浅谈轴承内外圈旋转刷洗设备研制

朱晓松

（中车石家庄车辆有限公司，河北 石家庄 051430）

轴承作为一种高精度、互换性好、已标准化的机械基础零件，经常应用于高效率、高转速、高精密度的场合。轴承质量的好坏，将直接影响机械运动部件的运转精度、性能、寿命和可靠性。轴承清洁度是轴承质量的一项重要考核指标。轴承的清洁度是由轴承生产过程中的清洗质量来保证的。因此，如何保证及提高轴承生产过程中的清洁质量是轴承生产企业技术人员十分重视的问题。当前，轴承内外圈的清洗设备主要为旋转喷淋及超声波清洗2 类，旋转喷淋清洗就是在轴承旋转过程中对轴承喷射清洗液，通过清洗液的溶解作用及冲击力来去除轴承表面的污物，旋转喷淋清洗存在成本高、清洗效率低、安全性差、工装多、调整多、轴承清洁度难以满足要求等缺点；而超声清洗存在清洗不均匀现象，清洗效果差等问题。而对于轴承内外圈零件来说，清洗效果最好的是刷洗，如何研制一种无须更换工装、无须调整、清洗效率高、效果好的自动化轴承刷洗设备成为亟待解决的课题。

1 设备总体方案

1.1 设计原则

（1）自动化程度高。轴承属于大批量生产的机械部件，为了提高生产率，清洗系统需要具有较高的自动化程度，以便保证企业对生产节拍的要求。

（2）清洗效率高。当前，大多数的轴承采用流水线的生产方式，清洗效率的高低不仅仅影响该工序的效率，还会影响整条生产线的生产效率。

（3）洗净能力强。能够通过企业的清洁度检测实验。

（4）清洗安全与绿色环保。清洗过程中非常容易造成生产车间及周围环境的污染，危害操作人员的健康，甚至发生爆炸、火灾等事故。

1.2 工作流程及空间布局

（1）工作流程。该设备旨在实现对轴承内外圈的旋转刷洗，主功能分区为清洗机构，为实现能够在轴承自动生产线上应用，还配置了辅助机构：自动进、出料机构、限位机构、位移机构。设备工作流程示意图如图1。

图1 设备工作流程示意图

（2）设备空间布局。整个设备可以分为入料区域、辅助区域、功能区域以及出料区域。其中功能区域为刷洗功能区；辅助区域分为挡料区域与位移区域。设备的空间布局需要充分考虑各个区域的功能合理布局，尽量紧凑。图2 为设备空间布局图。设备总体结构图如图3。

图2 设备空间布局图

图3 设备总体结构图

1.3 设备总体结构

轴承套圈进入设备后，由入料区传送棍棒实现轴承的入料，限位机构将轴承限制在合适的位置，以便移位机构能够快速、准确地将轴承夹持并将轴承移送到清洗工位，实现对轴承的旋转刷洗，清洗完成后由移位机构将轴承推送到出料区，由出料区动力棍棒的带动下，将轴承套圈移送出设备。

（1）定位夹紧机构设计。本设备定位夹紧机构采用曲柄滑块的作用原理，将四个曲柄滑块机构以间隔90°的方式连接起来，并把四个曲柄连接为曲柄转盘，形成如图4 所示结构，以曲柄转盘的转动带动四个滑块在平面内移动，实现对轴承的定位与夹紧。

图4 定位夹紧机构原理图

根据上述定位夹紧机构工作原理设计如图5 所示的定位夹紧机构。以气缸作为定位夹紧机构的动力源，齿轮旋转盘作为曲柄盘，气缸推动齿条移动，齿条与齿轮旋转盘上的齿轮啮合，带动齿轮旋转盘转动，齿轮旋转盘带动连杆转动。在连杆的作用下实现夹持块在导槽中实现平移运动，实现夹持块对轴承的夹持作用。4 个夹持块能够等速趋近或离开转盘中心（夹持块保持等距性行程），使工作平面对中心总能够保持相等的距离。当轴承尺寸变化时，有夹持块的等距移动来调整，使轴承工序基准（轴线）与转盘中心保持一致。在四个夹持块的作用下，轴承的X、Y 轴的自由度被限制，轴承只具有Z 轴的转动自由度，达到对夹持机构设计的目的。

图5 定位夹紧机构工作原理图

图6 定位夹紧机构三维模型

将轴承定位夹紧后，需要实现轴承的旋转。传动机构带动链轮旋转，带动芯轴旋转，芯轴与齿轮旋转盘通过平键连接，芯轴转动带动齿轮旋转盘的转动，实现夹持块及工作台面的旋转，带动轴承旋转。

（2）刷洗机构设计。确定轴承刷洗方式后，需要对轴承刷洗方式的实现进行研究。刷洗机构的设计需要注意以下几点：由于刷洗过程会有静电产生，驱动毛刷不能够由电驱动实现旋转，因此，毛刷旋转的驱动方式采用气动马达，以满足设备防爆要求。毛刷接触轴承内外表面的作用力不能够大于定心夹紧机构对轴承的夹紧力，以免使轴承产生位移，同时，毛刷杆需要有足够的刚性，防止毛刷杆弯曲变形。根据上述设计要求，设计了图7 所示的刷洗机构。

图7 刷洗机构结构示意图

当轴承由位移机构移动到清洗工位时，下压气缸处于伸回状态，待定位夹紧机构将轴承位置夹紧后，下压气缸伸出，将内、外毛刷送到工作位置。在定位夹紧机构的带动下，轴承开始旋转，同时内、外气动马达的带动下实现毛刷的旋转，实现对轴承的刷洗功能。整个刷洗过程是在防护罩内完成，能够防止刷洗过程中清洗液的飞溅，保证生产环境的清洁。防护罩内的防静电网能够很好的防治刷洗过程中产生的静电，保证生产的安全。

2 结语

该设备能够在无工装、无调整的条件下，实现对规定尺寸段内轴承内外圈的清洗。整个清洗过程在防护罩内进行，能够防止清洗液的飞溅，且防护罩内的防静电网能够有效地防止由刷洗产生的静电引起的安全隐患。因此，该设备能够满足设备生产自动化的要求。