軸承自動(dòng)裝配時(shí)鋼球損傷的原因分析

汪燮民

(浙江五洲新春集團(tuán)有限公司，浙江 新昌 312500)

深溝球軸承自動(dòng)裝配機(jī)(線)在軸承制造業(yè)中已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，其對(duì)于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有重要的意義。但在裝配過程中時(shí)有鋼球發(fā)生損傷的情況，主要出現(xiàn)在填球、歸球和分球工位，這通常是由于工裝的制造、安裝和調(diào)整不合適，造成了鋼球的擦傷和擠壓傷。鋼球損傷對(duì)低噪聲(靜音)軸承非常不利，必須加以解決。

1 配球

自動(dòng)裝配機(jī)的取球方法普遍采用的是上部球盒貯球，由安裝在球盒底部的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的管口取球，球留存在下方的塑料軟管中，再送到定配器中，如圖1所示。一般設(shè)有10個(gè)球盒，假設(shè)各規(guī)值的鋼球參與裝配的機(jī)會(huì)相等，那么有十分之一的機(jī)會(huì)將球送出。管口在球盒的球堆中不斷上下往復(fù)的節(jié)拍大于合套的節(jié)拍，對(duì)規(guī)值較少使用到的鋼球來說，發(fā)生摩擦的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。另外，由于管口的上下運(yùn)動(dòng)，使下方的塑料管道來回彎折(圖1b)，管道中的鋼球也隨之受到塑料管壁的微小摩擦和鋼球相互之間的擠壓，尤其在鋼球表面和管壁附有微小顆粒時(shí)，很容易造成球的擦傷和劃傷。

(a)球盒 (b)下球管道 (c)改進(jìn)后的球盒底部圖1 球盒、下球管道實(shí)物及改進(jìn)后的球盒底部示意圖

因此，采取措施為：將球盒做成漏斗狀，即底部成斜坡形，為防止漏斗口因鋼球的擁堵而不下球，在漏斗口邊緣加裝1個(gè)輕微上下運(yùn)動(dòng)的扁形推桿，以打破鋼球的擁堵狀態(tài)(圖1c )；并充分保持鋼球和下球管道的清潔。

2 加球

加球部分結(jié)構(gòu)實(shí)物如圖2所示。

1—檢測(cè)裝置；2—推料桿；3—月牙臺(tái)；4—外圈變形加力裝置；5—內(nèi)圈定位裝置圖2 加球部分結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

2.1 出球

出球口使鋼球自由順暢地落到承球月牙臺(tái)上，并均勻地向兩邊散開到溝道內(nèi)。出球口上部設(shè)置有推球桿，在出球順暢時(shí)，球全部落到月牙臺(tái)上后，推料桿才開始向下動(dòng)作，但并未接觸球(為空動(dòng)作)；當(dāng)出球不暢時(shí)，推球桿的向下運(yùn)動(dòng)將會(huì)推動(dòng)尚未流出的鋼球下壓強(qiáng)制出球，此時(shí)容易產(chǎn)生鋼球的擠壓傷和表面劃傷。

因此，改進(jìn)采用了如圖3所示的出球口結(jié)構(gòu)。該出球口與軸承端面平齊，月牙形開口為圓弧喇叭口，喇叭口中心圓弧半徑與軸承球組節(jié)圓直徑一致或稍小，喇叭口中的尺寸半徑R為1.5倍球徑。改進(jìn)后的出球口避免了上下兩球的重疊，也就避免了下球不暢被推球桿下壓強(qiáng)制頂出的發(fā)生。

圖3 出球口

2.2 落球

目前填球使用的月牙臺(tái)只能上下移動(dòng)，考慮到內(nèi)圈的復(fù)位，月牙臺(tái)的寬度受限于內(nèi)、外圈擋邊直徑尺寸。當(dāng)內(nèi)圈靠向一邊讓出填球區(qū)域時(shí)，月牙臺(tái)內(nèi)側(cè)與內(nèi)圈擋邊之間的間隙較大(圖4)，鋼球容易落入此間隙中而不利于分球，增加了球與擋邊之間產(chǎn)生擠壓傷的幾率，也可能造成月牙臺(tái)內(nèi)側(cè)中間邊緣的凹陷。

