设备发尘现象分析及改善

王 宁， 石鹏飞

（中国电子科技集团公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

设备长时间运转，硬件之间会发生不同程度的摩擦，进而产生一些粉尘，我们称之为“发尘”。它不仅会污染环境，更主要的是零部件的磨损、变形会影响设备的正常运行。2017年我们为某客户提供了两种设备（暂称为“A设备”和“B设备”）。在客户现场进行批量生产1 d后,发现A设备的检测工位和打落工位出现发尘现象；B设备在投产半个月后也出现发尘现象。

1 设备存在的问题

1.1 A设备的发尘问题

1.1.1 现状分析

如图1所示，检测传送皮带机构。主要设计包括两处检测工位，两处打落工位，以及相应的传送工位。发尘的位置主要就是在检测工位（相机侧）和打落工位，由于传送带来多处磨损，如图2、图3所示。具体现象为：相机传送带处轴承磨损严重；齿轮错位；皮带断裂；1号相机位置磨损异物较多；线标打落品处磨损严重。

1.1.2 原因分析及对策

经过验证以及理论分析，发生以上问题的主要原因是选用的轴细。打表发现轴变形。选用直径为8mm的轴时，对轴中间施加一个力F（大于实际生产时的力），打表测得轴的弯曲变形达到0.4 mm；而对直径为12 mm的轴施加同样大小的力时，轴的弯曲变形不到0.1 mm。轴发生弯曲变形，导致各个位置受力异常，故经常会发生磨损。

图1 相机、打落处设计模型

图2 相机处磨损现场图

图3 打落处磨损现场图

根据以上分析，确定对策如下：

1）轴的直径由8 mm变成12 mm；

2）将轴承更换为6801ZZ，额定动载荷Cr=1.92kN；

3）视觉检测分成检测、打落、打落三段；

4）去掉橙色皮带，增加同步带；

5）加工、装配时保证框架的稳定性、同轴度；

6）进行打表确认，轴弯曲量在0.05 mm以内。

1.2 B设备的发尘问题

1.2.1 现状分析

B设备的设计模型，如图4所示。如下页图5所示，在实际生产中，发生了多处磨损：轴承、轴磨损严重；皮带断裂；清扫滚附件磨损严重；白色齿轮磨损严重。

图4 B设备设计模型图

图5 B设备各处磨损图

1.2.2 原因分析及对策

1.2.2.1 上下料皮带与同步带处轴承磨损

1）框架（见图6）稳定性不足。设计增加辅助定位槽，保证加工精度，测量安装数据。

2）上、下料传送梁（见图7）稳定性不足。调整梁间支撑变大，加固上下料皮带的安装框架。

3）支撑法兰的同轴度不够，安装完后，打表确认轴的跳动量。

1.2.2.2 上下料橙色调节宽度皮带磨损断裂

橙色皮带的断裂主要原因是加工的零件表面不够光滑。重新制作零件，槽面要光滑平行。环槽面要与孔同轴两侧的平皮带安装对齐。适当增加圆皮带的长度2 mm。

图6 框架模型图

图7 上、下料传送梁模型图

1.2.2.3 活动联轴器定位精度不够

导致抽屉内部的清扫辊轴承磨损。主要的原因是装配精度不够。相应对策需考虑两点：如何保证两端的同轴度；同轴度对上下抽屉的影响。首先，保证抽屉导轨的尺寸安装精度；其次，以导轨的安装孔为基准；再次，依次设计下抽屉、上抽屉的安装位置，设计活动联轴器的安装位置；最后，保证设计尺寸后，严格要求加工精度和装配精度。

1.2.2.4 白色齿轮磨损

主要原因是上下齿轮间轴线不平行。去掉短的橙色皮带，增加两个齿轮。上下抽屉保证安装精度，以上面所讲的基准为基准，调整抽屉的框架。去掉下面两个橙色皮带，两侧轴仅起支撑作用。装配调整，调整基准依照抽屉的安装导轨。

2 设计思考

2.1 轴的设计

轴的设计一定要考虑受力的分析，根据使用条件进行轴直径的初步估计，采用以下公式：

式中：c表示材料系数，p表示功率，n表示转速。根据公式可以计算出轴的直径d，圆整即可[1]。

取功率p=0.4 kW，转速n=600 r/min，材料系数c按照45号钢选取118.经过计算dmin=10.313 mm（原先轴选取8 mm，过小）。

2.2 轴的受力以及挠度计算（见图8）

最常见的中间受力、两端支撑模型的挠度计算公式：

式中：E代表弹性模量，I是转动惯量。设计完成后可以估算出轴的弯曲变形量[1]。

经过试验验证：直径8 mm的轴在力F的作用下，弯曲变形达到0.4 mm；直径12 mm的轴在力F的作用下，弯曲变形不到0.1 mm；作用力F比实际拉力大。

图8 轴的受力以及挠度示意图

2.3 轴承校核

轴承校核按下式[1]进行：

式中：L为预计使用寿命；Cr为满足一定疲劳寿命要求的径向基本额定动载荷；Pr为当量载荷，Pr=Fr=118 N，其中Fr为轴承所受的径向载荷，即轴承实际载荷的径向分量；n为转速，n=600 r/min；fd为温度参数，fd=1；ft为冲击参数，ft=1.2。

以前（当轴径为8 mm时），选的是双面带防尘盖的微型球轴承688ZZ，查手册对照轴承选型表，其对应的Cr＝1 260 N。将以上参数代入公式，则经过计算得L≈19 571.28 h。

而该设备是每天24 h运行，查手册“不同应用场合下轴承预期寿命表”可知，设备使用寿命需≥40 000 h。显然19 571.28 h＜40 000 h，达不到轴承预期寿命，所以以前所选轴承不合适。

当把轴承换为深沟球轴承6801ZZ时，其对应的Cr=1.92kN=1920N，代入公式计算得L≈69248.66h＞40 000 h，可见所选轴承符合要求。

3 改进效果

通过更改设计、更换轴和轴承后仔细装调至今，设备运行平稳可靠，再未出现发尘现象，生产效率提高，客户十分满意。同时，减少了零件更换，有效降低了设备的维护成本。

4 结论

设计时要理论联系实际，反复进行验证。注重每个装配细节，不断积累经验，提升调机效率和产品质量，降低项目成本，提升客户满意度。