發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接螺栓自動裝配裝置設(shè)計,發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接螺栓自動裝配裝置設(shè)計,發(fā)動機,da465q,缸蓋,連接,螺栓,自動,裝配,裝置,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目:發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接 螺栓自動裝配裝置設(shè)計 院 系 名 稱: 汽車交通與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 車輛 07-3班 學(xué) 生 姓 名: 呂佳文 導(dǎo) 師 姓 名: 林明 開 題 時 間: 2011年3月11日 指導(dǎo)委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué)生姓名 呂佳文 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程 07-3 指導(dǎo)教師姓名 林明 職稱 高工 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是√否 題目名稱 發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接螺栓自動裝配裝置設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 1、研究現(xiàn)狀 汽車發(fā)動機裝配的自動化程度，在一定程度上先知了汽車的自動化生產(chǎn)水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)選水準(zhǔn)，是目前我們必須要解決的重要難題，近十余年，工業(yè)發(fā)達(dá)國家在產(chǎn)品需求多樣化，產(chǎn)品精度不斷提高和新技術(shù)不斷發(fā)展的推動下，裝配作業(yè)自動化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。自動裝配線的制造和應(yīng)用也進入了一個新的歷史時期。目前國外自動裝配線制造以美國、日本等最為發(fā)達(dá)。其他國家，如聯(lián)邦德國、法國、英國、蘇聯(lián)、捷克、瑞士等也發(fā)展很快。當(dāng)代具有代表性的主要廠家有：美國Cross公司、日本的東芝機械與三協(xié)精機、法國的Renault公司、蘇聯(lián)的明斯克自動線工廠等。自動裝配設(shè)備的使用也以美國和日本為領(lǐng)先。據(jù)介紹，美國在1983年已擁有自動裝配機近五十萬太，占美國機床擁有量的8%左右。日本現(xiàn)役裝配機也在二萬臺以上。 在機械裝配過程中,基礎(chǔ)件和裝配件的傳送、給料和裝配作業(yè)可部分地或全部地實現(xiàn)半自動化或自動化。機械裝配自動化的主要目的是：保證產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。裝配自動化的一般要求是：產(chǎn)品的生產(chǎn)批量較大；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的自動裝配工藝性好，如裝配工作有良好的可分性，零件容易定向、定位，零件間聯(lián)接多用膠接和焊接代替螺紋聯(lián)接，避免使用墊片等調(diào)整件；采用自動化裝配后應(yīng)具有較好的經(jīng)濟效果。裝配作業(yè)的自動化程度往往需要經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟分析來確定。 2、工業(yè)機器人的應(yīng)用及其自動裝配線 工業(yè)機器人由于可在一次動作循環(huán)中靈活完成各種動作，從而代替了裝配機中許多復(fù)雜部件的功能，使裝配機本身復(fù)雜程度大大降低。工業(yè)機器人有固定程序的，也有計算機控制的。由于計算技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，采用計算機控制似乎已成為當(dāng)前發(fā)展的方向，其經(jīng)濟效益也為實踐證明是十分顯著的。如日本第二精工社利用STM-1000型機器人裝配汽車?yán)龋鋸U品率較人工裝配時降低了一半，資金收回僅用3年。在一些工作條件惡劣、勞動強度大的作業(yè)中，它可使工作效率成倍提高。如汽車制造業(yè)沖的車身焊接作業(yè)在美國、日本、法國等幾乎全部采用機器人，可24小時連續(xù)工作，生產(chǎn)效率提高了3～4倍。由于機器人具有動作靈活性，抓手和工具系統(tǒng)的萬能性及準(zhǔn)確性，全部采用工業(yè)機器人組成的裝配線，已經(jīng)出現(xiàn). 3、自動裝配技術(shù)的發(fā)展方向 發(fā)展具有柔性及可進行多品種裝配的自動裝配線 由于自動裝配線的供料裝置、裝配工作及其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及動作頻繁、互鎖嚴(yán)格等原因而經(jīng)常發(fā)生故障，降低了裝配線的工作效率。故近代裝配線中，各裝配工位間和分裝與總裝間采用柔性連接的非同步輸送裝置趨勢已成為發(fā)展方向?，F(xiàn)代社會由于對產(chǎn)品需求多樣化，必須使產(chǎn)品不斷更新。為此，能進行中小批量多品種裝配的自動裝配線得到重視與發(fā)展。