深溝球軸承自動裝配機合套系統的機械結構設計

趙春輝

（無錫技師學院（立信中專），江蘇 無錫214153）

0　引言

本市很多軸承廠是微型軸承制造公司。這些企業軸承的產量很大，傳統的手工裝配效率太低，因此研制自動裝配線成為提高生產率的一個重要方面[1]。針對某企業生產的型號為619/9的深溝球軸承，研究該軸承自動裝配機中的合套系統，以有效地提高其自動裝配的精度和速度[2]。619/9型常用參數見表1.它的尺寸見圖1.

表1619　/9型軸承基本參數

圖1　深溝球軸承

本文主要闡述深溝球軸承自動裝配機合套系統的設計，其結構構成如圖2所示，該系統是自動裝配機的第一大部分，主要完成深溝球軸承三大基礎件（外圈、內圈及滾動體）裝配位置的確定，研究該系統的目的在于保證和穩定該類產品的品質、提高生產效率，以適應國際市場的激烈競爭[3-4]。

1　合套系統的基本組成結構

軸承合套系統主要的模塊：內外圈的進料模塊、內外圈的合套模塊、滾動體（滾珠等）的入料模塊。這三大模塊中，共有8個主要機構協同運動進行本設備的合套運動。該合套系統就要求完成的以下功能：

（1）內、外圈進入所需的位置。

（2）內、外圈尺寸的測量。

（3）機械手自動夾緊定位。

（4）根據游隙自動輸送滾珠。

（5）自動送料。

總體的模塊如下圖2所示。

圖2　深溝球軸承自動裝配機合套系統總體模塊

合套裝置的總體機械部分見圖3，其主要由外圈進料機構、內圈進料機構、檢測機構等機構構成[5]。

圖3　深溝球軸承自動裝配機合套系統的結構組成

2　主要部件機械結構設計

軸承合套系統的主要模塊是內外圈的進料模塊，本節主要介紹該模塊的機械結構設計。

2.1　外圈進料機構

在軸承外圈入料機構中，需要操作者將軸承外圈放置于機械手能夠夾持的位置，有以下兩種方式實現裝置：料倉式上料和料斗式上料裝置[5]。

（1）料倉式上料裝置

該設備是半自動設備，主體見圖4（a）。裝置有以下特點：1）不能讓零件自己定位，它需要人手工操作將其放在固定的料倉，最終再通過設備把零件一個個放到工裝里面；2）該裝置較為方便。工作非常安全、適用、耐久。

（2）料斗式上料機構

其結構如圖4（b）所示。料斗式上料裝置的工作方式為：1）操作者把一個一個的工件一批批地隨意的倒進料斗中，其固定方向的機構便將無規則放置的工件自動確定方向。目的是使各個工件按照預定的方向自動進行排列，并使其按照預計的頻率將工件送進機床夾具；2）那些未固定方向的工件便被退出并重新放回料斗，該設備的自動化水平非常高。

圖4　料倉式與料斗式上料機構簡圖

對比可知：料倉式適合工件形狀難度高，尺寸大，重量重，加工時間長的場合；料斗式適合工件形狀難度易，尺寸小，重量輕，加工時間短，且需要經常進料的場合。由于本文選用軸承為619/9型深溝球軸承，其外圈直徑為20 mm，屬于形狀比較簡單、重量輕的零件，選用料斗式上料機構為最佳選擇。

但是料斗式機構容易損傷軸承外圈，必須在該機構的基礎上進行改進才能使用。外圈進料機構改進結構如圖5所示，主要由推料板、外圈進料滾道、進料轉盤、轉盤電機、推料氣缸等組成。

圖5　外圈進料機構的結構組成

改進后機構工作原理：初期外圈可以隨意的放進進料轉盤中。轉盤電機轉動帶動中央的轉盤運動，利用進料轉盤中間的錐板將外圈依次排列整齊。通過進料轉盤側邊的隔板裝置將外圈導入外圈進料滾道。當外圈通過滾道進入推料板后，推料氣缸便開始動作。該機構的動作是將外圈推到指定位置后，再返回原先的位置。在指定位置的外圈被下一步工序取走后，它再次運動推下一個外圈到該位置。

2.2　內圈進料機構

內圈進料機構與外圈進料機構有很大的區別，內圈在裝配時候主要保證裝配外徑精度，需要檢測的是其外徑尺寸。而使用與外圈進料機構相同的方式（如料倉式或者料斗式），則會在自動進料時候損壞內圈外徑，故可以排除外圈進料的兩種進料方式。

內圈進料主要考慮的因素的內圈外徑要保證精度，而內圈的內徑是可以使用的，初定方案有以下幾種[6]：

（1）懸臂支桿式進料機構

懸臂支桿式進料機構適用于環狀工件，基本結構如圖 6（a）所示。該機構：1）結構簡單；2）工件的容量很大。工作原理是步進推板每進給一次，工件就掉進料道一個，推完后再裝工件，效率較低。

（2）步進轉盤式進料機構

步進轉盤式結構的原理是采用重力進行推動運動，其結構如圖 6（b）所示。該機構：（1）結構輕便；（2）工件可以利用轉盤傳遞工位。原理是工件從垂直的料倉中利用重力滑入轉盤中，轉盤作步進轉動將工件逐個進行傳遞進料。

圖6　懸臂支桿式和步進轉盤式進料機構結構組成

經過比較，懸臂支桿式進料機構適用于環狀工件，而步進轉盤式進料機構適合于多工位傳遞工件，內圈進料機構可以結合兩種方案的優點進行組合設計。本文針對619/9型深溝球軸承，內圈進料機構改進為如圖7所示的結構。

圖7　內圈進料機構的結構組成

改進后機構工作原理：工人在開始的時候先把內圈一個一個的裝在導柱上，然后將導柱裝上內圈進料導柱機構。當設備檢測到內圈已經在相應的位置后，角度翻轉機構氣缸運動將內圈從上側旋轉90°至水平位置，此時等待下一步工序取走內圈。取走后，該機構的氣缸退回將機構復位。如此反復操作，當機構檢測到導柱上的內圈沒有后，棘輪棘爪機構將大轉盤旋轉45°更換新的導柱。此時，工人可以將已經裝好內圈的導柱更換已經沒有零件的導柱。通過此循環可以完成內圈自動進料。

3　結束語

深溝球軸承合套系統的研究旨在提升軸承的裝配能力，本文通過三維軟件的建模模擬合套系統的各個組成部分，在本系統機械主體設計中，研制了一些專門化構造。例如：為了不損傷軸承外圈，外圈進料機構中采用改進的料斗式進料機構；為了提高軸承內圈的進料效率，內圈進料機構中采用棘輪棘爪機構進行分度，從而增加了導桿的數量；這些機構的研究為以后設備的投產提供了原始的模型數據。

參考文獻：

[1]倪森壽，袁 鋒.機械基礎[M].北京：高等教育出版社，2000：185-195.

[2]郭淑芳，商建東，張俊江.深溝球軸承自動合套機設計[J].河南科技大學學報，2003，24（1）：37-39.

[3]何 建.PLC在全自動軸承裝配機中的應用[J].煤炭技術，2012，31（9）：61-63.

[4]盧 剛.促進轉型升級，建設軸承強國[J].金屬加工熱加工，2012（13）：18-19.

[5]黃越平，徐進進.自動化機構設計構思實用圖例[M].北京：中國鐵道出版社，1993：67-101.

[6]黃繼昌.實用機械機構圖冊[M].北京：人民郵電出版社，1996：353-360.