重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置的設(shè)計*

□ 王國輝 □ 雷良育,2 □ 孫崇昆 □ 荊家寶 □ 胡 峰

1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院 杭州 311314 2.浙江兆豐機(jī)電股份有限公司 杭州 311232

1 設(shè)計背景

隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升,汽車行業(yè)正在蓬勃發(fā)展。在汽車零部件中,輪轂軸承安裝位置特殊,結(jié)構(gòu)精密,需要進(jìn)行深入研究。

汽車輪轂軸承的啟動力矩指汽車在不承受載荷啟動時,輪轂軸承的內(nèi)外圈從靜止?fàn)顟B(tài)到開始相對轉(zhuǎn)動的瞬間所需要克服的摩擦阻力矩。啟動力矩可以綜合反映摩擦性能,包括輪轂軸承內(nèi)外圈球面或錐面的貼合度、預(yù)緊狀況等,是輪轂軸承的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)[1-2]。目前,國內(nèi)外研究人員對自潤滑關(guān)節(jié)軸承啟動力矩的研究較多。林晶等[3]基于自潤滑關(guān)節(jié)軸承,分析了濕熱對軸承無載旋轉(zhuǎn)啟動力矩影響的原理,以及國內(nèi)外軸承存在的差異與產(chǎn)生的原因。柏德恩等[4]設(shè)計了減速器啟動力矩測試系統(tǒng),方便對減速器啟動力矩進(jìn)行檢測。李寶福等[5]對自潤滑關(guān)節(jié)軸承無載啟動力矩的測量方法進(jìn)行了深入研究和分析。張令、鄭茂江等[6-7]對自潤滑關(guān)節(jié)軸承無載旋轉(zhuǎn)啟動力矩的測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了深入探討。

大多數(shù)研究人員主要對自潤滑關(guān)節(jié)軸承的啟動力矩進(jìn)行重點(diǎn)深入研究,而在廣泛使用的汽車輪轂軸承啟動力矩方面則缺少相關(guān)的深入研究。筆者根據(jù)研究現(xiàn)狀及制造企業(yè)對重型汽車輪轂軸承啟動力矩研究的迫切需求,基于重型汽車輪轂軸承結(jié)構(gòu)比一般汽車輪轂軸承結(jié)構(gòu)大的特點(diǎn),設(shè)計了重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置。通過這一檢測裝置采集現(xiàn)場在線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以為重型汽車輪轂軸承啟動力矩領(lǐng)域提供參考。

2 結(jié)構(gòu)

重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢測裝置結(jié)構(gòu)

3 檢測工藝流程

根據(jù)重型汽車輪轂軸承啟動力矩測試的基本原理,確定檢測工藝流程。待檢輪轂軸承從上一檢測工位移動到啟動力矩檢測工位,檢測裝置自動將輪轂軸承定位。下方的內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)上升,移動到輪轂軸承內(nèi)圈位置壓緊內(nèi)圈。此時,上方的外圈撥動機(jī)構(gòu)模擬扭力扳手動作,撥動輪轂軸承進(jìn)行勻脂,開始進(jìn)行啟動力矩的自動檢測。檢測完成后,上下壓頭縮回原點(diǎn),輪轂軸承進(jìn)入下一檢測工位。重型汽車輪轂軸承啟動力矩檢測工藝流程如圖2所示。

圖2 檢測工藝流程

4 檢測技術(shù)要求

(1)對于重型汽車輪轂軸承標(biāo)準(zhǔn)件,啟動力矩為4～8 N·m。

(2)啟動力矩檢測精度為0.1 N·m,檢測誤差不大于±0.1 N·m。

(3)檢測方式為旋轉(zhuǎn)檢測。

(4)上下壓頭最大壓力可調(diào)節(jié),液壓缸應(yīng)壓緊。

(5)具有手動、自動切換功能,不會影響整條檢測線的運(yùn)行。

5 設(shè)計方案

重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置的主要組成部分包括工件運(yùn)輸軌道、內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)、外圈撥動機(jī)構(gòu)、可編程序控制器控制系統(tǒng)等。

5.1 工件運(yùn)輸軌道

工件運(yùn)輸軌道的作用是將待檢測輪轂軸承由上一檢測工位傳送至啟動力矩檢測工位。由于重型汽車輪轂軸承相比一般汽車輪轂軸承結(jié)構(gòu)更大,質(zhì)量更重,因此借用傳統(tǒng)自動化生產(chǎn)線工位輸送軌道已不能滿足需求。設(shè)計長方形滾球輸送軌道,水平直線排列的相鄰滾球距離為170 mm,豎直方向距離為388.4 mm。滾球上方設(shè)置輪轂軸承的輸送托盤,保證滿足檢測的要求。工件運(yùn)輸軌道的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 工作運(yùn)輸軌道結(jié)構(gòu)

5.2 內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)

