一种成品轴承高效清洗方式

朱晓松，王连吉，李兴林，王续跃

(1.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024；2.杭州轴承试验研究中心有限公司，杭州 310022)

目前成品轴承清洗方式一般是带有使轴承旋转的冲洗洗涤[1-4]，在轴承旋转的过程中清洗液带出附着在滚动体与保持架之间的细小污物[5]。成品轴承清洗过程最重要的是滚道清洗，特别是对于低噪声轴承[6]，如果滚道中含有微粒等污物将会使滚道产生磨粒磨损，使轴承产生噪声、异响，严重影响使用寿命。长期以来成品轴承的清洗方式多采用喷淋清洗或超声波清洗，传统旋转喷淋清洗存在清洗效率低、工装多、调整困难、轴承清洁度难以满足要求等缺点；超声清洗只能将污物松动，不能使污物脱离轴承，清洗效果有一定局限性。因此，急需一种无需更换工装、无需调整、清洗效率更高、效果更好且安全的清洗方式。

1 被清洗面过流量概念

在喷淋清洗中，清洗效果与清洗液自身的洗净能力(清洗液溶解油脂的能力)、清洗液喷出时动能转化为对清洗对象的冲击力、清洗液在被清洗对象表面发生界面流动的作用力有关[7]。

清洗液流经污物表面有2种方式，如图1 所示。在喷射清洗作用力的持续作用下，污物从轴承表面分离。清洗液对轴承表面污物形成的冲击力为

P=ρvQ，

(1)

式中：P为喷射压力；ρ为液体密度；v为流体的平均速度；Q为流量。

图1 清洗过程示意图

清洗液对轴承表面污物的冲击力越大，清洗效果越好，因此，提出了被清洗面过流量的概念，即一定时间段内流经单位被清洗面积的流量，其表达式为

S=kQvt，

(2)

式中：S为被清洗面过流量；k为与轴承类型、清洗液种类有关的常数；t为喷射时间。

由(1)，(2)式可知，影响被清洗面过流量的主要因素为喷射压力与喷射时间。

2 伞状托起清洗方式

根据被清洗面过流量概念，提出了一种更高效的伞状托起清洗方式。

2.1 工作原理

伞状托起清洗方式工作原理和工作过程如图2所示。轴承经机械手运送到清洗工位后，伞状托板将内圈托起，上压头压住外圈，当上压头与伞状托板将轴承定位后，可以实现轴承内、外圈的分离；伞状托板带动内圈转动，与此同时，清洗液从上压头中的导液管中流出，实现对轴承的高效无盲区清洗。

图2 主要结构及清洗液流向

2.2 清洗液流向

理想状态下，当上压头与伞状托板将轴承固定后，外圈与上压头接触部分A处可视为密封环境，内圈与伞状托起接触部分B处也可视为密封环境。在这种情况下，由轴承、上压头、伞状托板围成的C区域充满清洗液，由于A，B处密封，所以清洗液只能从内、外圈之间流出，在轴承旋转的过程中带出附着在滚动体与保持架之间的细小污物，实现轴承滚道的高效清洗。

2.3 工装调整

伞状托起清洗方式能够适应于不同尺寸段的轴承，实现无工装、无调整自动清洗(图3)。

图3 最大和最小尺寸轴承的清洗

2.4 适用范围

伞状清洗结构特点适用于主要承受径向载荷且能够承受一定轴向载荷的轴承，如调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承等，而圆柱滚子轴承不适用于此清洗方式。

3 影响清洗效果的因素

3.1 清洗液

成品轴承清洗常用清洗液有汽油、煤油、碳氢溶剂等。汽油的清洗效果较好，但极易燃烧，生产危险性大；煤油清洗效果较差，不适合做专用清洗剂[8]。因此，采用碳氢化合物溶剂作为清洗液，能够兼顾清洗效果与生产安全性，且经济环保。碳氢化合物类清洗剂通过表面张力小的溶剂浸渍到被清洗物的狭小缝隙中，将污物(附着物)溶解并使之扩散到溶剂中，洗净能力强，毒性小，对金属腐蚀性小，非常适合用于清洗成品轴承。

