一種成品軸承高效清洗方式

朱曉松，王連吉，李興林，王續(xù)躍

(1.大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2.杭州軸承試驗(yàn)研究中心有限公司，杭州 310022)

目前成品軸承清洗方式一般是帶有使軸承旋轉(zhuǎn)的沖洗洗滌[1-4]，在軸承旋轉(zhuǎn)的過程中清洗液帶出附著在滾動體與保持架之間的細(xì)小污物[5]。成品軸承清洗過程最重要的是滾道清洗，特別是對于低噪聲軸承[6]，如果滾道中含有微粒等污物將會使?jié)L道產(chǎn)生磨粒磨損，使軸承產(chǎn)生噪聲、異響，嚴(yán)重影響使用壽命。長期以來成品軸承的清洗方式多采用噴淋清洗或超聲波清洗，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)噴淋清洗存在清洗效率低、工裝多、調(diào)整困難、軸承清潔度難以滿足要求等缺點(diǎn)；超聲清洗只能將污物松動，不能使污物脫離軸承，清洗效果有一定局限性。因此，急需一種無需更換工裝、無需調(diào)整、清洗效率更高、效果更好且安全的清洗方式。

1 被清洗面過流量概念

在噴淋清洗中，清洗效果與清洗液自身的洗凈能力(清洗液溶解油脂的能力)、清洗液噴出時動能轉(zhuǎn)化為對清洗對象的沖擊力、清洗液在被清洗對象表面發(fā)生界面流動的作用力有關(guān)[7]。

清洗液流經(jīng)污物表面有2種方式，如圖1 所示。在噴射清洗作用力的持續(xù)作用下，污物從軸承表面分離。清洗液對軸承表面污物形成的沖擊力為

P=ρvQ，

(1)

式中：P為噴射壓力；ρ為液體密度；v為流體的平均速度；Q為流量。

圖1 清洗過程示意圖

清洗液對軸承表面污物的沖擊力越大，清洗效果越好，因此，提出了被清洗面過流量的概念，即一定時間段內(nèi)流經(jīng)單位被清洗面積的流量，其表達(dá)式為

S=kQvt，

(2)

式中：S為被清洗面過流量；k為與軸承類型、清洗液種類有關(guān)的常數(shù)；t為噴射時間。

由(1)，(2)式可知，影響被清洗面過流量的主要因素為噴射壓力與噴射時間。

2 傘狀托起清洗方式

根據(jù)被清洗面過流量概念，提出了一種更高效的傘狀托起清洗方式。

2.1 工作原理

傘狀托起清洗方式工作原理和工作過程如圖2所示。軸承經(jīng)機(jī)械手運(yùn)送到清洗工位后，傘狀托板將內(nèi)圈托起，上壓頭壓住外圈，當(dāng)上壓頭與傘狀托板將軸承定位后，可以實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈的分離；傘狀托板帶動內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，與此同時，清洗液從上壓頭中的導(dǎo)液管中流出，實(shí)現(xiàn)對軸承的高效無盲區(qū)清洗。

圖2 主要結(jié)構(gòu)及清洗液流向

2.2 清洗液流向

理想狀態(tài)下，當(dāng)上壓頭與傘狀托板將軸承固定后，外圈與上壓頭接觸部分A處可視為密封環(huán)境，內(nèi)圈與傘狀托起接觸部分B處也可視為密封環(huán)境。在這種情況下，由軸承、上壓頭、傘狀托板圍成的C區(qū)域充滿清洗液，由于A，B處密封，所以清洗液只能從內(nèi)、外圈之間流出，在軸承旋轉(zhuǎn)的過程中帶出附著在滾動體與保持架之間的細(xì)小污物，實(shí)現(xiàn)軸承滾道的高效清洗。

2.3 工裝調(diào)整

傘狀托起清洗方式能夠適應(yīng)于不同尺寸段的軸承，實(shí)現(xiàn)無工裝、無調(diào)整自動清洗(圖3)。

圖3 最大和最小尺寸軸承的清洗

2.4 適用范圍

傘狀清洗結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用于主要承受徑向載荷且能夠承受一定軸向載荷的軸承，如調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承等，而圓柱滾子軸承不適用于此清洗方式。

3 影響清洗效果的因素

3.1 清洗液

成品軸承清洗常用清洗液有汽油、煤油、碳?xì)淙軇┑取Ｆ偷那逑葱Ч^好，但極易燃燒，生產(chǎn)危險性大；煤油清洗效果較差，不適合做專用清洗劑[8]。因此，采用碳?xì)浠衔锶軇┳鳛榍逑匆海軌蚣骖櫱逑葱Чc生產(chǎn)安全性，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。碳?xì)浠衔镱惽逑磩┩ㄟ^表面張力小的溶劑浸漬到被清洗物的狹小縫隙中，將污物(附著物)溶解并使之?dāng)U散到溶劑中，洗凈能力強(qiáng)，毒性小，對金屬腐蝕性小，非常適合用于清洗成品軸承。

