調(diào)心滾子軸承裝配方法的改進(jìn)探索

孫艷平

摘　要：從目前實(shí)際應(yīng)用的狀況看來，國內(nèi)的調(diào)心滾子軸承裝配方法主要還是以手工裝配為主。這樣就會(huì)帶來精度、效率等方面的一些問題，已經(jīng)在當(dāng)前的工業(yè)信息化大環(huán)境下顯得稍顯落后。因此就需要對調(diào)心滾子軸承裝配方法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場合的效率要求以及精度要求來進(jìn)行優(yōu)化升級，以此來滿足當(dāng)代軸承裝配的生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：調(diào)心滾子軸承；裝配；改進(jìn)

我國正處在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要階段，提高調(diào)心滾子軸承裝配方法效果，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，有利于提高相關(guān)機(jī)械的載荷能力、穩(wěn)定性、精度等多方面性能。但是由于種種原因限制，導(dǎo)致目前調(diào)心滾子軸承裝配方法還存在一定的可改進(jìn)空間，這樣才能更好的滿足企業(yè)未來發(fā)展的需求。

1　關(guān)于調(diào)心滾子軸承裝配方法的概述

從物理組成的角度看來，調(diào)心滾子軸承可以分為兩組對稱安裝的鼓形滾子。從實(shí)際應(yīng)用場合來看，能夠有效地克服重荷載環(huán)境面臨的重荷載情況，在一些造紙機(jī)械、石油機(jī)械等場合中有大量應(yīng)用。由于具有對稱的滾子結(jié)構(gòu)，那么在承擔(dān)負(fù)荷時(shí)，這些負(fù)荷會(huì)均勻地在滾子上分布開來。目前整個(gè)世界范圍內(nèi)都越來越注重軸承的精度，這也成為了衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。但是軸承的精度很大程度上都受制于軸承裝配過程的影響。如果僅僅依靠傳統(tǒng)的手工裝配模式，不可避免的是會(huì)存在較大的精度誤差，并且整個(gè)裝備效率也比較低。

在工業(yè)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的西方國家，已經(jīng)針對軸承的自動(dòng)裝配過程開展了大量研究，并且已經(jīng)建立了相應(yīng)的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線。但是國內(nèi)由于技術(shù)的限制以及對這方面的研發(fā)資源投入比較少，資源投入比較少，導(dǎo)致國內(nèi)的調(diào)心滾子軸承自動(dòng)裝配還需進(jìn)一步加大研究力度。西方先進(jìn)的軸承自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、裝配、檢測一體化模式，生產(chǎn)效率十分高。

在裝配調(diào)心滾子軸承時(shí)，滾子以及軸承內(nèi)外圈都會(huì)存在一些碰撞的可能性，這也是會(huì)直接影響到裝配精度的重要方面。并且人工裝配的工作人員具備的工作素養(yǎng)不一樣，在實(shí)際裝配的過程中還存在一定的不可控性，很難達(dá)到期望的裝配精度。稍有不慎，就會(huì)導(dǎo)致裝配壓力與期望值不一致，這同樣會(huì)降低精度。前文已經(jīng)提出，滾子的裝配需要具有對稱性，以此來在受到荷載的情況下保持受力均勻，這樣也能延長軸承的使用壽命以及性能。

2　半自動(dòng)裝滾子機(jī)的設(shè)計(jì)方案

2.1 現(xiàn)行的裝配方法

目前企業(yè)在裝配軸承時(shí)，主要是通過小型吊運(yùn)機(jī)來對軸承內(nèi)圈的位置進(jìn)行控制，然后將滾子放到預(yù)期的保持架上。緊接著對軸承外圈進(jìn)行調(diào)運(yùn)，這一過程需要確保軸承外圈具有一定的傾斜角度。標(biāo)準(zhǔn)的方法是要使保持架的空余位置和軸承垂直承分布，給滾子施加一定的外力，使得滾子旋轉(zhuǎn)，然后其中沒有滾子的部分就能夠顯露出來，通過安裝工人使用手工錘輕輕敲擊需要放入的滾子，當(dāng)所需的輥?zhàn)油耆M(jìn)入之后，通過調(diào)整內(nèi)圈的傾斜角度，使得內(nèi)圈和外圈保持平行的關(guān)系[1]，至此就已經(jīng)完成了整個(gè)裝配過程?？紤]到實(shí)際應(yīng)用需求以及性能，一般還會(huì)在完成安裝之后對存在的空余位置使用金屬片來進(jìn)行搗實(shí)。從上述現(xiàn)行的裝配方法可以看出，許多重要的裝配過程都是需要人工進(jìn)行的，如果在裝配的過程中的使用力度不是Z佳的狀態(tài)，那么就極有可能會(huì)出現(xiàn)碰上滾子和溝道的情況，一旦應(yīng)用在高精度場合下，所達(dá)到的實(shí)際精度就不能夠確保。此外，考慮到填滾子角的問題，在使用小錘子進(jìn)行敲擊時(shí)，還存在可能出現(xiàn)漏裝的可能性，因此可以斷定傳統(tǒng)的人工裝配方法存在較大誤差。

