重視的問(wèn)題。當(dāng)前，軸承內(nèi)外圈的清洗設(shè)備主要為旋轉(zhuǎn)噴淋及超聲波清洗2 類，旋轉(zhuǎn)噴淋清洗就是在軸承旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)軸承噴射清洗液，通過(guò)清洗液的溶解作用及沖擊力來(lái)去除軸承表面的污物，旋轉(zhuǎn)噴淋清洗存在成本高、清洗效率低、安全性差、工裝多、調(diào)整多、軸承清潔度難以滿足要求等缺點(diǎn)；而超聲清洗存在清洗不均勻現(xiàn)象，清洗效果差等問(wèn)題。而對(duì)于軸承內(nèi)外圈零件來(lái)說(shuō)，清洗效果最好的是刷洗，如何研制一種無(wú)須更換工裝、無(wú)須調(diào)整、清洗效率高、效果好的自動(dòng)化軸承刷洗設(shè)備成為亟待解決的課題。

1 設(shè)備總體方案

1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）自動(dòng)化程度高。軸承屬于大批量生產(chǎn)的機(jī)械部件，為了提高生產(chǎn)率，清洗系統(tǒng)需要具有較高的自動(dòng)化程度，以便保證企業(yè)對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的要求。

（2）清洗效率高。當(dāng)前，大多數(shù)的軸承采用流水線的生產(chǎn)方式，清洗效率的高低不僅僅影響該工序的效率，還會(huì)影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

（3）洗凈能力強(qiáng)。能夠通過(guò)企業(yè)的清潔度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

（4）清洗安全與綠色環(huán)保。清洗過(guò)程中非常容易造成生產(chǎn)車間及周圍環(huán)境的污染，危害操作人員的健康，甚至發(fā)生爆炸、火災(zāi)等事故。

1.2 工作流程及空間布局

（1）工作流程。該設(shè)備旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承內(nèi)外圈的旋轉(zhuǎn)刷洗，主功能分區(qū)為清洗機(jī)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)能夠在軸承自動(dòng)生產(chǎn)線上應(yīng)用，還配置了輔助機(jī)構(gòu)：自動(dòng)進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、位移機(jī)構(gòu)。設(shè)備工作流程示意圖如圖1。

圖1 設(shè)備工作流程示意圖

（2）設(shè)備空間布局。整個(gè)設(shè)備可以分為入料區(qū)域、輔助區(qū)域、功能區(qū)域以及出料區(qū)域。其中功能區(qū)域?yàn)樗⑾垂δ軈^(qū)；輔助區(qū)域分為擋料區(qū)域與位移區(qū)域。設(shè)備的空間布局需要充分考慮各個(gè)區(qū)域的功能合理布局，盡量緊湊。圖2 為設(shè)備空間布局圖。設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖2 設(shè)備空間布局圖

圖3 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖

1.3 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

軸承套圈進(jìn)入設(shè)備后，由入料區(qū)傳送棍棒實(shí)現(xiàn)軸承的入料，限位機(jī)構(gòu)將軸承限制在合適的位置，以便移位機(jī)構(gòu)能夠快速、準(zhǔn)確地將軸承夾持并將軸承移送到清洗工位，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的旋轉(zhuǎn)刷洗，清洗完成后由移位機(jī)構(gòu)將軸承推送到出料區(qū)，由出料區(qū)動(dòng)力棍棒的帶動(dòng)下，將軸承套圈移送出設(shè)備。

（1）定位夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本設(shè)備定位夾緊機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊的作用原理，將四個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以間隔90°的方式連接起來(lái)，并把四個(gè)曲柄連接為曲柄轉(zhuǎn)盤，形成如圖4 所示結(jié)構(gòu)，以曲柄轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)四個(gè)滑塊在平面內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的定位與夾緊。

圖4 定位夾緊機(jī)構(gòu)原理圖

根據(jù)上述定位夾緊機(jī)構(gòu)工作原理設(shè)計(jì)如圖5 所示的定位夾緊機(jī)構(gòu)。以氣缸作為定位夾緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，齒輪旋轉(zhuǎn)盤作為曲柄盤，氣缸推動(dòng)齒條移動(dòng)，齒條與齒輪旋轉(zhuǎn)盤上的齒輪嚙合，帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪旋轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。在連桿的作用下實(shí)現(xiàn)夾持塊在導(dǎo)槽中實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾持塊對(duì)軸承的夾持作用。4 個(gè)夾持塊能夠等速趨近或離開(kāi)轉(zhuǎn)盤中心（夾持塊保持等距性行程），使工作平面對(duì)中心總能夠保持相等的距離。當(dāng)軸承尺寸變化時(shí)，有夾持塊的等距移動(dòng)來(lái)調(diào)整，使軸承工序基準(zhǔn)（軸線）與轉(zhuǎn)盤中心保持一致。在四個(gè)夾持塊的作用下，軸承的X、Y 軸的自由度被限制，軸承只具有Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，達(dá)到對(duì)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。

圖5 定位夾緊機(jī)構(gòu)工作原理圖

圖6 定位夾緊機(jī)構(gòu)三維模型

將軸承定位夾緊后，需要實(shí)現(xiàn)軸承的旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)芯軸旋轉(zhuǎn)，芯軸與齒輪旋轉(zhuǎn)盤通過(guò)平鍵連接，芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾持塊及工作臺(tái)面的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)。

（2）刷洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。確定軸承刷洗方式后，需要對(duì)軸承刷洗方式的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。刷洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：由于刷洗過(guò)程會(huì)有靜電產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)毛刷不能夠由電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，因此，毛刷旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)方式采用氣動(dòng)馬達(dá)，以滿足設(shè)備防爆要求。毛刷接觸軸承內(nèi)外表面的作用力不能夠大于定心夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)軸承的夾緊力，以免使軸承產(chǎn)生位移，同時(shí)，毛刷桿需要有足夠的剛性，防止毛刷桿彎曲變形。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了圖7 所示的刷洗機(jī)構(gòu)。

圖7 刷洗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)軸承由位移機(jī)構(gòu)移動(dòng)到清洗工位時(shí)，下壓氣缸處于伸回狀態(tài)，待定位夾緊機(jī)構(gòu)將軸承位置夾緊后，下壓氣缸伸出，將內(nèi)、外毛刷送到工作位置。在定位夾緊機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，軸承開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，同時(shí)內(nèi)、外氣動(dòng)馬達(dá)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)毛刷的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的刷洗功能。整個(gè)刷洗過(guò)程是在防護(hù)罩內(nèi)完成，能夠防止刷洗過(guò)程中清洗液的飛濺，保證生產(chǎn)環(huán)境的清潔。防護(hù)罩內(nèi)的防靜電網(wǎng)能夠很好的防治刷洗過(guò)程中產(chǎn)生的靜電，保證生產(chǎn)的安全。

2 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)備能夠在無(wú)工裝、無(wú)調(diào)整的條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)定尺寸段內(nèi)軸承內(nèi)外圈的清洗。整個(gè)清洗過(guò)程在防護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行，能夠防止清洗液的飛濺，且防護(hù)罩內(nèi)的防靜電網(wǎng)能夠有效地防止由刷洗產(chǎn)生的靜電引起的安全隱患。因此，該設(shè)備能夠滿足設(shè)備生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。