這一類型裝配線只稍作調(diào)整即可對“同族”性產(chǎn)品進行自動裝配。一般來說，它具有以下特征：廣泛采用“功能模塊式結(jié)構(gòu)技術(shù)”以適應(yīng)產(chǎn)品變化時能方便進行調(diào)整；采用柔性連接的傳輸方式以適應(yīng)多品種和各工位節(jié)拍時間的變化需要；采用多個自由度裝配機器人、利用電子計算機控制，可對任意不同對象進行預(yù)訂計劃的裝配，裝配程序也可利用動作一次做示范作業(yè)循環(huán)，然后將程序貯存到控制計算機中，從而簡化程序的重新調(diào)整。 4、目的、依據(jù)和意義 微型及普及型汽車在我國有很大市場，從0.9到1.6L，價格適合我國國情，適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況。發(fā)動機是汽車的重要零件之以，隨著現(xiàn)在的設(shè)計加工制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機的裝配方法及技術(shù)手段等也在不斷發(fā)展，確定裝配工藝與裝夾方案及設(shè)計，從而達(dá)到對發(fā)動機裝配工藝進一步的更深了解； 該畢業(yè)設(shè)計可以加強常用工具AutoCAD軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)裝配工藝設(shè)計，制造及應(yīng)用的過程。 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內(nèi)容 根據(jù)實際裝配與檢驗過程的工藝要求，進行了自動裝配與檢驗生產(chǎn)線可行性分析。并結(jié)合實際條件，確定了汽車發(fā)動機缸蓋裝配與檢驗工序的基準(zhǔn)，生產(chǎn)用量和工時定額。在此基礎(chǔ)上，確立了最終的生產(chǎn)線。同時，通過對國外同類汽車發(fā)動機生產(chǎn)線參考和借鑒，針對以東安為代表的國內(nèi)特定的生產(chǎn)技術(shù)與勞動條件，對其裝配與檢驗工藝規(guī)程進行了詳細(xì)設(shè)計，最終確立了一套完整的適合國內(nèi)實際情況的汽車發(fā)動機生產(chǎn)線。 （1）分析零部件圖，運用各種知識，機械設(shè)計原理選擇裝配路線，據(jù)實際生產(chǎn)條件確定工藝方案及確定幾個關(guān)鍵問題（如：關(guān)鍵機構(gòu)，裝置，等） （2）通過分析擬定必要的保證清洗要求的設(shè)計內(nèi)容：螺栓抓取裝置的設(shè)計，驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計，整體支架的設(shè)計。 （3）通過分析設(shè)計符合實際的缸蓋連接螺栓自動裝配裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 （4）通過分析，對檢查裝置進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計和理論的分析 （5）完成二維和三維裝配圖； （6）要有對相關(guān)項目進行理論分析和設(shè)計計算。 （7）圖紙和說明書要符合規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)化，清晰。 2、本課題研究的主要內(nèi)容 本項目研究的主要內(nèi)容是“汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置”的設(shè)計。并主要解決以下技術(shù)問題： 1 螺栓抓取裝置的設(shè)計 2 驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計。 3 整體支架的設(shè)計 螺栓的裝配 使發(fā)動機蓋和發(fā)動機缸體的螺孔對正，放入墊片，擰緊螺桿，完成裝配。 總體裝置的構(gòu)思 本設(shè)計的任務(wù)是在汽車發(fā)動機缸蓋的進出氣門的氣密性檢測之后，醬缸蓋與缸體的連接螺栓自動裝入發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計的對象為東安465汽油發(fā)動機的缸蓋，其上一共有10個螺栓，對稱排列在缸蓋兩側(cè)，根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計選擇分兩次安裝螺栓，即每次5個的方案。 方案一 首先用機械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個絲桿結(jié)構(gòu)來完成機械手的上下運動并用一個轉(zhuǎn)軸來完成四連桿機構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，最后由動力裝置帶動一個絲杠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)水平面內(nèi)的運動。 方案二 首先用機械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓，液壓傳動后電傳動驅(qū)動傳動機構(gòu)在導(dǎo)軌上來完成機械手的水平和豎直運動。 比較和綜合煩些上述兩個方案，機械手抓取螺栓的確定應(yīng)用的，而方案一的四連桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運動的穩(wěn)定性比較差，不能應(yīng)用，而絲杠傳動由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應(yīng)用，而驅(qū)動初步定為氣壓傳動，因為整個生產(chǎn)線大不部分應(yīng)用的是氣壓傳動，用起來比較方便。 