王 寧， 石鵬飛

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

設(shè)備長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，硬件之間會(huì)發(fā)生不同程度的摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生一些粉塵，我們稱之為“發(fā)塵”。它不僅會(huì)污染環(huán)境，更主要的是零部件的磨損、變形會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。2017年我們?yōu)槟晨蛻籼峁┝藘煞N設(shè)備（暫稱為“A設(shè)備”和“B設(shè)備”）。在客戶現(xiàn)場進(jìn)行批量生產(chǎn)1 d后,發(fā)現(xiàn)A設(shè)備的檢測工位和打落工位出現(xiàn)發(fā)塵現(xiàn)象；B設(shè)備在投產(chǎn)半個(gè)月后也出現(xiàn)發(fā)塵現(xiàn)象。

1 設(shè)備存在的問題

1.1 A設(shè)備的發(fā)塵問題

1.1.1 現(xiàn)狀分析

如圖1所示，檢測傳送皮帶機(jī)構(gòu)。主要設(shè)計(jì)包括兩處檢測工位，兩處打落工位，以及相應(yīng)的傳送工位。發(fā)塵的位置主要就是在檢測工位（相機(jī)側(cè)）和打落工位，由于傳送帶來多處磨損，如圖2、圖3所示。具體現(xiàn)象為：相機(jī)傳送帶處軸承磨損嚴(yán)重；齒輪錯(cuò)位；皮帶斷裂；1號相機(jī)位置磨損異物較多；線標(biāo)打落品處磨損嚴(yán)重。

1.1.2 原因分析及對策

經(jīng)過驗(yàn)證以及理論分析，發(fā)生以上問題的主要原因是選用的軸細(xì)。打表發(fā)現(xiàn)軸變形。選用直徑為8mm的軸時(shí)，對軸中間施加一個(gè)力F（大于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的力），打表測得軸的彎曲變形達(dá)到0.4 mm；而對直徑為12 mm的軸施加同樣大小的力時(shí)，軸的彎曲變形不到0.1 mm。軸發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致各個(gè)位置受力異常，故經(jīng)常會(huì)發(fā)生磨損。

圖1 相機(jī)、打落處設(shè)計(jì)模型

圖2 相機(jī)處磨損現(xiàn)場圖

圖3 打落處磨損現(xiàn)場圖

根據(jù)以上分析，確定對策如下：

1）軸的直徑由8 mm變成12 mm；

2）將軸承更換為6801ZZ，額定動(dòng)載荷Cr=1.92kN；

3）視覺檢測分成檢測、打落、打落三段；

4）去掉橙色皮帶，增加同步帶；

5）加工、裝配時(shí)保證框架的穩(wěn)定性、同軸度；

6）進(jìn)行打表確認(rèn)，軸彎曲量在0.05 mm以內(nèi)。

1.2 B設(shè)備的發(fā)塵問題

1.2.1 現(xiàn)狀分析

B設(shè)備的設(shè)計(jì)模型，如圖4所示。如下頁圖5所示，在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)生了多處磨損：軸承、軸磨損嚴(yán)重；皮帶斷裂；清掃滾附件磨損嚴(yán)重；白色齒輪磨損嚴(yán)重。

圖4 B設(shè)備設(shè)計(jì)模型圖

圖5 B設(shè)備各處磨損圖

1.2.2 原因分析及對策

1.2.2.1 上下料皮帶與同步帶處軸承磨損

1）框架（見圖6）穩(wěn)定性不足。設(shè)計(jì)增加輔助定位槽，保證加工精度，測量安裝數(shù)據(jù)。

2）上、下料傳送梁（見圖7）穩(wěn)定性不足。調(diào)整梁間支撐變大，加固上下料皮帶的安裝框架。

3）支撐法蘭的同軸度不夠，安裝完后，打表確認(rèn)軸的跳動(dòng)量。

1.2.2.2 上下料橙色調(diào)節(jié)寬度皮帶磨損斷裂

橙色皮帶的斷裂主要原因是加工的零件表面不夠光滑。重新制作零件，槽面要光滑平行。環(huán)槽面要與孔同軸兩側(cè)的平皮帶安裝對齊。適當(dāng)增加圓皮帶的長度2 mm。

