深沟球轴承自动装配机合套系统的机械结构设计

赵春辉

（无锡技师学院（立信中专），江苏 无锡214153）

0　引言

本市很多轴承厂是微型轴承制造公司。这些企业轴承的产量很大，传统的手工装配效率太低，因此研制自动装配线成为提高生产率的一个重要方面[1]。针对某企业生产的型号为619/9的深沟球轴承，研究该轴承自动装配机中的合套系统，以有效地提高其自动装配的精度和速度[2]。619/9型常用参数见表1.它的尺寸见图1.

表1619　/9型轴承基本参数

图1　深沟球轴承

本文主要阐述深沟球轴承自动装配机合套系统的设计，其结构构成如图2所示，该系统是自动装配机的第一大部分，主要完成深沟球轴承三大基础件（外圈、内圈及滚动体）装配位置的确定，研究该系统的目的在于保证和稳定该类产品的品质、提高生产效率，以适应国际市场的激烈竞争[3-4]。

1　合套系统的基本组成结构

轴承合套系统主要的模块：内外圈的进料模块、内外圈的合套模块、滚动体（滚珠等）的入料模块。这三大模块中，共有8个主要机构协同运动进行本设备的合套运动。该合套系统就要求完成的以下功能：

（1）内、外圈进入所需的位置。

（2）内、外圈尺寸的测量。

（3）机械手自动夹紧定位。

（4）根据游隙自动输送滚珠。

（5）自动送料。

总体的模块如下图2所示。

图2　深沟球轴承自动装配机合套系统总体模块

合套装置的总体机械部分见图3，其主要由外圈进料机构、内圈进料机构、检测机构等机构构成[5]。

图3　深沟球轴承自动装配机合套系统的结构组成

2　主要部件机械结构设计

轴承合套系统的主要模块是内外圈的进料模块，本节主要介绍该模块的机械结构设计。

2.1　外圈进料机构

在轴承外圈入料机构中，需要操作者将轴承外圈放置于机械手能够夹持的位置，有以下两种方式实现装置：料仓式上料和料斗式上料装置[5]。

（1）料仓式上料装置

该设备是半自动设备，主体见图4（a）。装置有以下特点：1）不能让零件自己定位，它需要人手工操作将其放在固定的料仓，最终再通过设备把零件一个个放到工装里面；2）该装置较为方便。工作非常安全、适用、耐久。

（2）料斗式上料机构

其结构如图4（b）所示。料斗式上料装置的工作方式为：1）操作者把一个一个的工件一批批地随意的倒进料斗中，其固定方向的机构便将无规则放置的工件自动确定方向。目的是使各个工件按照预定的方向自动进行排列，并使其按照预计的频率将工件送进机床夹具；2）那些未固定方向的工件便被退出并重新放回料斗，该设备的自动化水平非常高。

图4　料仓式与料斗式上料机构简图

对比可知：料仓式适合工件形状难度高，尺寸大，重量重，加工时间长的场合；料斗式适合工件形状难度易，尺寸小，重量轻，加工时间短，且需要经常进料的场合。由于本文选用轴承为619/9型深沟球轴承，其外圈直径为20 mm，属于形状比较简单、重量轻的零件，选用料斗式上料机构为最佳选择。

但是料斗式机构容易损伤轴承外圈，必须在该机构的基础上进行改进才能使用。外圈进料机构改进结构如图5所示，主要由推料板、外圈进料滚道、进料转盘、转盘电机、推料气缸等组成。

图5　外圈进料机构的结构组成

改进后机构工作原理：初期外圈可以随意的放进进料转盘中。转盘电机转动带动中央的转盘运动，利用进料转盘中间的锥板将外圈依次排列整齐。通过进料转盘侧边的隔板装置将外圈导入外圈进料滚道。当外圈通过滚道进入推料板后，推料气缸便开始动作。该机构的动作是将外圈推到指定位置后，再返回原先的位置。在指定位置的外圈被下一步工序取走后，它再次运动推下一个外圈到该位置。

2.2　内圈进料机构

内圈进料机构与外圈进料机构有很大的区别，内圈在装配时候主要保证装配外径精度，需要检测的是其外径尺寸。而使用与外圈进料机构相同的方式（如料仓式或者料斗式），则会在自动进料时候损坏内圈外径，故可以排除外圈进料的两种进料方式。

内圈进料主要考虑的因素的内圈外径要保证精度，而内圈的内径是可以使用的，初定方案有以下几种[6]：

（1）悬臂支杆式进料机构

悬臂支杆式进料机构适用于环状工件，基本结构如图 6（a）所示。该机构：1）结构简单；2）工件的容量很大。工作原理是步进推板每进给一次，工件就掉进料道一个，推完后再装工件，效率较低。

（2）步进转盘式进料机构

步进转盘式结构的原理是采用重力进行推动运动，其结构如图 6（b）所示。该机构：（1）结构轻便；（2）工件可以利用转盘传递工位。原理是工件从垂直的料仓中利用重力滑入转盘中，转盘作步进转动将工件逐个进行传递进料。

图6　悬臂支杆式和步进转盘式进料机构结构组成

经过比较，悬臂支杆式进料机构适用于环状工件，而步进转盘式进料机构适合于多工位传递工件，内圈进料机构可以结合两种方案的优点进行组合设计。本文针对619/9型深沟球轴承，内圈进料机构改进为如图7所示的结构。

图7　内圈进料机构的结构组成

改进后机构工作原理：工人在开始的时候先把内圈一个一个的装在导柱上，然后将导柱装上内圈进料导柱机构。当设备检测到内圈已经在相应的位置后，角度翻转机构气缸运动将内圈从上侧旋转90°至水平位置，此时等待下一步工序取走内圈。取走后，该机构的气缸退回将机构复位。如此反复操作，当机构检测到导柱上的内圈没有后，棘轮棘爪机构将大转盘旋转45°更换新的导柱。此时，工人可以将已经装好内圈的导柱更换已经没有零件的导柱。通过此循环可以完成内圈自动进料。

3　结束语

深沟球轴承合套系统的研究旨在提升轴承的装配能力，本文通过三维软件的建模模拟合套系统的各个组成部分，在本系统机械主体设计中，研制了一些专门化构造。例如：为了不损伤轴承外圈，外圈进料机构中采用改进的料斗式进料机构；为了提高轴承内圈的进料效率，内圈进料机构中采用棘轮棘爪机构进行分度，从而增加了导杆的数量；这些机构的研究为以后设备的投产提供了原始的模型数据。

参考文献：

[1]倪森寿，袁 锋.机械基础[M].北京：高等教育出版社，2000：185-195.

[2]郭淑芳，商建东，张俊江.深沟球轴承自动合套机设计[J].河南科技大学学报，2003，24（1）：37-39.

[3]何 建.PLC在全自动轴承装配机中的应用[J].煤炭技术，2012，31（9）：61-63.

[4]卢 刚.促进转型升级，建设轴承强国[J].金属加工热加工，2012（13）：18-19.

[5]黄越平，徐进进.自动化机构设计构思实用图例[M].北京：中国铁道出版社，1993：67-101.

[6]黄继昌.实用机械机构图册[M].北京：人民邮电出版社，1996：353-360.