发动机摇臂轴承全自动组装机的设计

祝水琴，任丽华

（宁波大红鹰学院，浙江宁波　315175）

　　摘　要：分析了当前发动机摇臂轴承全自动组装机存在的问题，根据工件的装配工艺要求对发动机摇臂轴承全自动组装机关键机构进行研究，采用偏心振动下料的滚针自动排列机构，解决了满滚针轴承的自动落料问题，并将所设计的滚针自动排列机构应用于实际生产中，取得了良好的效果。

　　关键词：发动机摇臂轴承全自动组装机；偏心振动；排序；滚针自动排列机构

　　1　国内摇臂轴承全自动组装机存在的不足
　　国内有许多厂家都在对汽车行业使用的微型高精密轴承加工设备进行了大量的研发。有许多厂家研发的设备都申请了国家专利，但大多数设备的装配效率低、精度差、质量不稳定，在滚针的选料与排序机构的设计方面还有许多缺陷。

　　目前，国内的简易滚针轴承装配机装配效率低、精度差、质量不稳定，而且不适用于满滚针排列的摇臂专用滚针轴承的组装，企业需要靠进口设备来解决问题。近年来，我国的轴承装配设备技术在基础理论研究、实验研究、设计制造等方面均取得了一定的进展，但在装配设备的核心技术-滚针的排放及内外圈装配过程中的运行信息监测与反馈控制方面仍然没有得到很好的控制。根据多年的设备开发经验及市场需求，对摇臂轴承全自动组装机进行了研发。

　　2　摇臂轴承全自动组装机的总体设计

　　本项目实施的技术路线：滚针轴承装配特性的研究→装配机的工艺参数确定→选择装配方法→装配机的总体设计→组装机构的设计→检测与分拣机构的设计→电控部分的设计→装配机的三维建模→装配机的工况条件下的仿真分析→高精度伺服控制及运动补偿技术研究→装配机的改进设计→确定Z终设计方案→单元设计、制造及性能测试→装配机调试。整个设备包含了机械部分和电控部分，如图1所示。

　　2.1机械部分

　　（1）主体机构

　　组装机主体采用钢结构，具有足够的刚性。机身的后腔内装有电器元件，上框架采用铝型材结构；

　　（2）上料机

　　采用振动盘上料，振动盘主体采用不锈钢机构，内表面喷PU胶。振动幅度可调节出料口设有料满、料空感应开关，由PLC控制与整机相协调；

　　（3）组装机构

　　组装机构由外圈平移动机构内芯平移动机构、滚针平移动机构、铆压机构、检测平移机构五部分组成。所有与工件有接触的零部件均采用Cr12材料，并经过热处理，确保工件在装配过程中的稳定性；

　　（4）检测与分选机构

　　采用视觉传感器检测，确保工件组装合格率可达到100%。检测出不合格品后，次品门打开，检测平移机构将不合格品剔入次品盒；

　　（5）输送系统

　　输送两端有不锈钢护栏，两端宽度可调节，可适用于多种不同规格型号工件。

　　2.2电控部分

　　采用PLC编程控制自动组装，组装节拍3～6s/件，同时采用视觉检测系统自动检测组装质量，组装合格率达到99.9%。

　　3　设计过程中的关键技术

　　滚针的选料与排序机构的设计是自动装配机的关键技术，滚针的选料与排序机构要解决的关键问题是滚针的排序问题。

　　滚针的选料一般采用圆锥形料斗，料斗的底部有一个直径和滚针相同大小的孔，以便于往复输送管穿过，往复输送管的顶部为一沉头孔，以保证滚针以理想的方式掉入，沉孔下边有一软管，以保证滚针能够有足够的速度掉入输送管下端的弹簧软管，输料管的动力来源于一个导杆机构。在滚针轴承的装配工艺中，一般先由滚针自动排列机构排列好滚针，然后将轴承外圈放置于滚针自动排列机构下方，使滚针落入轴承外圈，再冲压轴承内圈。滚针平移机构将排列好的滚针送至组装工位，滚针落入外圈内，滚针平移机构返回。

　　当前的滚针下料盘下端的环形空腔的侧壁是光滑的，对落下的滚针不能形成控制，使得有些滚针落下时与相邻的滚针间隙过大，导致排列完毕的滚针总数不足，如一个滚针轴承要求有10枚滚针，经过上述滚针自动排列机构排列出来的滚针可能只有11枚或9枚，这样装配出来的滚针轴承必须返工，降低了生产效率，增加了生产费用，使经济效益降低。

　　针对以前的排列机构的不足之处，设计开发了一种滚针自动排列机构如图2所示，包含滚针下料盘，滚针下料盘上端形成倒锥形空腔，下端形成圆柱形空腔，还包括在动力源的带动下可旋转的中心轴，中心轴位于圆柱形空腔的中轴线上，圆柱形空腔的内侧壁上沿轴向设置有直槽，直槽的数目与待排列滚针的数目相适配。通过设置直槽的数目，就可以精确控制排列出来的滚针的总数。

　　中心轴的顶端一侧设置有偏心轮，由于设置有偏心轮，中心轴在旋转时受到偏心轮产生的力矩的牵引，产生抖动，加速滚针落入圆柱形空腔，防止其卡住。滚针下料盘的底端固定于移动板上，移动板对应于滚针下料盘下端的圆柱形空腔处设置有通孔，移动板可相对移动地设置于底座上。这样，通过控制移动板，使滚针下料盘移动至滚针轴承外圈上方，安装好滚针后，滚针下料盘移走，滚针轴承直接进入冲压轴承内圈工序，提高了生产效率，也便于实现装配工艺的自动化。

　　4　使用效果

　　摇臂轴承全自动组装机的排料机构和满滚针是滚针自动排列机构的核心技术，改进后的设计中心轴的顶端一侧设置有偏心轮，由于设置有偏心轮，中心轴在旋转时受到偏心轮产生的力矩的牵引，产生抖动，加速滚针落入圆柱形空腔，防止其卡住。通过设置直槽的数目，就可以精确控制排列出来的滚针的总数，不会发生如现有技术中因滚针数目不够而使产品返工的情况，提高了成品率和生产效率。该设备已在某一轴承厂使用投产，取得了良好的经济效率。

　　5　结语

　　（1）所有与工件有接触的零部件均采用Cr12材料，并经过热处理，确保工件在装配过程中的稳定性。

　　（2）检测系统中采用视觉传感器检测，确保工件组装合格率可达到100%。

　　（3）运用PLC编程控制自动组装，组装效率高，组装节拍3~6s/件，改进后的设备跟同类产品相比，在采用相同的生产装配工艺条件下，可提高滚针轴承的生产量10%以上。

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来源：《煤矿机械》2010年09月