圖4 現(xiàn)有月牙臺(tái)結(jié)構(gòu)

為了使月牙臺(tái)能盡可能靠向填球間隙的中間部位，將現(xiàn)用的月牙臺(tái)改為分體組合結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的月牙臺(tái)如圖5所示。上部月牙可以在下部基體上前后滑動(dòng)，內(nèi)圈靠向外圈后月牙臺(tái)上升，設(shè)計(jì)的上部月牙正好處在填球間隙的中間位置，阻止了球落入月牙與擋邊間的間隙。當(dāng)填好球后內(nèi)圈復(fù)位，此時(shí)上部月牙隨內(nèi)圈擋邊推開，不影響內(nèi)圈的復(fù)位；當(dāng)月牙臺(tái)整體下降離開軸承后，上部月牙又恢復(fù)到下部基體的原始位置。

圖5 改進(jìn)后的月牙臺(tái)結(jié)構(gòu)

3 歸球

歸球是采用歸球板將球歸攏到一個(gè)固定的角度位置上，以便于下一步的分球、裝保持架，目前采用的歸球板結(jié)構(gòu)如圖6所示，其從上往下插入裝好球的組件內(nèi)。歸球板的側(cè)面為螺旋面形狀時(shí)，由于螺旋角的原因，在插入的過程中，鋼球受到1個(gè)空間力(圖6b)的作用，其水平分力為1個(gè)圓周切向力，該力使鋼球向圓周方向推動(dòng)，向兩邊歸位。但目前歸球板側(cè)面多為三角形的斜面，而且在使用中經(jīng)過手工修復(fù)后更加向外傾斜，這就增加了其對(duì)外圈溝道的壓力，使溝道對(duì)鋼球造成損傷的幾率隨之加大。另外，螺旋面對(duì)鋼球的軸向分力會(huì)加大鋼球向兩邊歸位時(shí)與溝道之間的摩擦，若套圈、鋼球的清潔度不理想的的話，也同樣會(huì)造成溝道與鋼球之間的擦傷。

(a) (b) (c)圖6 歸球板及受力分析

因此，歸球板的側(cè)面應(yīng)制作成螺旋面且形狀規(guī)范、表面光滑；為盡可能加大螺旋角，減小軸向分力，應(yīng)加長(zhǎng)歸球板；歸球板插入方向最好為由下向上，以抵消一部分作用在鋼球上的軸向分力。如果歸球板由軸承下部向上插入，鋼球就有沿螺旋面滑落的趨向，便可以減少插入時(shí)對(duì)鋼球產(chǎn)生的軸向分力。

另一種比較理想的歸球方法是以小頂角的歸球板(類似分球器的針狀)插入鋼球組件中，順鋼球球組節(jié)圓直徑做圓周運(yùn)動(dòng)將球歸向一邊，也可消除軸向分力的作用。

4 分球

采用分球叉進(jìn)行分球(圖7)，分球叉制作的關(guān)鍵是其端部應(yīng)為螺旋面。分球叉?zhèn)让?尤其是推動(dòng)鋼球的一側(cè))均應(yīng)該是通過中心的軸向平面，分球時(shí)使鋼球受到圓周切向力，減小鋼球在溝道內(nèi)移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，避免擦傷；分球叉另一側(cè)面應(yīng)留出一定的間隙。同樣，分球叉由軸承下部向上插入，以減少插入時(shí)對(duì)鋼球產(chǎn)生的軸向分力，減小對(duì)鋼球的摩擦傷。

圖7 分球叉

5 結(jié)束語

鋼球是低振動(dòng)、低噪聲軸承中的最關(guān)鍵零件，工作面上的任何微傷痕都會(huì)影響到軸承的品質(zhì)，因此，實(shí)際生產(chǎn)中除了要關(guān)注鋼球本身的質(zhì)量外，還要注意軸承裝配過程的各個(gè)細(xì)節(jié)。這些問題的解決除了要進(jìn)行認(rèn)真分析外，還依賴于工裝制造、調(diào)整的合理性并需進(jìn)行必要的定期更換。