CN207788149U - 一种轴承加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种轴承加热装置。本装置包括控制箱、U型铁芯，所述控制箱的顶部设置有控制箱上盖，其前部设置有控制箱前面板，其左侧安装有蜂鸣器，其后侧安装有电源插座端口；其下部紧固连接有控制箱底座，其内部设置有与卡轨卡接的第一接触器、第二接触器和中间继电器；所述控制箱上盖与两根U型铁芯连接，所述U型铁芯上绕制有线圈绕组，且U型铁芯的两端上横担有铁芯横梁；所述控制箱前面板上安装有温控仪表、加热器启动按钮、电源指示灯、电源保险熔断器、仪表开关、退磁开关、加热器停止按钮。本装置使被加热金属轴承，在可控制温度范围内均匀受热，实现在热胀冷缩状态下，满足过盈配合装配的需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及机床轴承件过盈配合装配，具体地说是一种轴承加热装置。
背景技术
轴承是一种应用广泛的机械元件，主要套设在轴上，减少轴于轴套之间的摩擦力。传统机床轴承装配工艺过程中的过盈配合，有最初的热传导形式进行轴承加热，常常采用油煮、火烤、敲击、压力机挤压等工艺，通过热交换进行轴承加热存在很多明显的缺陷，比如说轴承受热不均匀，轴承局部温度过高会导致轴承质量改变等。油煮法不安全、不环保，不经济；冷打法内环变形伤失原有精度，对工件配合表面不同程度带来损伤，减少使用寿命，影响了机床噪声和精度，降低了产品装配质量；机压法时有轴承架压碎或破坏变形，同时受到装配体特异结构的限制；火烤法温度难控制，具有热损失、热效率低。
轴承加热器的工作原理是利用金属在交变磁场中产生涡流而使本身发热，通常用在金属热处理等方面。原理是较厚的金属处于交变磁场中时，会由于电磁感应现象而产生电流。而较厚的金属其产生电流后，电流会在金属内部形成螺旋形的流动路线，这样由于电流流动而产生的热量就都被金属本身吸收了，会导致金属很快升温。
虽然电磁加热已经广泛应用于轴承等精密机械零件的加热，但是电磁加热后的轴承容易被磁化，加热后的轴承往往会具有一点的磁性，所以需要进行退磁。
实用新型内容
本实用新型提出一种轴承加热装置，使被加热金属轴承，在可控制温度范围内均匀受热，实现在热胀冷缩状态下，满足过盈配合装配的需要。
为实现上述目的，本实用新型所述一种轴承加热装置，包括控制箱、U型铁芯，所述控制箱的顶部设置有控制箱上盖，其前部设置有控制箱前面板，其左侧安装有蜂鸣器，其后侧安装有电源插座端口；其下部紧固连接有控制箱底座，其内部设置有与卡轨卡接的第一接触器、第二接触器和中间继电器；所述控制箱上盖与两根U型铁芯连接，所述U型铁芯上绕制有线圈绕组，且U型铁芯的两端上横担有铁芯横梁；所述控制箱前面板上安装有温控仪表、加热器启动按钮、电源指示灯、电源保险熔断器、仪表开关、退磁开关、加热器停止按钮。
所述蜂鸣器连接有电池电源。
所述蜂鸣器一端通过中间继电器与电池电源的正极相连，另一端与电池电源的负极相连。
所述一个线圈绕组通过第一接触器与外接电源相连，另一个线圈绕组通过第二接触器与外接电源相连。
所述温控仪表通过仪表开关与外接电源相连，所述温控仪表通过电源保险熔断器和中间继电器与外接电源相连，温控仪表和中间继电器与温度传感器相连接。
本实用新型所述一种轴承加热装置的工作原理是，见图12，当SA1仪表开关8接通，温控仪表13（端子13’、14’）得电，供电电源为AC220V，此时NC READY准备好（端子18’、19’）输出，HL电源指示灯5亮；温控仪表13的(端子6’、7’)为TC温度传感器22的输入端，加热温度由温控仪表13显示，并实现对加热温度的自动控制，上限温度的设定值能够直接通过温控仪表13设定，考虑加热效果以及对轴承材质的影响，温度控制上限值设定为90°；当控制温度达到上限时，温控仪表13常闭点信号（端子15’、16’）输出，使KA1中间继电器23吸合，而KA1中间继电器23常闭点（端子7’、9’）断开，使KM1第一接触器21-1断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热；同时KA1中间继电器23常开点（端子15’、17’）吸合，蜂鸣器18报警输出，本蜂鸣器18供电电源为1.5VDC 3节，为电池电源6；KA1中间继电器23常开点（端子1’、11’）也同时吸合，使KM2第二接触器21-2吸合，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈获得反相位电压，实现加热器的自动退磁；退磁时间由温控仪表13设定，通过控制KA1中间继电器23的开、合实现。