設(shè)計方案為通過絲杠船東來帶動機械手來完成水平運動，而用氣壓來完成豎直運動。具體的設(shè)計可以大致分為以下三個部分： 1 螺栓抓取裝置的設(shè)計 2 驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計。 3 整體支架的設(shè)計 三、技術(shù)路線（研究方法） 首先，明確目標(biāo)，我要做的是什么，研究的課題目的，意義 參考例1： 紙上談來終覺淺，觀察實物，在頭腦中留下深刻印象，閉上眼睛就能想出它的結(jié)構(gòu) 收集同類機構(gòu)的資料，研究分析其工作原理，優(yōu)缺點 在原有的基礎(chǔ)上，進行創(chuàng)新，改革 在實物的基礎(chǔ)上進行合理化構(gòu)思。 初步擬定設(shè)計方案，請老師批評指點 完成設(shè)計，cad出圖，制造樣品機，進行生產(chǎn)效果，效率測試 如果，機構(gòu)生產(chǎn)效率低，精度差，則需要查缺補漏，改進不足 如果，機構(gòu)合格則批量生產(chǎn)，投入生產(chǎn)中 四、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果 1、相關(guān)零部件三維視圖； 2、二維裝配圖與三維各1套 3、裝置的主要零部件圖6張以上； 4、設(shè)計說明書一份（1.5萬字以上） 4、所有設(shè)計資料的電子文稿 五、進度安排 （1）熟悉設(shè)計任務(wù)書，并了解相關(guān)材料（網(wǎng)上查閱），準(zhǔn)備資料，填寫開題報告；第1~3周（3月3日～3月23日） （2）熟悉零部件圖紙（提出有相應(yīng)問題），熟練掌握CAD2004以上版本及裝配工藝學(xué)：第4~5周（3月24日~4月6日） （3）據(jù)自己所學(xué)知識及工廠或其它裝配廠提出設(shè)計方法，確定設(shè)計方案及設(shè)計內(nèi)容，有改進解決問題的方法簡單方案草圖（說明問題），輔助工具excel、word和CAD要有一定使用能力:第6～7周（4月7日～4月20日） （4）螺栓抓取裝置的設(shè)計，驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計，整體支架的設(shè)計及中期檢查；第8～9周（4月21日～5月3日） （5）二維裝配圖與三維的設(shè)計：第10～11周（5月4日～5月18日） （6）進行理論分析和設(shè)計計算及裝置的主要零部件圖設(shè)計：12～14周（5月19日～6月8日） （7）總結(jié)設(shè)計及編寫說明書，后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月9日～6月22日） （8）畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月23日～6月 29日） 六、參考文獻 [1] 齊志鵬主編.汽車傳感器和執(zhí)行器的原理與檢修.北京：人民郵電出版社，2006 [2] 騰伯樂主編.中國汽車工業(yè)50年回顧與跨世紀(jì)展望.武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008.21（5） [3] 邱宣懷主編.機械設(shè)計.第四版.北京：高等教育出版社，2007 [4] 吳宗澤.羅圣國主編.機械設(shè)計課程設(shè)計（第二版）.北京：高等教育出版社，2006 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Lin Ming Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin  摘 要 本文系統(tǒng)的闡述了國內(nèi)外汽車發(fā)動機自動裝配技術(shù)的現(xiàn)狀、水平及我國在此方向的發(fā)展?fàn)顩r。并以東安汽車發(fā)動機為研究對象，到工廠對其生產(chǎn)線進行了參觀和實地考察。根據(jù)實際裝配與檢驗過程的工藝要求，進行了自動裝配與檢驗生產(chǎn)線可行性分析。并結(jié)合實際條件，確定了汽車發(fā)動機缸蓋裝配與檢驗工序的基準(zhǔn)、生產(chǎn)用量和工時定額。在此基礎(chǔ)上，確立了最終的生產(chǎn)線。同時，通過對國外同類汽車發(fā)動機生產(chǎn)線參考和借鑒，針對以東安為代表的國內(nèi)特定的生產(chǎn)技術(shù)與勞動條件，對其裝配與檢驗工藝規(guī)程進行了詳細(xì)設(shè)計，最終確立了一套完整的適合國內(nèi)實際情況的汽車發(fā)動機生產(chǎn)線。 本文著重介紹汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計過程、方法及工作原理。重點對抓取螺栓裝置和傳動機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計和理論的分析，對其中如何實現(xiàn)螺栓的抓取和水平及垂直運動的難點問題。最終采用了機械手、氣壓缸和滾珠絲杠傳動裝置完成了上述運動，并對其進行了嚴(yán)格的理論設(shè)計計算，使其能夠精確的完成預(yù)定運動。從而使螺栓安裝實現(xiàn)了自動化，很大程度的節(jié)省了人工和時間，顯著地提高了螺栓裝配的質(zhì)量和效率。 