一種成品軸承高效清洗方式

朱曉松，王連吉，李興林，王續(xù)躍

(1.大連理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2.杭州軸承試驗研究中心有限公司，杭州 310022)

目前成品軸承清洗方式一般是帶有使軸承旋轉(zhuǎn)的沖洗洗滌[1-4]，在軸承旋轉(zhuǎn)的過程中清洗液帶出附著在滾動體與保持架之間的細小污物[5]。成品軸承清洗過程最重要的是滾道清洗，特別是對于低噪聲軸承[6]，如果滾道中含有微粒等污物將會使?jié)L道產(chǎn)生磨粒磨損，使軸承產(chǎn)生噪聲、異響，嚴重影響使用壽命。長期以來成品軸承的清洗方式多采用噴淋清洗或超聲波清洗，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)噴淋清洗存在清洗效率低、工裝多、調(diào)整困難、軸承清潔度難以滿足要求等缺點；超聲清洗只能將污物松動，不能使污物脫離軸承，清洗效果有一定局限性。因此，急需一種無需更換工裝、無需調(diào)整、清洗效率更高、效果更好且安全的清洗方式。

1 被清洗面過流量概念

在噴淋清洗中，清洗效果與清洗液自身的洗凈能力(清洗液溶解油脂的能力)、清洗液噴出時動能轉(zhuǎn)化為對清洗對象的沖擊力、清洗液在被清洗對象表面發(fā)生界面流動的作用力有關(guān)[7]。

清洗液流經(jīng)污物表面有2種方式，如圖1 所示。在噴射清洗作用力的持續(xù)作用下，污物從軸承表面分離。清洗液對軸承表面污物形成的沖擊力為

P=ρvQ，

(1)

式中：P為噴射壓力；ρ為液體密度；v為流體的平均速度；Q為流量。

圖1 清洗過程示意圖

清洗液對軸承表面污物的沖擊力越大，清洗效果越好，因此，提出了被清洗面過流量的概念，即一定時間段內(nèi)流經(jīng)單位被清洗面積的流量，其表達式為

S=kQvt，

(2)

式中：S為被清洗面過流量；k為與軸承類型、清洗液種類有關(guān)的常數(shù)；t為噴射時間。

由(1)，(2)式可知，影響被清洗面過流量的主要因素為噴射壓力與噴射時間。

2 傘狀托起清洗方式

根據(jù)被清洗面過流量概念，提出了一種更高效的傘狀托起清洗方式。

2.1 工作原理

傘狀托起清洗方式工作原理和工作過程如圖2所示。軸承經(jīng)機械手運送到清洗工位后，傘狀托板將內(nèi)圈托起，上壓頭壓住外圈，當(dāng)上壓頭與傘狀托板將軸承定位后，可以實現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈的分離；傘狀托板帶動內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，與此同時，清洗液從上壓頭中的導(dǎo)液管中流出，實現(xiàn)對軸承的高效無盲區(qū)清洗。

圖2 主要結(jié)構(gòu)及清洗液流向

2.2 清洗液流向

理想狀態(tài)下，當(dāng)上壓頭與傘狀托板將軸承固定后，外圈與上壓頭接觸部分A處可視為密封環(huán)境，內(nèi)圈與傘狀托起接觸部分B處也可視為密封環(huán)境。在這種情況下，由軸承、上壓頭、傘狀托板圍成的C區(qū)域充滿清洗液，由于A，B處密封，所以清洗液只能從內(nèi)、外圈之間流出，在軸承旋轉(zhuǎn)的過程中帶出附著在滾動體與保持架之間的細小污物，實現(xiàn)軸承滾道的高效清洗。

2.3 工裝調(diào)整

傘狀托起清洗方式能夠適應(yīng)于不同尺寸段的軸承，實現(xiàn)無工裝、無調(diào)整自動清洗(圖3)。

圖3 最大和最小尺寸軸承的清洗

2.4 適用范圍

傘狀清洗結(jié)構(gòu)特點適用于主要承受徑向載荷且能夠承受一定軸向載荷的軸承，如調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承等，而圓柱滾子軸承不適用于此清洗方式。

3 影響清洗效果的因素

3.1 清洗液

成品軸承清洗常用清洗液有汽油、煤油、碳氫溶劑等。汽油的清洗效果較好，但極易燃燒，生產(chǎn)危險性大；煤油清洗效果較差，不適合做專用清洗劑[8]。因此，采用碳氫化合物溶劑作為清洗液，能夠兼顧清洗效果與生產(chǎn)安全性，且經(jīng)濟環(huán)保。碳氫化合物類清洗劑通過表面張力小的溶劑浸漬到被清洗物的狹小縫隙中，將污物(附著物)溶解并使之?dāng)U散到溶劑中，洗凈能力強，毒性小，對金屬腐蝕性小，非常適合用于清洗成品軸承。