退磁采用电磁学：工频交流电源在绕组中产生的正反向交变磁场的工作原理来实现的。本设计同时加设了SA3旋钮开关，即退磁开关9，用于手动退磁，手动退磁时SA3退磁开关9常闭点（端子5’、7’）断开，KM1第一接触器21-1同时断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热，而KM2第二接触器21-2得电，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈获得反相位电压。SA2为加热器启动按钮4，并通过KM1第一接触器21-1触点（端子1’、3’）互锁，此时KM1第一接触器21-1吸合，使U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈得电，加热器工作并开始加热。SB为加热器停止按钮10，使KM1第一接触器21-1失电，KM1第一接触器21-1互锁触点（端子1’、3’）也同时断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热。图中FU1为温控及控制回路的电源保险熔断器7。
本实用新型所述一种轴承加热装置的设计依据：是根据加热载体轴承的已知给定条件，如外径Dw（mm）、内径Dn（mm）、厚度H（mm）；固有条件，如材质（钢）、密度γ（g/cm³）、比热θ（kJ/kg.℃）等；环境条件，如加热时环境温度T0（℃）；加热全程的技术条件，如热效率η（测试或经验数据，取60～90％）、加热通电的功率因数cosφ（取经验数据0.5～0.8）、线圈工作电压U（V）；目标条件，如达到加热最高温度Tm（℃），需要的时间τ（分）。考虑轴承材质的特性要求，原则上被加热工件载体（轴承内环）的受热温度控制在小于90℃有了上述各种条件的数据后进行计算。
第一步 加热所需的热量Q（kJ）的计算，是根据轴承体积V（cm³）、质量M（kg）、表面积S（cm²）算出的。
第二步 供电电参数的计算，是将所需热量换算成电功率P（kW） 、然后计算单位表面功率⊿Ps（W/cm²）、线圈工作电流I（A）、线圈安匝数Aω。
第三步 确定产品的有关尺寸，如铁芯的形状、截面积（cm²）、方形铁芯边长L（cm）及线圈绕制、匝数、电线的材质、型号、规格等。
按需要达到的目标值，并根据已知参数轴承为例，经设计计算，确定各种参数过程及其计算结果列下：
确定变压器的有关参数及其计算式
1.被加热体需要能量
1)被加热体体积（本设计被加热体为钢质园环或套）：V=π/4*（Dw²-Dn²) * H/10³（cm³）
式中：V —被加热体体积（cm³） …………………… 5587
Dw —钢质园环外径（㎜） …………………… 280
Dn —钢质园环内径（㎜） …………………… 85
H —钢质园环高度（㎜） …………………… 100
被加热体表面积：S=π*（（Dw+Dn）*H+（Dw²-Dn²）/4）/10²（㎝²） … 1531
2）被加热体体积加热后所需热量：Q=M*θ*（Tm-T0）（kJ）
式中：
M —被加热体质量M=V*γ/10³（kg） …………… 44
γ—被加热钢材密度（g/cm³） ………………… 7.8
Q —加热后所需热量（kJ） …………………… 8227
θ —被加热钢材比热（kJ/kg.℃） …………… 0.6865
Tm —加热最高温度（℃） …………………… 300
T0 —加热时环境温度（℃） …………………… 25
2．被加热体需要能量换算为电参数
1）被加热体加热后所需热量换算为电功率：P=Q/（3600*η*τ/60）
式中：P—热量换算为电功率（kW） ……………… 6
η —热效率（参考经验数据确定60～90％） … 0.8
τ —加热需要的时间（min） …………………… 30
2）线圈工作电流：I=P*1000/ （U * cosφ） ……… 43
式中：U—线圈工作电压（V） …………………… 220
cosφ—供电电功率因数（参考经验数据确定0.5～0.8） … 0.6
3)被加热体表面单位功率：⊿Ps=P*1000/S（W/㎝²） ……… 4
