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智能轴承压装机的设计
陈建超,张 恺,程嘉讯
（燕山大学,河北 秦皇岛 066004）
摘 要：本文针对行星箱取力口内花键轴轴承安装困难的问题，提出了轴承压装机硬件部分的具体改进措施，将压头和内花键轴固定装置进行重叠设计，无需承载平台便可固定内花键轴，极大节省了安装空间，并提高了操作的灵活性，此外，设计了一种双压头结构，可同时对两处行星箱取力口轴承进行压装，能显著提升装配效率。软件部分设计了在线压装管控软件，对其功能模块进行详细分解，通过互联网实现压装过程的实时监控，识别当前压装的轴承/油封座总成类型，从参数库中调取相匹配参数进行压装，实时检测装配缺陷。同时与大数据相结合，对每个完成压装的配件生成唯一编码存入数据库，为后续保养、维修、更换等提供数据支撑。关键词：智能；压装；监测；硬件改进；软件设计
0 背景
装配是产品研制过程的关键环节，其将零件按规定的技术要求组装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品。据统计，在现代制造中装配工作量占整个产品研制工作量的20%～70%，平均为45%，装配时间占整个制造时间的40%～60%[1]。产品的可装配性和装配质量不仅直接影响着产品性能，而且装配通常占用的手工劳动量大、费用高且属于产品生产工作的后端，提高装配生产效率和装配质量具有更加重要的工程意义[2]。
在众多的装配连接工艺中，过盈装配工艺有着广泛的应用，但过盈连接在装配时尤其需要较大的压装力。这就导致一方面过盈连接装配需要耗费较大的劳动量或者必须需要借助压装装备，另一方面压装力的加载方式、压装行程控制等压装工艺的合理性直接影响产品的使用性能。针对上述两点，目前工业界均未大范围地采取有效措施来提升效率与装配质量[3~4]。
本文通过设计一种通用（柔性）在线压装装备解决上述问题，其具有可精确控制压装力和压装行程，并将压装过程数字化的功能，同时具备能够对接互联网获取产品使用性能数据，利用“压装工艺-使用性能”大数据智能自调节压装参数的能力。
图2 气胀式轴承压装机主视图
1 硬件设计
实际工程中，在轴上压装轴承时需先将轴固定到承载平台上，然后将待装配轴承置于轴的正上方，最终通过压头将轴承压至轴上的目标位置。但对行星箱取力口处的内花键轴而言，传统的具有上、下压头结构的压装机无法满足装配要求。所以，目前行星箱取力口轴承的装配仍需人工砸装，存在效率低、劳动强度大、质量管控困难等诸多问题。
本文针对上述问题提出一种气胀式轴承压装机结构，对行星箱取力口内花键轴轴承进行压装，所改进的轴承压装机很好地解决了行星箱取力口轴承安装困难的问题。本设计的创新之处在于将压头和内花键轴固定装置进行重叠设计，无需承载平台便可固定内花键轴，极大节省了安装空间，并提高了操作的灵活性。且采用一种双压头结构，可同时对两处行星箱取力口轴承进行压装，能显著提升装配效率。结构如图1~图4所示。
图3 气胀轴组件结构示意图
图1 气胀式轴承压装机轴测图
图4 气胀式轴承压装机进行压装工作示意图
1.吊环，2.气胀轴导轨副，3.膨胀气管，4.气胀轴连接板，5.气胀轴，6.T型伸缩键，7.限位挡板，8.压头，9.压头连接板，10.压头导轨副，11.电动缸，12.待装轴承，13.内花键轴，14.机身，15.连接杆，16.压头导轨，17.滑块连接板1.1 结构说明
气胀轴组件包括两个竖直空心气胀轴5，气胀轴5的底端设置有四个沿圆周分布的T型伸缩键6对应四个键孔，空心轴的内部设置有充气后可膨胀的膨胀气管3，四个T型伸缩键6分别与膨胀气管3固
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连，T型伸缩键6能够随膨胀气管3的充放气而伸缩，膨胀气管3与外接气泵相连。两个气胀轴5通过水平的气胀轴连接板4固定连接，机身14的内壁上设置有两个竖直的气胀轴导轨2及两个限位挡板7，气胀轴连接板4上设置有两个用于分别与两个气胀轴导轨2滑动配合的气胀轴5滑块。限位挡板7用于对气胀轴连接板4进行限位，即限位挡板7能够格挡住气胀轴连接板4，从而阻止气胀轴5组件向下滑动，限定气胀轴5在竖直方向的工作位置，保证气胀轴5在压装期间稳定不动。
压头8组件包括两个分别与两个气胀轴5滑动配合的压头8。两个压头8通过水平的压头连接板9固定连接。机身14的顶部设置有电动缸11，电动缸11的推杆通过竖直的连接杆15与压头连接板9固连，连接杆15上还固有水平的滑块连接板17，滑块连接板17的两端分别通过压头滑块10与机身14的内壁上的压头导轨16滑动配合。 压头连接板9位于气胀轴连接板4的下方，连接杆15穿过气胀轴连接板4，且连接杆15与气胀轴连接板4之间存在间隙，即当电动缸11驱动压头8组件向上或向下运动时，不会与气胀轴5组件产生干涉。
1.2 工作原理