2.2 改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)

在已經(jīng)明確了現(xiàn)行的調(diào)心滾子軸承裝配方法存在的缺陷之后，就需要進(jìn)行下一步的改進(jìn)，這里首先需要明確相應(yīng)的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，才能夠使得整個(gè)改進(jìn)朝著更加科學(xué)的方向進(jìn)行。點(diǎn)是設(shè)備要能夠?qū)崿F(xiàn)兩種工作模式，這兩種工作模式分別為自動(dòng)裝配和手動(dòng)裝備，這兩個(gè)工作模式之間要能夠根據(jù)裝配的需求進(jìn)行切換。第二點(diǎn)則是設(shè)備的整個(gè)制造尺寸要能夠考慮到實(shí)際操作過程，達(dá)到操作方便這一使用原則。第三點(diǎn)則是要盡量降低整個(gè)設(shè)備操作的風(fēng)險(xiǎn)，在其中一部分裝配過程中很有可能伴隨著一定的危險(xiǎn)，要在這些地方加裝隔離罩或者是防護(hù)板。

整個(gè)設(shè)備要滿足調(diào)心滾子軸承裝配精度高和裝備速度快這兩個(gè)要求。在裝配過程中當(dāng)一個(gè)零件完成裝配之后，要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上?，完成整個(gè)自動(dòng)控制過程。當(dāng)設(shè)備檢測到袋裝陪內(nèi)圈和外圈到達(dá)指定的位置之后，就可以進(jìn)行下一步自動(dòng)定位和夾緊操作[2]。和人工裝配過程類似，自動(dòng)裝配過程也需要做好傾斜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以此來保證軸承外圈傾斜一定的角度，這樣才能夠有利于滾子進(jìn)入。在完成了裝配之后，通過傳輸機(jī)構(gòu)將軸承運(yùn)輸?shù)较乱还ば虻墓ぷ鲄^(qū)域。這一過程需要綜合使用機(jī)械、電氣以及控制相關(guān)專業(yè)知識。

2.3 設(shè)計(jì)方案

在自動(dòng)上料部分中，目前已經(jīng)有很多工業(yè)場合的流水線能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化上料，因此這部分經(jīng)驗(yàn)可以直接根據(jù)設(shè)備的情況來進(jìn)行移植，完成快速上料。上料的速度要確保和整個(gè)流水線的裝配協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)短時(shí)間堆積過多或者是長時(shí)間等待的情況，一定要嚴(yán)格避免軸承裝配過程中涉及到的各項(xiàng)零件出現(xiàn)碰撞的情況。頭層外徑一般比較大，要確保上料穩(wěn)定，不能夠影響到下一階段的各個(gè)工序。

在定位機(jī)構(gòu)中，主要承擔(dān)的工作是能夠?qū)⒋庸さ牧慵约案黜?xiàng)組件移動(dòng)到已經(jīng)設(shè)定好的位置，然后通過外力來進(jìn)行夾緊。這一過程如果不能夠達(dá)到精準(zhǔn)定位，直接帶來的影響就是有可能造成零件在加工過程中滑動(dòng)，產(chǎn)生較大的誤差。定位機(jī)構(gòu)中需要對軸承內(nèi)圈和外圈進(jìn)行定位和夾緊，內(nèi)圈定位和外圈定位需要在空間上保持契合關(guān)系，留有一定的空間余量，這樣才能夠有利于整個(gè)定位和夾緊過程更加流暢的進(jìn)行[3]。

在自動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)中，直接關(guān)乎到整個(gè)系統(tǒng)的控制效果。通過自動(dòng)檢測的方法采集到裝配過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息分析得到整個(gè)裝配過程的實(shí)際狀況，以便進(jìn)行設(shè)備的自我監(jiān)控和實(shí)時(shí)檢測。然后通過已經(jīng)設(shè)定好的控制程序來進(jìn)行控制，將相應(yīng)的命令傳送到執(zhí)行末端，完成整個(gè)自動(dòng)裝配過程。其中就包含了上下料、進(jìn)給裝置的進(jìn)給量、裝配速度等多項(xiàng)重要參數(shù)。

