電動機軸承自動清洗裝配線的研制

季廣科，溫春盛，李興林，王連吉

(1.大連理工大學 機械工程學院，遼寧 大連 116024；2.瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300；3.杭州軸承試驗研究中心有限公司，杭州 310022)

軸承是電動機的核心部件,軸承的精度、性能及壽命直接影響電動機的動態性能和可靠性[1]。隨著我國工業的快速發展，電動機軸承的需求量不斷增大，同時對電動機軸承的質量要求也在提高。目前的電動機軸承在清洗、干燥、測振以及打標工序上還存在一些問題：首先，電動機軸承較為普遍的清洗方式是利用煤油對軸承進行通過式噴淋清洗，存在清洗效果差、干燥不徹底等缺點；其次，目前采用的電解打標方法，存在字痕淺，換模麻煩，打標后需要再清洗等缺點；另外，軸承的測振多為手工操作，工人在測量較大的軸承時，勞動強度大，生產效率低，而且長時間的高強度工作容易出事故。針對以上問題，重新設計了裝配線。

1 裝配線的工藝流程與總體方案

1.1 工藝流程設計

裝配線的工藝流程為：退磁→清洗→烘干→測振+分揀→激光打標→噴霧涂油→包裝。軸承在清洗前首先經過一步退磁工序，去除依靠磁力吸附在軸承上的鐵屑等。在清洗工序，清洗劑選用組分較純的碳氫液，不但能提高清洗質量，還可以對軸承進行熱風烘干來加快軸承的干燥。另外，軸承經烘干后溫度較高，其振動值與常溫下存在差值，在測振的虛擬程序中要加上一個溫度補償值進行修正。測振完成后，由分揀裝置對軸承進行分級，到激光打標工序進行打標，隨后涂油包裝。激光打標工序放在涂油工序之前，可避免涂油后在軸承表面形成的油膜對激光打標造成的困難。

1.2 整體方案設計

按照以上的工藝流程安排，裝配線的整體方案設計如圖1所示。整條裝配線的詳細動作過程如下：軸承裝配完畢后，進入本裝配線的退磁工序進行退磁，退磁完畢后經過一級翻轉，軸承由平變立并滾入清洗機內；進入清洗機后，軸承經提升裝置，被放入到超聲清洗槽內進行超聲波清洗；超聲清洗完畢后軸承再由提升裝置提出超聲槽，進入左旋、右旋噴淋工序；清洗完畢后軸承經過一次翻轉，進入由高壓風機和特制風刀組成的冷風吹液工序；吹液結束后軸承由傳送帶送到烘干工序進行烘干，烘干后軸承再經過一次翻轉，注入一定的防銹油；之后，軸承進入三點雙面測振工序，測振完畢后自動分揀裝置將軸承按照優、良、不合格3個等級進行分類放置。優品軸承分揀后就直接進入激光打標機完成打標工序，然后進行霧化涂油與產品包裝。良品集中放到良品區，然后由工人搬運到良品加工區進行打標涂油。不合格產品由工人統一放置處理。

圖1 裝配線設計方案示意圖

1.3 裝配線的整體配置

裝配線的整體配置如圖2所示。根據不同的要求，可以同時布置一條到多條裝配線，本文布置了4條該類型的裝配線。這4條裝配線共用一臺蒸餾機實現對清洗液的蒸餾過濾。4條線中的清洗液整體循環過程為：首先，由泵將臟液從清洗機的液槽集中抽到廢液箱內，等廢液箱內的清洗液被蒸餾機進行蒸餾過濾后，再打入新液箱，然后由泵分別送入各清洗機的液槽內。裝配線中的蒸餾機的最大蒸餾量根據4臺清洗機內液槽的容量以及對清洗液的清潔度要求計算確定為400 L/h。

圖2 裝配線總體規劃示意圖

2 清洗部分的設計

2.1 超聲波清洗部分

經過退磁工序以后，軸承經過一級翻轉，進入超聲清洗工位。軸承在該工位的清洗原理如圖3所示。清洗過程為：當軸承滾入到超聲波陣子1的能量輻射面內，軸承上的臟污在超聲波空化清洗作用下從軸承的表面逐漸脫離或者被空化泡擊碎。在超聲波陣子1處，能量由外向內傳播，之后軸承又滾入超聲波陣子2處，超聲波又從內向外開始傳播，再進行一次與前面方向相反的振動清洗。這種交叉的超聲波清洗能更有效地將附著在軸承兩端以及溝槽內的污漬清洗掉。

圖3 超聲波清洗示意圖

超聲清洗原理主要是空化作用，如果清洗液里面含有殘存氣體時，除會增加超聲傳播損失外，空化泡運動過程中擴散到泡中的氣體增加時，在空化泡崩潰時會降低沖擊波的強度，從而削弱清洗作用。而在真空狀態下，清洗液中的氣體會逸出，從而強化清洗作用[2]。由于碳氫液中含有一定量的空氣，會影響超聲波的清洗質量，因此需對清洗液進行真空脫氣處理，以提高軸承清洗質量。