3.2 清洗压力

当清洗压力越大时，清洗液流量越大，清洗液的平均速度越大。由(2)式可知，被清洗面过流量越大，清洗效果越好。与此同时，当清洗压力变大时，清洗液形成的喷射压力也越大，对污物的冲击力也越大。

清洗压力并非越高越好，清洗压力越大，对泵的要求也会越高。评价一个清洗系统的优劣不仅仅从清洗效果单方面考虑，特别是在一般工业清洗领域，对实用性要求十分突出。经过清洗试验对比，伞状托起清洗方式清洗压力为6～8 MPa最为合适，在这个压力范围内，清洗液的清洗作用和液流的冲刷作用效果最佳。

3.3 清洗时间

由(2)式可知，延长清洗时间能够使更多的清洗液作用于被清洗对象，使被清洗面过流量增大，清洗效果提高。但清洗时间的增加会使相同时间内清洗轴承数量减少，影响生产节拍，降低生产效率。综合分析，根据轴承尺寸的不同，单套轴承清洗时间设定为15～90 s较为合适，小尺寸轴承清洗时间可缩短，大尺寸轴承清洗时间相应增加。

3.4 压紧力

清洗过程中轴承内、外圈分别受伞状托板和上压头的作用力，作用力过大时可能将污物压在轴承上，污物受到清洗液的冲击力不足以将其从轴承上分离，影响清洗效果。因此，伞状托板与上压头作用于轴承上的力在保证定位的前提下越小越好。

3.5 轴承转速

轴承清洗过程中，转速过高，会使清洗液产生扰动，使其流速降低，影响清洗效果；转速过低，轴承旋转的过程中不能将附着在滚动体与保持架之间的污物完全带出，清洗效果亦不理想。

4 清洗效果对比

以大、小2个尺寸的调心滚子轴承22330和22218为例，对比传统旋转喷淋清洗与伞状托起清洗方式的清洗效果。

4.1 传统喷淋清洗

传统喷淋清洗方式如图4所示，在理想状况下清洗液在外径为213 mm，内径为41 mm的环状喷淋区域(面积为S)内均匀分布。图中，大尺寸轴承端面面积为S1，小尺寸轴承端面面积为S2。

图4 传统喷淋清洗

根据轴承型号可以分别计算出喷射到大、小尺寸轴承端面的清洗液占清洗液总量的百分比为40%和10%，即传统喷淋清洗方式仅有不到50%的清洗液起到清洗效果，且流进轴承滚道的清洗液更少，不能有效清洗轴承滚道，实现套圈、保持架、滚动体的全方位清洗，清洗效率较低，效果较差。

4.2 伞状托起清洗

根据伞状托起清洗机构的特点设计的成品轴承清洗设备如图5所示，清洗工位1为顺时针旋转，清洗工位2为逆时针旋转。

1—机架；2—入料传送棍棒；3—抓放轴承机械手；4—清洗工位1；5—清洗工位2；6—出料传送棍棒

采用伞状托起的清洗方式能够实现绝大多数清洗液从轴承滚道流出，理论上清洗液利用率为100%。清洗液直接从轴承内、外圈之间流出，较传统喷淋清洗清洗液利用率提高2～10倍，能够实现轴承套圈、保持架及滚动体的全方位清洗，清洗效果更好。针对一定尺寸范围内的轴承无需调整喷嘴架，无需更换工装，效率提高。

5 结束语

根据被清洗面过流量概念设计的伞状托起清洗机构已经应用于某调心滚子轴承生产线，经清洗试验验证能够使清洗效果大大提高。伞状托起清洗机构结构简单、适用范围广，可以实现成品轴承无工装、无调整清洗，减少人工误操作率，方便实现自动化高效清洗，具有良好的推广、应用价值。