在裝配裝置中，需要實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的連續(xù)性，這里采用逐個(gè)振動(dòng)壓入裝配的模式。其中需要使用振動(dòng)盤來發(fā)揮作用，通過偏心裝置，以便在操作工人的手動(dòng)工作模式下，按照需求來逐個(gè)壓入滾子。這種方法實(shí)現(xiàn)了手工裝備和自動(dòng)控制兩種模式的統(tǒng)一，能夠根據(jù)實(shí)際裝配與需求來調(diào)節(jié)裝配速度。一旦設(shè)備出現(xiàn)了故障，就能夠直接在手動(dòng)操作的指令下停止裝配，以便進(jìn)行下一步的檢修操作，減少損失。并且由于自動(dòng)檢測裝置的介入，可以直接在故障檢測系統(tǒng)做幫助下監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，提高故障響應(yīng)的速度。

在外圈傾斜裝置中，要改變傳統(tǒng)的人工控制傾斜角度的方式，借助氣動(dòng)裝置或者液壓裝置來完成此過程。結(jié)合自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以通過連桿機(jī)構(gòu)或者是凸輪機(jī)構(gòu)來對這些氣動(dòng)裝置或者是液壓裝置進(jìn)行控制，使得傾斜角度更加精確。

在退讓機(jī)構(gòu)中，當(dāng)一個(gè)滾子裝配完成之后，就需要在整個(gè)系統(tǒng)的控制下通過裝配機(jī)構(gòu)來進(jìn)行退讓，留出一定的空間，這樣才能夠有利于下一個(gè)動(dòng)作的開展。退讓機(jī)構(gòu)的工作精度要求十分高，考慮到實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以優(yōu)先選用滾珠絲杠副或者是齒條傳動(dòng)。

3　半自動(dòng)裝滾子機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)方案中，將上下料機(jī)構(gòu)都放在同一個(gè)裝置里。這樣帶來的優(yōu)勢是能夠根據(jù)控制過程來實(shí)現(xiàn)上下料的同時(shí)進(jìn)行。整個(gè)設(shè)備采用可編程邏輯控制器（PLC）來進(jìn)行控制，首先在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方面，通過伺服電機(jī)以及減速器的配合，形成豎直方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以此來帶動(dòng)絲杠工作臺移動(dòng)，這一過程就能夠?qū)崿F(xiàn)滾子的有序裝入和移動(dòng)。在完成裝配滾子之后，通過輔助板的阻擋作用，以此來避免輥?zhàn)硬怀霈F(xiàn)掉落的情況。角度進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過單獨(dú)的電機(jī)來提供動(dòng)力，使得絲杠和水平方向的角度能夠根據(jù)程序控制來進(jìn)行變化。

3.2 輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

定位裝置可以看作是輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，將內(nèi)圈定位塊固定在內(nèi)軸上。在裝配的過程中，如果軸承內(nèi)圈被抓取之后，定位裝置就需要發(fā)揮頂起機(jī)構(gòu)作用，此時(shí)氣爪要撤去作用。在傳統(tǒng)的人工裝配過程中，上下料都是通過手工調(diào)運(yùn)的。因此在本次輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，直接將上下料機(jī)構(gòu)合并在一起。在氣爪的作用下，達(dá)到預(yù)定的位置，也就是裝配臺的上方[4]。此時(shí)，軸承外圈會(huì)被頂起，緊接這整個(gè)升降裝置開始下降，就完成了該過程。

3.3 轉(zhuǎn)送裝置設(shè)計(jì)

在上料時(shí)，通過動(dòng)力輥筒的作用，使得軸承外圈開始發(fā)生空間位移，然后到達(dá)預(yù)定區(qū)域，此時(shí)氣缸開始發(fā)揮作用，使得軸承外圈開始被頂起，這一過程要持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，直到軸承外圈被抓手抓起。動(dòng)力輥筒分為兩種，分別是鏈傳動(dòng)動(dòng)力和齒輪傳動(dòng)動(dòng)力這兩種模式。這里選用齒輪傳動(dòng)輥筒，其主要優(yōu)勢是精度十分高，在一些短距離的傳動(dòng)場合下性能突出。傳送裝置的動(dòng)力來源于電機(jī)，實(shí)現(xiàn)物料的線性進(jìn)給。可以看出傳送裝置需要和其他各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行配合，這樣才能夠使整個(gè)調(diào)心滾子軸承裝配過程有條不紊的進(jìn)行。

4　結(jié)語

本文對調(diào)心滾子軸承裝配方法進(jìn)行了介紹，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。這種半自動(dòng)裝配設(shè)備很好的改進(jìn)了傳統(tǒng)手工裝配的眾多弊端，確保了裝配精度高、工作效率高、安全可靠性高等眾多優(yōu)勢。通過這種改進(jìn)方法，能夠有效地提升調(diào)心滾子軸承裝配的效果，滿足更加未來更加高標(biāo)準(zhǔn)場合下的工業(yè)控制要求，有效降低裝配成本，縮短裝配周期，裝配?功率高，產(chǎn)品使用壽命長，因此具有較強(qiáng)的可行性，能夠達(dá)到預(yù)期的改進(jìn)效果。

參考文獻(xiàn)

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來源：《中國科技縱橫》2020年3期