圖6 框架模型圖

圖7 上、下料傳送梁模型圖

1.2.2.3 活動(dòng)聯(lián)軸器定位精度不夠

導(dǎo)致抽屜內(nèi)部的清掃輥軸承磨損。主要的原因是裝配精度不夠。相應(yīng)對策需考慮兩點(diǎn)：如何保證兩端的同軸度；同軸度對上下抽屜的影響。首先，保證抽屜導(dǎo)軌的尺寸安裝精度；其次，以導(dǎo)軌的安裝孔為基準(zhǔn)；再次，依次設(shè)計(jì)下抽屜、上抽屜的安裝位置，設(shè)計(jì)活動(dòng)聯(lián)軸器的安裝位置；最后，保證設(shè)計(jì)尺寸后，嚴(yán)格要求加工精度和裝配精度。

1.2.2.4 白色齒輪磨損

主要原因是上下齒輪間軸線不平行。去掉短的橙色皮帶，增加兩個(gè)齒輪。上下抽屜保證安裝精度，以上面所講的基準(zhǔn)為基準(zhǔn)，調(diào)整抽屜的框架。去掉下面兩個(gè)橙色皮帶，兩側(cè)軸僅起支撐作用。裝配調(diào)整，調(diào)整基準(zhǔn)依照抽屜的安裝導(dǎo)軌。

2 設(shè)計(jì)思考

2.1 軸的設(shè)計(jì)

軸的設(shè)計(jì)一定要考慮受力的分析，根據(jù)使用條件進(jìn)行軸直徑的初步估計(jì)，采用以下公式：

式中：c表示材料系數(shù)，p表示功率，n表示轉(zhuǎn)速。根據(jù)公式可以計(jì)算出軸的直徑d，圓整即可[1]。

取功率p=0.4 kW，轉(zhuǎn)速n=600 r/min，材料系數(shù)c按照45號鋼選取118.經(jīng)過計(jì)算dmin=10.313 mm（原先軸選取8 mm，過小）。

2.2 軸的受力以及撓度計(jì)算（見圖8）

最常見的中間受力、兩端支撐模型的撓度計(jì)算公式：

式中：E代表彈性模量，I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)計(jì)完成后可以估算出軸的彎曲變形量[1]。

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證：直徑8 mm的軸在力F的作用下，彎曲變形達(dá)到0.4 mm；直徑12 mm的軸在力F的作用下，彎曲變形不到0.1 mm；作用力F比實(shí)際拉力大。

圖8 軸的受力以及撓度示意圖

2.3 軸承校核

軸承校核按下式[1]進(jìn)行：

式中：L為預(yù)計(jì)使用壽命；Cr為滿足一定疲勞壽命要求的徑向基本額定動(dòng)載荷；Pr為當(dāng)量載荷，Pr=Fr=118 N，其中Fr為軸承所受的徑向載荷，即軸承實(shí)際載荷的徑向分量；n為轉(zhuǎn)速，n=600 r/min；fd為溫度參數(shù)，fd=1；ft為沖擊參數(shù)，ft=1.2。

以前（當(dāng)軸徑為8 mm時(shí)），選的是雙面帶防塵蓋的微型球軸承688ZZ，查手冊對照軸承選型表，其對應(yīng)的Cr＝1 260 N。將以上參數(shù)代入公式，則經(jīng)過計(jì)算得L≈19 571.28 h。

而該設(shè)備是每天24 h運(yùn)行，查手冊“不同應(yīng)用場合下軸承預(yù)期壽命表”可知，設(shè)備使用壽命需≥40 000 h。顯然19 571.28 h＜40 000 h，達(dá)不到軸承預(yù)期壽命，所以以前所選軸承不合適。

當(dāng)把軸承換為深溝球軸承6801ZZ時(shí)，其對應(yīng)的Cr=1.92kN=1920N，代入公式計(jì)算得L≈69248.66h＞40 000 h，可見所選軸承符合要求。

3 改進(jìn)效果

通過更改設(shè)計(jì)、更換軸和軸承后仔細(xì)裝調(diào)至今，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠，再未出現(xiàn)發(fā)塵現(xiàn)象，生產(chǎn)效率提高，客戶十分滿意。同時(shí)，減少了零件更換，有效降低了設(shè)備的維護(hù)成本。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)時(shí)要理論聯(lián)系實(shí)際，反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。注重每個(gè)裝配細(xì)節(jié)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提升調(diào)機(jī)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低項(xiàng)目成本，提升客戶滿意度。