3. U形铁芯15及线圈绕组12的制作：为了保证加热器的研制效果，达到预期研制目的，制作铁芯的许多参数如非标矽钢片的剪裁、线圈绕制、线圈材质、线圈规格选择，都有着许多的特殊性；制作过程中，首先需要提供必要的性能参数指标；通过研究、试验、测得实际数据、调整、修改，达到最佳满意设计效果，最后定型。同时按标准工艺要求喷涂绝缘漆、烘干等工序进行。
（1）方形铁芯边长：L=（π*（5.5*（P/cosφ）/2）^0.25））² … 50mm
（2）单位长度安匝⊿Iω：被加热体表面单位功率⊿Ps与单位长度安匝⊿Iω关系曲线，求安匝数：查表取值⊿Iω …………… 350
（3）求线圈匝数：ω=⊿Iω* H / I …………… 268
本实用新型所述一种轴承加热装置，其有益效果在于：本装置采用了磁感应电流产生的热量被加热金属载体吸收，被加热金属载体轴承在交变磁场中形成涡流，由于磁感应电流产生的热量被加热金属载体吸收，使其自身发热、膨胀，在热涨冷缩状态下，实现过盈配合装配，并实现加热温度自动调节控制，同时具有声控报警提示，加热后有自动退磁功能，优点是设备体积小、热效率高、加热迅速、被加热金属载体受热均匀、低耗清洁、具有低碳环保等优点，同时减少工件配合表面损伤，达到最佳装配效果的目的。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是图1的左侧视图；
图3是图1的后视图；
图4是本实用新型电源插座连接结构示意图；
图5是本实用新型温控器连接结构示意图；
图6是本实用新型控制箱三视图；
图7是本实用新型控制箱前面板三视图；
图8是本实用新型控制箱上盖板视图；
图9 是本实用新型U型铁芯及线圈绕组结构示意图；
图10是本实用新型铁芯横梁结构示意图；
图11是本实用新型控制箱的底座结构示意图；
图12是本实用新型的电气控制原理图；
图中：1-控制箱底座、2-螺钉、3-卡轨、4-加热器启动按钮、5-电源指示灯、6-电池电源、7-电源保险熔断器、8-仪表开关、9-退磁开关、10-加热器停止按钮、11-螺母、12-线圈绕组、13-温控仪表、14-铁芯横梁、15-U型铁芯、16-控制箱、17-控制箱上盖、18-蜂鸣器、19-控制箱前面板、20-电源插座端口、21-1-第一接触器、21-20第二接触器、22-温度传感器、23-中间继电器。
具体实施方式
实施例1
如图1-12所示，本实用新型所述一种轴承加热装置，包括控制箱16、U型铁芯15，所述控制箱16的顶部设置有控制箱上盖17，其前部设置有控制箱前面板19，其左侧安装有蜂鸣器18，其后侧安装有电源插座端口20；其下部紧固连接有控制箱底座1，其内部设置有与卡轨3卡接的第一接触器21-1、第二接触器21-2和中间继电器23；所述控制箱上盖17与两根U型铁芯15连接，所述U型铁芯15上绕制有线圈绕组12，且U型铁芯15的两端上横担有铁芯横梁14；所述控制箱前面板19上安装有温控仪表13、加热器启动按钮4、电源指示灯5、电源保险熔断器7、仪表开关8、退磁开关9、加热器停止按钮10；所述蜂鸣器18连接有电池电源6；蜂鸣器18一端通过中间继电器23与电池电源6的正极相连，另一端与电池电源6的负极相连；所述一个线圈绕组12通过第一接触器21-1与外接电源相连，另一个线圈绕组12通过第二接触器21-2与外接电源相连；温控仪表13通过仪表开关8与外接电源相连，所述温控仪表13通过电源保险熔断器7和中间继电器23与外接电源相连，温控仪表13和中间继电器23与温度传感器22相连接。
本实用新型所述一种轴承加热装置的工作原理是，见图12，当SA1仪表开关8接通，温控仪表13（端子13’、14’）得电，供电电源为AC220V，此时NC READY准备好（端子18’、19’）输出，HL电源指示灯5亮；温控仪表13的(端子6’、7’)为TC温度传感器22的输入端，加热温度由温控仪表13显示，并实现对加热温度的自动控制，上限温度的设定值能够直接通过温控仪表13设定，考虑加热效果以及对轴承材质的影响，温度控制上限值设定为90°；当控制温度达到上限时，温控仪表13常闭点信号（端子15’、16’）输出，使KA1中间继电器23吸合，而KA1中间继电器23常闭点（端子7’、9’）断开，使KM1第一接触器21-1断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热；同时KA1中间继电器23常开点（端子15’、17’）吸合，蜂鸣器18报警输出，本蜂鸣器18供电电源为1.5VDC 3节，为电池电源6；KA1中间继电器23常开点（端子1’、11’）也同时吸合，使KM2第二接触器21-2吸合，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈获得反相位电压，实现加热器的自动退磁；退磁时间由温控仪表13设定，通过控制KA1中间继电器23的开、合实现。
