全自动深沟球轴承装配机结构设计及运动仿真-文献综述

南 华 大 学

毕业设计(论文)综述报告

题 目 全自动深沟球轴承装配机

结构设计及运动仿真

学院名称 机械工程学院 指导教师 职 称 班 级 机械设计制造及其自动化 班 学 号 学生姓名

20xx年03月06日

1. 本设计（课题）研究的目的和意义

项目研究目的：全自动深沟球轴承装配机运用PLC为核心的自动控制系统, 使轴承装配实现高度的自动化和一定程度的智能化，用自动化设备代替人工操作，用性能优良的装备代替陈旧设备，改变生产工序分散状况,组建生产线。这样大大提高轴承装配的生产率,缩短轴承的生产周期（如平均装配一个轴承需4秒钟）， 降低工人的劳动强度。全自动深沟球轴承装配机的研制将极大地提高我国轴承工业自动化的水平, 为我国的轴承产品闯入国际市场提供保证。

项目研究意义：目前在我国的轴承生产企业中，多数工序都是人在起主导作用，无论是内外环的分选、保持器的压铆，还是润滑油脂的注入或密封板的压入都要借助手工操作。但是随着各行业的发展，对轴承的清洁度、噪音、游隙、转矩、残磁值、抗锈蚀能力等要求越来越高，轴承装配过程的手工装配就显现出了极大的弱点。所以，装配作业的机械化、自动化尤为重要。因此研制出符合我国国情的全自动深沟球轴承装配设备已成为我国工业产品质量水平的一项重要指标。本课题通过研究轴承装配机的工作原理，开发一种集入钢珠、分钢珠、入保持器、保持器铆接、智能检测等功能于一体的全自动深沟球轴承装配机的虚拟样机。该虚拟样机的开发将为我国研制全自动深沟球轴承装配机提供帮助。

2. 本设计（课题）国内外研究历史与现状

国内研究现状: 我国是轴承大国，但非轴承强国。总体上来看我国已经迈入了世界轴承大国的行列，但从产品结构来看我国离轴承强国仍有很长的一段差距。行业的生产集中度低、高端产品相配套的轴承研发能力低、轴承行业制造技术水平低等现象仍然存在，进出口贸易逆差不断扩大。

高端轴承仍靠进口，国产化亟待加速。从轴承行业的进口构成分析，我国高端轴承的需求要靠进口来满足，目前轿车、高铁、风电、精密机床主轴配套轴承等高端轴承一直是中国轴承行业的软肋，长期依靠进口。我国生产的轴承产品在性能与价格比、高精度、低噪音、长寿命与高可靠性等方面与国外知名企业存在着较大的差距，国产化亟待加速

国外研究现状：目前国外的轴承企业装配基本是机械化作业，在装配工序中大量使用机械设备, 以满足合格轴承装配要求减少用人量, 以降低成本。国外制造出的分选合套机, 它集内外圈沟道分选、分组、装球、合套于一身, 实现了外圈和内圈的智能化测量分选分组程控计算合套数据进行合套计算自动装配预选的分组钢球。整个程序应用工业程控器控制, 人机界面进行数据的显示和输入。而另些企业不但生产出了分选合套设备, 而且还生产出了“ 加保持架”和“ 铆合保持架”工作的机械设备。对比国内外的研究在全自动轴承装配机的研制方面我国与国外的技术水平还有一定的差距，所以有必要对此展开深入的研究。

3. 目前存在的主要问题

轴承行业发展中存在的问题不容忽视。随着我国战略性新兴产业（如高速铁路、大飞机）和高端装备制造业（如部分高速精密机床）的发展，高端轴承进口增长很快。对于深沟球轴承来说， 由于其结构的特殊性和装配技术要求的严格性，虽然其产量高，批量大，但目前绝大多数厂家的装配车间仍处于半手工、半机械操作阶段，设备陈旧，工序分散，在牺牲效

率的同时质量也没提升。现有装配工序的工艺与装备水平实现高精度低噪声的高端轴承的批量生产之间有一定差距。主要问题表现在：（1）装配工序多, 有的轴承有多道装配工序,没有形成生产线, 轴承在装配过程中往返流转, 生产周期长, 即使清洗干净的轴承在长时间的流转过程中也会被污染。（2）手工操作项目多, 如轴承灵活性检查,装防尘盖以及测振动值等都是靠人工完成,操作者的思想情绪、工作责任心、技术水平和判断能力等人为因素对产品质量水平产生影响。（3）有些自动化装备在刚研制时是比较先进的, 但其性能尚有不完善之处或仅研究了部分工序的生产。（4）装配室实际洁净度水平不能满足高精度低噪声轴承的要求, 装配工艺卫生制度常常受到生产不均衡性的冲击，使轴承质量难以得到保证。（5）轴承分球装保持架铆合保持架机，这种机型, 目前在我国还只有极少数的轴承设备制造厂在制造。

然而部分高端轴承发展速度跟不上主机发展速度。一是由于原材料性能不稳定，造成轴承的寿命和可靠性不稳定，难以进入主机市场；二是由于高端装备发展迅速，各类高端装备的轴承台架试验等现代实验手段因投入过大而没有跟上，导致轴承研发进展较慢。作为高铁基础零部件的高速列车轴承领域，瑞典SKF、德国FAG、日本NTN等国际巨头还牢牢占据着中国市场。

4. 本设计（课题）拟解决的关键问题和研究方法

拟解决的关键问题：全自动深沟球装配机采用现代PLC控制技术，改变生产工序分散状况,组建了集入钢球、分钢球、装保持架、铆合、检测于一体的生产线。完全解决由传统的手工加机械的装配方式造成的轴承清洁度、精密度低、铆接质量差、游隙大、噪音高等问题，同时缩短生产周期，（该设备的设计生产周期为4秒/套）。降低工人的劳动强度，大大提高生产率。相比于国内的球轴承装备制造业来说，该设计的优越性在于其实现了现有的自动装配工序的整合和延时，通过液压气压平稳技术，使装配过程更稳定，而自动诊断技术采用的是动作传感器作为动态数据采集装置，区别与传统的自诊系统，没有对故障识别信息作预存储，采用即时存储模块做存储器，通过CPU对即时信号和上一次信号的时差作对比，在误差范围内做数据的更新和判别，判断是否发生故障，进而决定是否通知控制系统停机。这样避免了在机器的成产磨合过程中的一些数据与预输入数据的差别而造成的错误识别。

研究方法：本设计先进行详细的理论方案设计，包括系统整体结构设计、入钢珠装置设计、分钢珠装置设计、入保持器及保持器组合装置设计、铆接装置设计、铆接检测装置设计、轴承传送装置设计等；然后根据系统整体结构进行组装成虚拟样机，利用三维软件进行动画模拟与运动仿真，进而对系统结构进行受力分析和干涉检查；并制作部分结构的模型，进行模拟和验证，进一步为本系统的可行性和科学性提供保障；最后对系统整体进行试验，通过试验结果验证系统的预期效果。

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