設備發塵現象分析及改善

王 寧， 石鵬飛

（中國電子科技集團公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

設備長時間運轉，硬件之間會發生不同程度的摩擦，進而產生一些粉塵，我們稱之為“發塵”。它不僅會污染環境，更主要的是零部件的磨損、變形會影響設備的正常運行。2017年我們為某客戶提供了兩種設備（暫稱為“A設備”和“B設備”）。在客戶現場進行批量生產1 d后,發現A設備的檢測工位和打落工位出現發塵現象；B設備在投產半個月后也出現發塵現象。

1 設備存在的問題

1.1 A設備的發塵問題

1.1.1 現狀分析

如圖1所示，檢測傳送皮帶機構。主要設計包括兩處檢測工位，兩處打落工位，以及相應的傳送工位。發塵的位置主要就是在檢測工位（相機側）和打落工位，由于傳送帶來多處磨損，如圖2、圖3所示。具體現象為：相機傳送帶處軸承磨損嚴重；齒輪錯位；皮帶斷裂；1號相機位置磨損異物較多；線標打落品處磨損嚴重。

1.1.2 原因分析及對策

經過驗證以及理論分析，發生以上問題的主要原因是選用的軸細。打表發現軸變形。選用直徑為8mm的軸時，對軸中間施加一個力F（大于實際生產時的力），打表測得軸的彎曲變形達到0.4 mm；而對直徑為12 mm的軸施加同樣大小的力時，軸的彎曲變形不到0.1 mm。軸發生彎曲變形，導致各個位置受力異常，故經常會發生磨損。

圖1 相機、打落處設計模型

圖2 相機處磨損現場圖

圖3 打落處磨損現場圖

根據以上分析，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、裝配時保證框架的穩定性、同軸度；

6）進行打表確認，軸彎曲量在0.05 mm以內。

1.2 B設備的發塵問題

1.2.1 現狀分析

B設備的設計模型，如圖4所示。如下頁圖5所示，在實際生產中，發生了多處磨損：軸承、軸磨損嚴重；皮帶斷裂；清掃滾附件磨損嚴重；白色齒輪磨損嚴重。

圖4 B設備設計模型圖

圖5 B設備各處磨損圖

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）穩定性不足。設計增加輔助定位槽，保證加工精度，測量安裝數據。

2）上、下料傳送梁（見圖7）穩定性不足。調整梁間支撐變大，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，打表確認軸的跳動量。

1.2.2.2 上下料橙色調節寬度皮帶磨損斷裂

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。環槽面要與孔同軸兩側的平皮帶安裝對齊。適當增加圓皮帶的長度2 mm。

圖6 框架模型圖

圖7 上、下料傳送梁模型圖

1.2.2.3 活動聯軸器定位精度不夠

導致抽屜內部的清掃輥軸承磨損。主要的原因是裝配精度不夠。相應對策需考慮兩點：如何保證兩端的同軸度；同軸度對上下抽屜的影響。首先，保證抽屜導軌的尺寸安裝精度；其次，以導軌的安裝孔為基準；再次，依次設計下抽屜、上抽屜的安裝位置，設計活動聯軸器的安裝位置；最后，保證設計尺寸后，嚴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，增加兩個齒輪。上下抽屜保證安裝精度，以上面所講的基準為基準，調整抽屜的框架。去掉下面兩個橙色皮帶，兩側軸僅起支撐作用。裝配調整，調整基準依照抽屜的安裝導軌。

2 設計思考

2.1 軸的設計

軸的設計一定要考慮受力的分析，根據使用條件進行軸直徑的初步估計，采用以下公式：

式中：c表示材料系數，p表示功率，n表示轉速。根據公式可以計算出軸的直徑d，圓整即可[1]。

取功率p=0.4 kW，轉速n=600 r/min，材料系數c按照45號鋼選取118.經過計算dmin=10.313 mm（原先軸選取8 mm，過小）。

2.2 軸的受力以及撓度計算（見圖8）

最常見的中間受力、兩端支撐模型的撓度計算公式：

式中：E代表彈性模量，I是轉動慣量。設計完成后可以估算出軸的彎曲變形量[1]。

經過試驗驗證：直徑8 mm的軸在力F的作用下，彎曲變形達到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]進行：

式中：L為預計使用壽命；Cr為滿足一定疲勞壽命要求的徑向基本額定動載荷；Pr為當量載荷，Pr=Fr=118 N，其中Fr為軸承所受的徑向載荷，即軸承實際載荷的徑向分量；n為轉速，n=600 r/min；fd為溫度參數，fd=1；ft為沖擊參數，ft=1.2。

以前（當軸徑為8 mm時），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，其對應的Cr＝1 260 N。將以上參數代入公式，則經過計算得L≈19 571.28 h。

而該設備是每天24 h運行，查手冊“不同應用場合下軸承預期壽命表”可知，設備使用壽命需≥40 000 h。顯然19 571.28 h＜40 000 h，達不到軸承預期壽命，所以以前所選軸承不合適。

當把軸承換為深溝球軸承6801ZZ時，其對應的Cr=1.92kN=1920N，代入公式計算得L≈69248.66h＞40 000 h，可見所選軸承符合要求。

3 改進效果

通過更改設計、更換軸和軸承后仔細裝調至今，設備運行平穩可靠，再未出現發塵現象，生產效率提高，客戶十分滿意。同時，減少了零件更換，有效降低了設備的維護成本。

4 結論

設計時要理論聯系實際，反復進行驗證。注重每個裝配細節，不斷積累經驗，提升調機效率和產品質量，降低項目成本，提升客戶滿意度。