3.2 清洗壓力

當(dāng)清洗壓力越大時，清洗液流量越大，清洗液的平均速度越大。由(2)式可知，被清洗面過流量越大，清洗效果越好。與此同時，當(dāng)清洗壓力變大時，清洗液形成的噴射壓力也越大，對污物的沖擊力也越大。

清洗壓力并非越高越好，清洗壓力越大，對泵的要求也會越高。評價一個清洗系統(tǒng)的優(yōu)劣不僅僅從清洗效果單方面考慮，特別是在一般工業(yè)清洗領(lǐng)域，對實(shí)用性要求十分突出。經(jīng)過清洗試驗(yàn)對比，傘狀托起清洗方式清洗壓力為6～8 MPa最為合適，在這個壓力范圍內(nèi)，清洗液的清洗作用和液流的沖刷作用效果最佳。

3.3 清洗時間

由(2)式可知，延長清洗時間能夠使更多的清洗液作用于被清洗對象，使被清洗面過流量增大，清洗效果提高。但清洗時間的增加會使相同時間內(nèi)清洗軸承數(shù)量減少，影響生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。綜合分析，根據(jù)軸承尺寸的不同，單套軸承清洗時間設(shè)定為15～90 s較為合適，小尺寸軸承清洗時間可縮短，大尺寸軸承清洗時間相應(yīng)增加。

3.4 壓緊力

清洗過程中軸承內(nèi)、外圈分別受傘狀托板和上壓頭的作用力，作用力過大時可能將污物壓在軸承上，污物受到清洗液的沖擊力不足以將其從軸承上分離，影響清洗效果。因此，傘狀托板與上壓頭作用于軸承上的力在保證定位的前提下越小越好。

3.5 軸承轉(zhuǎn)速

軸承清洗過程中，轉(zhuǎn)速過高，會使清洗液產(chǎn)生擾動，使其流速降低，影響清洗效果；轉(zhuǎn)速過低，軸承旋轉(zhuǎn)的過程中不能將附著在滾動體與保持架之間的污物完全帶出，清洗效果亦不理想。

4 清洗效果對比

以大、小2個尺寸的調(diào)心滾子軸承22330和22218為例，對比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)噴淋清洗與傘狀托起清洗方式的清洗效果。

4.1 傳統(tǒng)噴淋清洗

傳統(tǒng)噴淋清洗方式如圖4所示，在理想狀況下清洗液在外徑為213 mm，內(nèi)徑為41 mm的環(huán)狀噴淋區(qū)域(面積為S)內(nèi)均勻分布。圖中，大尺寸軸承端面面積為S1，小尺寸軸承端面面積為S2。

圖4 傳統(tǒng)噴淋清洗

根據(jù)軸承型號可以分別計(jì)算出噴射到大、小尺寸軸承端面的清洗液占清洗液總量的百分比為40%和10%，即傳統(tǒng)噴淋清洗方式僅有不到50%的清洗液起到清洗效果，且流進(jìn)軸承滾道的清洗液更少，不能有效清洗軸承滾道，實(shí)現(xiàn)套圈、保持架、滾動體的全方位清洗，清洗效率較低，效果較差。

4.2 傘狀托起清洗

根據(jù)傘狀托起清洗機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的成品軸承清洗設(shè)備如圖5所示，清洗工位1為順時針旋轉(zhuǎn)，清洗工位2為逆時針旋轉(zhuǎn)。

1—機(jī)架；2—入料傳送棍棒；3—抓放軸承機(jī)械手；4—清洗工位1；5—清洗工位2；6—出料傳送棍棒

采用傘狀托起的清洗方式能夠?qū)崿F(xiàn)絕大多數(shù)清洗液從軸承滾道流出，理論上清洗液利用率為100%。清洗液直接從軸承內(nèi)、外圈之間流出，較傳統(tǒng)噴淋清洗清洗液利用率提高2～10倍，能夠?qū)崿F(xiàn)軸承套圈、保持架及滾動體的全方位清洗，清洗效果更好。針對一定尺寸范圍內(nèi)的軸承無需調(diào)整噴嘴架，無需更換工裝，效率提高。

5 結(jié)束語

根據(jù)被清洗面過流量概念設(shè)計(jì)的傘狀托起清洗機(jī)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于某調(diào)心滾子軸承生產(chǎn)線，經(jīng)清洗試驗(yàn)驗(yàn)證能夠使清洗效果大大提高。傘狀托起清洗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣，可以實(shí)現(xiàn)成品軸承無工裝、無調(diào)整清洗，減少人工誤操作率，方便實(shí)現(xiàn)自動化高效清洗，具有良好的推廣、應(yīng)用價值。