3.2 清洗壓力

當(dāng)清洗壓力越大時，清洗液流量越大，清洗液的平均速度越大。由(2)式可知，被清洗面過流量越大，清洗效果越好。與此同時，當(dāng)清洗壓力變大時，清洗液形成的噴射壓力也越大，對污物的沖擊力也越大。

清洗壓力并非越高越好，清洗壓力越大，對泵的要求也會越高。評價一個清洗系統(tǒng)的優(yōu)劣不僅僅從清洗效果單方面考慮，特別是在一般工業(yè)清洗領(lǐng)域，對實用性要求十分突出。經(jīng)過清洗試驗對比，傘狀托起清洗方式清洗壓力為6～8 MPa最為合適，在這個壓力范圍內(nèi)，清洗液的清洗作用和液流的沖刷作用效果最佳。

3.3 清洗時間

由(2)式可知，延長清洗時間能夠使更多的清洗液作用于被清洗對象，使被清洗面過流量增大，清洗效果提高。但清洗時間的增加會使相同時間內(nèi)清洗軸承數(shù)量減少，影響生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。綜合分析，根據(jù)軸承尺寸的不同，單套軸承清洗時間設(shè)定為15～90 s較為合適，小尺寸軸承清洗時間可縮短，大尺寸軸承清洗時間相應(yīng)增加。

3.4 壓緊力

清洗過程中軸承內(nèi)、外圈分別受傘狀托板和上壓頭的作用力，作用力過大時可能將污物壓在軸承上，污物受到清洗液的沖擊力不足以將其從軸承上分離，影響清洗效果。因此，傘狀托板與上壓頭作用于軸承上的力在保證定位的前提下越小越好。

3.5 軸承轉(zhuǎn)速

軸承清洗過程中，轉(zhuǎn)速過高，會使清洗液產(chǎn)生擾動，使其流速降低，影響清洗效果；轉(zhuǎn)速過低，軸承旋轉(zhuǎn)的過程中不能將附著在滾動體與保持架之間的污物完全帶出，清洗效果亦不理想。

4 清洗效果對比

以大、小2個尺寸的調(diào)心滾子軸承22330和22218為例，對比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)噴淋清洗與傘狀托起清洗方式的清洗效果。

4.1 傳統(tǒng)噴淋清洗

傳統(tǒng)噴淋清洗方式如圖4所示，在理想狀況下清洗液在外徑為213 mm，內(nèi)徑為41 mm的環(huán)狀噴淋區(qū)域(面積為S)內(nèi)均勻分布。圖中，大尺寸軸承端面面積為S1，小尺寸軸承端面面積為S2。

圖4 傳統(tǒng)噴淋清洗

根據(jù)軸承型號可以分別計算出噴射到大、小尺寸軸承端面的清洗液占清洗液總量的百分比為40%和10%，即傳統(tǒng)噴淋清洗方式僅有不到50%的清洗液起到清洗效果，且流進軸承滾道的清洗液更少，不能有效清洗軸承滾道，實現(xiàn)套圈、保持架、滾動體的全方位清洗，清洗效率較低，效果較差。

4.2 傘狀托起清洗

根據(jù)傘狀托起清洗機構(gòu)的特點設(shè)計的成品軸承清洗設(shè)備如圖5所示，清洗工位1為順時針旋轉(zhuǎn)，清洗工位2為逆時針旋轉(zhuǎn)。

1—機架；2—入料傳送棍棒；3—抓放軸承機械手；4—清洗工位1；5—清洗工位2；6—出料傳送棍棒

采用傘狀托起的清洗方式能夠?qū)崿F(xiàn)絕大多數(shù)清洗液從軸承滾道流出，理論上清洗液利用率為100%。清洗液直接從軸承內(nèi)、外圈之間流出，較傳統(tǒng)噴淋清洗清洗液利用率提高2～10倍，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承套圈、保持架及滾動體的全方位清洗，清洗效果更好。針對一定尺寸范圍內(nèi)的軸承無需調(diào)整噴嘴架，無需更換工裝，效率提高。

5 結(jié)束語

根據(jù)被清洗面過流量概念設(shè)計的傘狀托起清洗機構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于某調(diào)心滾子軸承生產(chǎn)線，經(jīng)清洗試驗驗證能夠使清洗效果大大提高。傘狀托起清洗機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣，可以實現(xiàn)成品軸承無工裝、無調(diào)整清洗，減少人工誤操作率，方便實現(xiàn)自動化高效清洗，具有良好的推廣、應(yīng)用價值。