重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)力矩在線檢測裝置的設(shè)計(jì)*

□ 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(jì)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(dòng)力矩指汽車在不承受載荷啟動(dòng)時(shí),輪轂軸承的內(nèi)外圈從靜止?fàn)顟B(tài)到開始相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間所需要克服的摩擦阻力矩。啟動(dòng)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(duì)自潤滑關(guān)節(jié)軸承啟動(dòng)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(duì)軸承無載旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(jì)了減速器啟動(dòng)力矩測試系統(tǒng),方便對(duì)減速器啟動(dòng)力矩進(jìn)行檢測。李寶福等[5]對(duì)自潤滑關(guān)節(jié)軸承無載啟動(dòng)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(duì)自潤滑關(guān)節(jié)軸承無載旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)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(duì)自潤滑關(guān)節(jié)軸承的啟動(dòng)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(dòng)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(duì)重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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(jì)了重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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(dòng)力矩領(lǐng)域提供參考。

2 結(jié)構(gòu)

重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)到啟動(dòng)力矩檢測工位,檢測裝置自動(dòng)將輪轂軸承定位。下方的內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)上升,移動(dòng)到輪轂軸承內(nèi)圈位置壓緊內(nèi)圈。此時(shí),上方的外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬扭力扳手動(dòng)作,撥動(dòng)輪轂軸承進(jìn)行勻脂,開始進(jìn)行啟動(dòng)力矩的自動(dòng)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(dòng)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(duì)于重型汽車輪轂軸承標(biāo)準(zhǔn)件,啟動(dòng)力矩為4～8 N·m。

(2)啟動(dòng)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(dòng)、自動(dòng)切換功能,不會(huì)影響整條檢測線的運(yùn)行。

5 設(shè)計(jì)方案

重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線工位輸送軌道已不能滿足需求。設(shè)計(jì)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(dòng)力矩測試的原理,需要設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)圈壓緊工作臺(tái),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(dòng)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(tái)位于兩個(gè)長方形滾球輸送軌道之間,并且內(nèi)圈壓緊工作臺(tái)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(tái)下方設(shè)計(jì)兩個(gè)液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)墊高內(nèi)圈壓緊工作臺(tái),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(tái)上設(shè)計(jì)紅外定位孔,使輸送托盤到達(dá)指定位置時(shí)準(zhǔn)確停下,進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)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(dòng)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(jì)延伸機(jī)架,方便安裝外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)。外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)的外圈撥動(dòng)頭必須設(shè)計(jì)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(jì)外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)的水平移動(dòng)滑軌,外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)的水平移動(dòng)由水平控制液壓缸完成。在延伸機(jī)架上設(shè)計(jì)上下移動(dòng)滑軌,用于實(shí)現(xiàn)外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)的上下移動(dòng)。外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 外圈撥動(dòng)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(jì)

重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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?？删幊绦蚩刂破鞑捎脷W姆龍CP1W系列,可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)上下動(dòng)作壓緊和松開、外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)上下左右移動(dòng)自動(dòng)校準(zhǔn)、內(nèi)圈壓緊機(jī)構(gòu)和外圈撥動(dòng)機(jī)構(gòu)配合動(dòng)作檢測輪轂軸承啟動(dòng)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]?？删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(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(dòng)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(duì)檢測裝置進(jìn)行在線實(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)力矩越小,啟動(dòng)時(shí)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(píng)估,將啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)生成啟動(dòng)力矩實(shí)時(shí)在線曲線,如圖9所示。

圖9 啟動(dòng)力矩實(shí)時(shí)在線曲線

對(duì)所生成的啟動(dòng)力矩實(shí)時(shí)在線曲線進(jìn)行分析,確認(rèn)所設(shè)計(jì)的檢測裝置可以對(duì)重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)力矩進(jìn)行在線檢測,驗(yàn)證了檢測裝置的可行性。9號(hào)和12號(hào)輪轂軸承超出了啟動(dòng)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(jì)了重型汽車輪轂軸承啟動(dòng)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(shí)顯示檢測數(shù)據(jù)曲線時(shí),不合格品不能直觀顯示,需要操作人員手動(dòng)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(dòng)力矩的在線檢測提供更好的平臺(tái),同時(shí)也為軸承行業(yè)提供更多的工程參考。