根據(jù)重型汽車輪轂軸承啟動力矩測試的原理,需要設(shè)計一個內(nèi)圈壓緊工作臺,來放置待檢輪轂軸承及壓緊待檢輪轂軸承的內(nèi)圈,從而保證啟動力矩的有效檢測。為更好地配合工件運(yùn)輸軌道,內(nèi)圈壓緊工作臺位于兩個長方形滾球輸送軌道之間,并且內(nèi)圈壓緊工作臺的原始狀態(tài)必須低于長方形滾球輸送軌道。在內(nèi)圈壓緊工作臺下方設(shè)計兩個液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)墊高內(nèi)圈壓緊工作臺,從而達(dá)到壓緊待檢輪轂軸承內(nèi)圈的要求。在內(nèi)圈壓緊工作臺上設(shè)計紅外定位孔,使輸送托盤到達(dá)指定位置時準(zhǔn)確停下,進(jìn)行相應(yīng)的自動壓緊操作。內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

5.3 外圈撥動機(jī)構(gòu)

為更好地配合內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu),在內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)機(jī)架的后方設(shè)計延伸機(jī)架,方便安裝外圈撥動機(jī)構(gòu)。外圈撥動機(jī)構(gòu)的外圈撥動頭必須設(shè)計為與內(nèi)圈壓緊頭的中心在同一直線上。延伸機(jī)架的寬度與下方部件相同。在延伸機(jī)架上設(shè)計外圈撥動機(jī)構(gòu)的水平移動滑軌,外圈撥動機(jī)構(gòu)的水平移動由水平控制液壓缸完成。在延伸機(jī)架上設(shè)計上下移動滑軌,用于實(shí)現(xiàn)外圈撥動機(jī)構(gòu)的上下移動。外圈撥動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 外圈撥動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

5.4 可編程序控制器控制系統(tǒng)設(shè)計

重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置的電氣控制系統(tǒng)主要采用可編程序控制器與人機(jī)交互觸摸屏。可編程序控制器采用歐姆龍CP1W系列,可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)上下動作壓緊和松開、外圈撥動機(jī)構(gòu)上下左右移動自動校準(zhǔn)、內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)和外圈撥動機(jī)構(gòu)配合動作檢測輪轂軸承啟動力矩,主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)、氣缸和液壓缸[8-9]。可編程序控制器控制系統(tǒng)部分接線如圖6所示。

圖6 可編程序控制器控制系統(tǒng)部分接線

6 檢測實(shí)例分析

重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置實(shí)物如圖7所示。

圖7 檢測裝置實(shí)物

為驗(yàn)證檢測裝置的可行性和準(zhǔn)確性,對檢測裝置進(jìn)行在線實(shí)時預(yù)調(diào)試檢測[10],主要設(shè)置界面如圖8所示。根據(jù)《商用車輪轂軸承單元》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),某款重型汽車輪轂軸承啟動力矩的合格標(biāo)準(zhǔn)為4～8 N·m。

圖8 檢測裝置設(shè)置界面

從理論上而言,啟動力矩越小,啟動時克服的摩擦阻力就越小,但是在保證下限值的前提下,也要保證輪轂軸承的游隙。根據(jù)技術(shù)專家的評估,將啟動力矩下限值設(shè)置為5 N·m,可以保證該款重型汽車輪轂軸承的游隙符合要求。

將標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置完成后,點(diǎn)擊“自動畫面”按鈕,然后點(diǎn)擊主屏幕上的“復(fù)位”按鈕,使系統(tǒng)復(fù)位,之后點(diǎn)擊“開始”按鈕使檢測裝置自動運(yùn)行。模擬調(diào)試在線檢測15組待檢輪轂軸承,系統(tǒng)自動生成啟動力矩實(shí)時在線曲線,如圖9所示。

圖9 啟動力矩實(shí)時在線曲線

對所生成的啟動力矩實(shí)時在線曲線進(jìn)行分析,確認(rèn)所設(shè)計的檢測裝置可以對重型汽車輪轂軸承啟動力矩進(jìn)行在線檢測,驗(yàn)證了檢測裝置的可行性。9號和12號輪轂軸承超出了啟動力矩的上下限標(biāo)準(zhǔn),為不合格件。該批輪轂軸承共15件,整體不合格率為13.333%。

7 結(jié)束語

筆者設(shè)計了重型汽車輪轂軸承啟動力矩在線檢測裝置,通過案例驗(yàn)證了檢測裝置的可行性。當(dāng)然,這一檢測裝置還存在一些缺點(diǎn),如在實(shí)時顯示檢測數(shù)據(jù)曲線時,不合格品不能直觀顯示,需要操作人員手動查看。后續(xù)將進(jìn)一步改進(jìn)控制程序,為重型汽車輪轂軸承啟動力矩的在線檢測提供更好的平臺,同時也為軸承行業(yè)提供更多的工程參考。