首先，使用悬吊装置通过吊环1将压装机悬吊于装配线上方，将待装轴承12平放在内花键轴13上端面并运送至该气胀式轴承压装机的下方，操作人员通过附加悬吊系统调整压装机的水平位置，使气胀轴5的轴心大致对准行星箱取力口内花键轴13的轴心。通过调节悬吊装置来调整该气胀式轴承压装机中限位挡板7的位置，以保证气胀轴5沿气胀轴导轨2在竖直向下方向达到最大行程时能够刚好定位在工作位置。启动外接气泵，膨胀气管3因充气而发生膨胀，其表面所固连的T型伸缩键6随之从气胀轴5下端的键孔中伸出，T型伸缩键6因径向扩张而勾住内花键孔下端面，实现内花键轴13的轴向定位(参照图4)。启动电动缸11，电动缸11通过连接杆15、压头连接板9驱动两侧的压头8沿压头导轨16向下进给，压头8给到待装轴承12压紧力，直到实现对行星箱取力口轴承的压装，在达到压装规定的行程后，电动缸11驱动压头8退回。最后，将气胀轴5组件沿气胀轴导轨2抬升一定高度，该高度应保证压装完成的工件能够顺利运走，即在空间上不产生干涉，完成一次压装工作；当下一待压装工件运送至气胀轴5正下方后，恢复气胀轴5至限位挡板7所限定的极限位置，继续压装即可。
型，节省维修时间。同时产家在检修同时将配件失效的时间和失效原因等录入数据库，在库中有足够的数据作为支撑后，便可获知各配件的使用寿命，以便产家及时对配件进行保养、更换，极大程度上避免应配件故障失效造成的生命财产损失；且能基于大量的配件失效形式数据进行总结，优化压装工艺，提高配件的使用寿命，节约成本。
图5 在线压装管控软件功能流程图
3 结语
本文提出的轴承压装机很好地解决了“如何有效固定行星箱取力口内花键轴以便轴承安装”这一重点和难点问题；将压头和气胀轴进行重叠设计，极大节省了安装空间，提高了操作的灵活性。通过互联网实现压装过程的实时监控，配套的智能管控软件能够识别当前压装的轴承/油封座总成类型，并针对该类型从联网的压装参数库中调取相匹配的压装力、压装速度、压装行程等参数进行压装。在压装过程中软件还会进行实时检测，对采集到的压装参数进行分析处理，针对实际情况对压装参数进行调节，从而减少压装过程中因工件加工误差，工作环境等因素造成的装配缺陷，具有广阔的发展前景。本产品应用场景广泛，典型的应用场景包括各类变速箱、车辆前后桥等，适应企业对压装过程智能化管理的迫切需求。
参考文献：
[1]王明萌,韩树涛,孙志鹏.高速动车组轮对轴承压装工艺优化与应用[J].中国新技术新产品,2019(09):-65.
[2]黄文辉,丘岳栋,薛秀贞,苏建明.一种汽油发动机曲轴后油封在线压装工具[J].装备制造技术,2016(03):179-181.
[3]刘心民.一组圆锥滚子轴承同时压装夹具的设计与应用[J].内燃机与配件,2019(20):39-40.
[4]倪松平.宝来轿车后轴轴承压装机设计[J].汽车工艺与材料,2011(07):67-70.
作者简介：陈建超（1984-）,男,河北唐山人,博士,副教授,研究方向:超精密加工。
2 软件设计
在线压装管控软件主体分为实时监控模块、数据分析处理模块、数据存储统计库模块。其中实时监控模块能够识别当前压装的轴承/油封座总成类型，并针对该类型从联网的数据库中调取相匹配的压装力、压装速度、压装行程等参数进行压装，同时对压装参数进行实时监测，并反馈给数据分析处理模块进行分析处理，针对实际情况实时调节压装参数，减少压装过程中因工件加工误差，工作环境等因素造成的装配缺陷。如图5所示。
数据存储统计库与大数据相结合，对每个完成压装的配件生成唯一编码存入数据库，在后续的使用过程中如果发生失效，使用者只需提供编码，产家便能通过查询编码在第一时间得知发生故障的配件类
（上接第44页）
性的分析方法，为电动汽车电气的开发和系统的可靠性设计提供一定的理论基础。参考文献：
[1]SAE J1673 High Voltage Automotive Wiring [S].[2]GB/T 19751—2005 混合动力电动汽车安全要求[S].
[3]何国新,符新锋,许永亮.HEV高压互锁回路安全设计研究[J].2013.
[4]谷孝文.汽车线束设计及线束用原材料[J].汽车电器,2006(10):
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[5]王秉刚.汽车可靠性工程方法[M].北京：北京机械工业出版社,1991.
[6]Activities—divergence Versus Harmonisation and the Possible Effect on Future Car Design[A].The 19th Iternational Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles[C].Washington,DC,2005:0077.
作者简介：杜明豪（1994-）,男,重庆人,本科,工程师,研究方向：新能源充电系统。
