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一体化点焊机转环组件用轴承的研究

0 前言

汽车整车生产包括冲压、焊装、涂装、总装四大工艺过程,其中焊装工艺过程完成汽车白车身的成型,其对汽车车身尺寸和碰撞安全性起着至关重要的作用[1-3]。在汽车焊装生产线中广泛采用手持式电阻点焊设备,是焊装生产线中最主要的生产设备之一。一体化点焊机由于其对资源及能源的大量节省,是目前和今后一段时间汽车焊装用手持点焊设备的主要发展方向[4-5]

一体化点焊机主要由转环组件、阻焊变压器、气缸、吊杆组件、机身前部支撑零件、焊臂、手柄及配套的水冷却系统、气路系统、电气系统等组成[6-7]。转环组件是一体化点焊机上重要的基础部件,变压器、气缸、机身前部支撑、吊杆组件、手柄等都要连接到转环组件上,整台一体化点焊机可以围绕转环轴线进行转动,在整个生命周期当中其转动灵活与否、转环组件的结构尺寸是否紧凑合理更是关系到整台一体化点焊机人体工程学的优劣。

转环组件主要由外环、内环及内外环之间的轴承组成,必要时需要安装轴承压板等。一体化点焊机转环直径范围一般在200~400 mm之间,属于大型或中型轴承范围。重量轻、体积小、便于操作、转动灵活是一体化点焊机在使用方面的首要要求,所以要求转环组件及配套轴承必须小巧紧凑且转动灵活。点焊作业时焊渣飞溅较多,车间现场条件恶劣,要求轴承结构简单耐用、对灰尘等环境因素不敏感。一体化点焊机可以围绕转环轴线进行转动,轴承主要承受由整机重量产生的径向载荷和一定的轴向载荷,载荷较小,同时一体化点焊机为手工操作,对轴承转速要求不高。

而目前一体化点焊机上常用的转环组件结构,存在着体积偏大、重量偏重的问题,同时存在使用一段时间以后由于磨损等导致的卡滞、转动不灵活等问题,严重影响一体化点焊机的正常使用,因此需要对转环组件结构及采用的轴承进行研究工作,改进上述问题,提高一体化点焊机的可靠性和人体工程学特性。

1 深沟球轴承及其转环组件结构

深沟球轴承是最常用的滚动轴承,主要承受径向载荷,也可承受一定的轴向载荷,同时非常耐用,无须经常维护,尺寸系列也非常丰富。

图1 深沟球轴承转环组件结构

转环组件中可以选用单列深沟球轴承,其转环组件结构如图1所示,由转环外环、深沟球轴承、转环内环、轴承内圈压板、轴承外圈压板等组成。采用深沟球轴承的主要优势是此种轴承技术成熟,成本低、质量可靠,对转环外环和内环的加工要求较低,转动较为灵活,低速转动时对环境不敏感。但是深沟球轴承在较大直径时尺寸明显增大,转环组件尺寸也相应增加,在大直径转环时适用性较差,人体工程学特性差。

蛙式分腿牵拉训练:仰位,屈髋屈膝,双脚并拢。配合呼吸,吸气时双膝关节打开,双脚底保持并拢,并靠近臀部,使双腿呈“蛙形”。呼气,全身放松,随重力扩展角度。每次停留6秒,每组5次,每天进行6组。过程中,双侧髋关节保持放松。

2 无内外圈单钢球滚动体类轴承结构

与深沟球轴承的原理相似,将转环组件的外环和内环直接当作轴承的外圈和内圈,钢球作为滚动体在内外环之间转动,形成无内外圈单钢球滚动体类轴承结构,如图2所示。其由转环外环、钢球、转环内环等组成,在外环外侧某一位置沿径向加工一个略大于钢球的通孔,通孔内安装可拆卸的柱塞,通过该孔可安装钢球。

此形式的突出优点是结构异常简单紧凑,可以很方便地实现整机的轻量化、小型化。但缺点也同样明显,转环内环和外环作为轴承的一部分,其尺寸公差的选择、加工精度的保证都较为困难,更为困难的是,由于整机轻量化的要求和阻焊变压器磁场影响的原因,转环结构需采用铝合金材质,铝合金材料硬度低耐磨性差,整机的操作性和转环的寿命都不容易得到保证。

海底通信光缆包括独立海底光缆和海底光纤复合电缆(即光电复合缆)两个类型。近年来,光电复合缆使用较为广泛,其暴露的问题也相对较多。光电复合缆将电能输送和信号传输与整合于一体,充分利用光纤传输信号不受电磁场干扰的特点,将若干光纤单元放置于电缆电力芯间的空隙中,传输信息,实现通信联络和远端控制[3]。