2.2 旋轉噴淋部分

軸承經過超聲波清洗以后，進入旋轉噴淋工序完成精洗，其清洗原理見圖4。清洗原理為：上面內、外兩側的噴嘴噴出由右向左的液柱，射向軸承高點的鋼球與保持架，鋼球和保持架便受到一個力F1的作用；下面內、外兩側的噴嘴噴出由左向右的液柱，射向軸承低點的鋼球與保持架，于是鋼球與保持架又受到一個力F2的作用，于是上、下兩組力對軸承的保持架形成了一個逆時針旋轉的力矩。在該力矩的作用下，軸承的內圈會隨著鋼球與保持架一起緩慢轉動。超聲清洗后未能從軸承溝槽內去除的隨著鋼球的滾動，附著在溝道內或者壓在鋼球與溝道之間的污漬便會暴露在外面，在兩股液流形成的旋流作用下，不斷地被沖刷出來。大部分的臟污會被液流帶走；少部分的臟污會從高點的溝道內落入低點的溝道內，但隨著軸承緩慢的不斷向前滾動，低點會逐漸變為高點，落入該點的污垢會再次被液流沖刷出來。以此循環，在左噴淋工位軸承內的污垢將逐漸減少。

圖4 左旋噴淋示意圖

經過左旋噴淋清洗后，軸承就會進入到右旋噴淋工位，在該工位液柱所形成的力矩與左旋噴淋工位方向相反。此時軸承的內圈會產生順時針的轉動，完成反方向旋轉噴淋清洗。經過這兩次的左、右旋噴淋后，軸承內的污垢將被徹底地清除。

3 測振分揀部分的設計

在清洗烘干工序完成后，軸承進入到測振分揀工序。根據實際經驗，軸承經過碳氫清洗液清洗后，如果不涂上一定的防銹油，其振動值的測量結果會偏大，所以在軸承進行測振前，要先注入一定量的防銹油。測振分揀裝置的原理如圖5所示。本軸承測振裝置采用三點雙面自動測量。以前軸承的測振裝置雖然也是采用三點測量法，但只有一個傳感器測頭，所以每次測量完一個點后要手動旋轉軸承120°再測量其他兩個點的振動值，測量效率較低。另外，軸承的上、下料都由手工完成，工人勞動強度大。

1—伺服電動機驅動裝置；2—左、右推移氣缸；3—B工位；4—A工位；5—上V鐵驅動氣缸；6—分檢撥叉圖5 測振分揀裝置原理示意圖

注油之后，測振工序的測量過程為：軸向推力器將軸承推到旋轉心軸上后，壓緊軸承外圈，心軸高速旋轉，此時測頭開始測量。由置壓在軸承外圈上的傳感器拾取振動信號，被檢測到的加速度信號經過數據采集卡采集處理后傳送到電腦中，電腦通過labVIEW程序對信號進行處理與分析。

步進電動機驅動分揀撥叉進行自動分揀，其控制過程是：測量的振動值經過程序分析后與軸承振動值的國家標準進行比較，判斷其等級，電腦向PLC發出指令，然后由計算機發出相應的數字控制信號給PLC,最后由PLC控制執行機構實現產品分揀。

另外，經烘干的軸承溫度較高，當進入測振工序后，該溫度下的軸承振動值和常溫下的振動值會有一個差值，這是一個系統誤差，因此在測振裝置的程序中需加一個補償值進行修正。

4 激光打標工序及涂油機設計

軸承經過分揀后，優品軸承進入激光打標機進行打標。激光打標采用全自動化的上料、定位、出料輸送鏈[3]。激光打標機采用打標范圍為280 mm×280 mm的聚焦鏡頭，外徑范圍在280 mm以內的軸承需要打標時不需轉動便可將三等分字一次打完，可節約旋轉時間，提高生產效率，而且打字深度在0～3 mm可調，字跡清晰，美觀大方。

經過打標后的軸承進入涂油機，涂油機采用霧化噴嘴涂油的方式。為防止防銹油溢出涂油機，將涂油工序設計在一個封閉空間內進行。當軸承進入涂油機后，涂油機進、出口的兩扇由氣缸控制的門便自動關閉，等涂油完畢以后再打開。其中多余的油霧經過涂油機內的吸風系統及時吸走，以防止防銹油外溢。

5 結束語

(1)采用自動化控制技術，裝配線整體自動穩定運行，提高了生產效率，減輕了工人的勞動強度。

(2)采用超聲兩側交錯振動清洗結合旋轉噴淋清洗的清洗方法，提高了軸承的清潔度。

(3)采用碳氫清洗液，利用烘干方法加快了軸承的干燥速度，減少了軸承表面清洗液的殘留量。

(4)全自動的三點雙面測振與分揀裝置，提高了生產效率，節省了大量的體力勞動。

(5)先進的激光打標工藝，提高了打標質量，簡化了軸承的制造工藝。