退磁采用电磁学：工频交流电源在绕组中产生的正反向交变磁场的工作原理来实现的。本设计同时加设了SA3旋钮开关，即退磁开关9，用于手动退磁，手动退磁时SA3退磁开关9常闭点（端子5’、7’）断开，KM1第一接触器21-1同时断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热，而KM2第二接触器21-2得电，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈获得反相位电压。SA2为加热器启动按钮4，并通过KM1第一接触器21-1触点（端子1’、3’）互锁，此时KM1第一接触器21-1吸合，使U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈得电，加热器工作并开始加热。SB为加热器停止按钮10，使KM1第一接触器21-1失电，KM1第一接触器21-1互锁触点（端子1’、3’）也同时断开，U型铁芯15及线圈绕组12的L1、L2线圈失电，加热器停止加热。图中FU1为温控及控制回路的电源保险熔断器7。
加热过程如下：首先接通电源，将被加热载体轴承，置于加热器铁芯横梁14内，打开仪表开关8，调整温控仪表13，温控上限值设定为90°，同时设定退磁控制时间；将温度传感器22吸附于轴承内侧端，起动加热器启动按钮4，对试件进行加热，当温控仪表13显示内环温度至90℃时，蜂鸣器18发出报警提示并自动停止加热，同时实现自动退磁；取下试件，将轴承套入带有过盈量的箱体内，完成过盈装配，经检测试件无磁化现象。本实用新型适用于轴承内环φ30～85mm，最大外径φ280mmm的金属轴承部件的加热，其设计结构合理，轴承装配省力、省时，降低人工劳动强度，自动化程度高，提高了生产效率，同时体现出了更加先进的工艺水平。
Claims (6)
1.一种轴承加热装置，包括控制箱（16）、U型铁芯（15），其结构特征在于：所述控制箱（16）的顶部设置有控制箱上盖（17），其前部设置有控制箱前面板（19），其左侧安装有蜂鸣器（18），其后侧安装有电源插座端口（20）；其下部紧固连接有控制箱底座（1），其内部设置有与卡轨（3）卡接的第一接触器（21-1）、第二接触器（21-2）和中间继电器（23）；所述控制箱上盖（17）与两根U型铁芯（15）连接，所述U型铁芯（15）上绕制有线圈绕组（12），且U型铁芯（15）的两端上横担有铁芯横梁（14）；所述控制箱前面板（19）上安装有温控仪表（13）、加热器启动按钮（4）、电源指示灯（5）、电源保险熔断器（7）、仪表开关（8）、退磁开关（9）、加热器停止按钮（10）。
2.如权利要求1所述一种轴承加热装置，其特征在于：所述蜂鸣器（18）连接有电池电源（6）。
3.如权利要求2所述一种轴承加热装置，其特征在于：所述蜂鸣器（18）一端通过中间继电器（23）与电池电源（6）的正极相连，另一端与电池电源（6）的负极相连。
4.如权利要求3所述一种轴承加热装置，其特征在于：所述一个线圈绕组（12）通过第一接触器（21-1）与外接电源相连，另一个线圈绕组（12）通过第二接触器（21-2）与外接电源相连。
5.如权利要求4所述一种轴承加热装置，其特征在于：所述温控仪表（13）通过仪表开关（8）与外接电源相连，所述温控仪表（13）通过电源保险熔断器（7）和中间继电器（23）与外接电源相连，温控仪表（13）和中间继电器（23）与温度传感器（22）相连接。
6.如权利要求5所述一种轴承加热装置，其特征在于：所述控制箱上盖（17）与U型铁芯（15）相套接，通过螺钉（2）与控制箱（16）紧固连接；控制箱前面板（19）通过螺钉（2）与控制箱（16）紧固连接；所述控制箱（16）下部通过螺钉（2）和螺母（11）紧固连接有四个控制箱底座（1）。
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