图2 无内外圈单钢球滚动体类轴承结构

3 等截面四点接触薄壁轴承及其转环组件结构

等截面四点接触薄壁轴承如图3所示,属于薄壁定截面轴承,即对一定系列的轴承,不管轴承内径尺寸大小,它的横截面是一定的,径向截面不随轴承内径变化而变化,因此被称为“等截面轴承”。其具有截面尺寸小、重量轻、壁薄的特点,采用四点接触形式,可承受径向载荷、双向轴向载荷和倾覆力矩,适合于对安装空间要求比较严格的场合,广泛应用于工业机器人、航空航天、精密仪器、医疗仪器等领域[8-9]

采用等截面四点接触薄壁轴承设计的转环组件结构与深沟球轴承结构相似,如图4所示,其由转环外环、等截面四点接触薄壁轴承、转环内环、轴承内圈压板、轴承外圈压板等组成。其相对于深沟球轴承可以获得更为小型化、轻量化的转环结构,等截面的特点使得转环外环在不同径向尺寸的情况下轴向尺寸相同,整机的系列化设计较为便利,轴承耐用性也很高。但是由于薄壁轴承轻薄的特点,生产难度较大,加工质量较难保证,成活率低,相应的轴承采购价格较高,增加了整机的成本。

图3 等截面四点接触薄壁轴承

图4 等截面四点接触薄壁轴承转环组件结构

4 钢丝轨道轴承及其转环组件结构

钢丝轨道轴承如图5所示,采用了“无需套圈,只要钢丝轨道”的设计理念,由四条钢丝滚道、滚珠、保持架组成,钢丝滚道采用特殊的磨削工艺,使其滚道与滚珠直径完全匹配,滚动体在四条钢丝滚道上平滑滚动,不与周围结构发生接触,借助四点接触几何结构,可承受来自任何方向的载荷,钢丝轨道轴承尤其适合在一些承载、精度、转速等要求不太高但对空间尺寸要求较高的场合。广泛应用于工业机器人、加工中心、医疗仪器等领域[10-11]

2)进料装置:进料装置保证物料均匀地输送到皮带机。进料装置开始装载物料时,尾部放置到地面上,行走时通过支撑系统抬起。

采用钢丝轨道轴承设计的转环结构如图6所示,其由转环外环、钢丝轨道轴承、转环内环、轴承压板等组成。钢丝轨道轴承同等截面薄壁四点接触轴承的特点一样,相同系列的轴承,它的横截面是一定的,径向截面不随轴承内径变化而变化,同时又没有轴承外圈和内圈,它比等截面薄壁四点接触轴承在转环结构的小型化、轻量化、系列化方面更有优势。同时,由于轴承与固定结构间采用间隙配合,其对加工精度、装配的要求都较低,低速转动时对灰尘等环境因素非常不敏感,转动较为灵活,价格也可控。

图5 钢丝轨道轴承

图6 钢丝轨道轴承转环组件结构

5 结论

从载荷特点、转速要求及使用性、维护性角度,上述四种轴承或类轴承结构除深沟球轴承之外都可以满足一体化点焊机转环的使用要求。无内外圈单钢球滚动体类轴承结构由于将转环内环和外环作为轴承的一部分,在结构尺寸上最为紧凑小巧,但内外环需采用铝合金材料,铝合金硬度低耐磨性差,整机的操作性和转环的寿命都不容易得到保证。等截面四点接触薄壁轴承虽然具有一定的优势,但在成本上的劣势也十分明显,直接导致产品竞争力下降。而钢丝轨道轴承可以实现转环结构的小型化、轻量化、系列化,对加工、装配要求较低,成本也可控,是目前较为理想的转环组件解决方案。

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参考文献

[1] 徐小剑.汽车白车身车门焊装线设计分析及机器人仿真关键技术研究[D].上海:上海工程技术大学硕士学位论文,2014.

[2] 王治富.汽车焊接技术发展现状与展望[J].焊接,2011(9):9-12.

[3] 黄德智,王治富,闫丽红,等.利用点焊过程中的动态电阻监测车身焊点质量[J].焊接,2003(3):9-13.

[4] 孔谅,王敏,程轩挺.压力焊在现代汽车车身制造中的应用和发展[J].焊接,2010(3):28-32,69.

[5] 张伟志.汽车生产线点焊焊钳的发展[J].焊接,2010(6):14-18,69.

[6] 熊晓萍,金权东.汽车车身制造中的自动焊接技术[J].焊接,2006(11):44-47.

[7] 姜贤茂,张小云.伺服焊枪中频直流点焊在车身制造中的应用[J].焊接,2014(4):36-39.

[8] 曾献智,王献锋,孙立明,等.工业机器人用薄壁四点接触球轴承的设计分析[J].轴承,2010(6):6-8.

[9] 温景波,周琳,谢兴会,等.高速CT机主轴承[J].轴承,2012(9):9-11.

[10] 卜祥艳.钢丝滚道球轴承的预紧与支承刚度理论及实验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学硕士学位论文,2008.

[11] Neder Gunter.Wire race ball bearing:GB2250064[P].1992-5-27.

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