關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；缸蓋；生產(chǎn)線；機械手；連接螺栓  ABSTRACT The exposition domestic and international automobile engine of this text system assembles the state of development in this direction of current situation, level and our country of technology automatically. Regard automobile engine of Dongan as the research object, has gone to the factory to visit and investigate on the spot to its production line. According to assembling and examining the technological requirement of the course actually, have assembled and examined the feasibility analysis of the production line automatically.. On this basis , have established the final production line . At the same time, through consulting and drawing lessons from the similar automobile engine production line of foreign countries, direct against the domestic and specific production technology represented by Dongan and labor condition, have design in detail to that it assembled and examined the craft rules, has established a set of intact automobile engine production lines which is suitable for the domestic actual conditions finally. This text recommends the engine jar of the automobile to overlay and connect design process, method and operation principle that the bolt assembles the device automatically emphatically. To picking the design that the bolt device and transmission organization have carried on the structure and analysis of the theory especially, to how among them realize pick and horizontal and vertical difficult point issue of sport of bolt. Have adopted the manipulator , atmospheric pressure jar and ball guide screw transmission device to finish has made its completion that can be accurate book sports. Thus make the bolt install and realize automation, saving to a great extent is artificial with time, have improved quality and efficiency that the bolt assembles remarkably. Keywords: Automobile engine；The jar overlays； the production line；Manipulator；Join the bolts  目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1汽車及汽車工業(yè)概述 1 1.1.1汽車 1 1.1.2汽車工業(yè)的發(fā)展 1 1.2發(fā)動機的概述 2 1.2.1發(fā)動機分類和基本構(gòu)造 2 1.2.2發(fā)動機的工作原理 2 1.2.3發(fā)動機缸蓋 3 1.3汽車生產(chǎn)線 4 1.3.1生產(chǎn)線簡介 4 1.3.2裝配線的型式 4 1.3.3裝配線的條數(shù)、長度及勞動量 4 1.3.4本課題研究的主要內(nèi)容 5 第2章 發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線介紹 6 2.1生產(chǎn)線概述 6 2.2進、出氣閥的裝配 7 2.3進出氣閥的裝配檢驗 7 2.4進出氣閥的清洗 7 2.5進出氣閥的清洗檢驗 7 2.6螺栓的裝配 7 2.7螺栓的裝配檢驗 7 第3章 發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計 8 3.1總體裝置的構(gòu)思 8 3.2 螺栓抓取與安裝裝置的設(shè)計 11 3.2.1抓取裝置的設(shè)計 11 3.2.2 機械手的固定裝置設(shè)計 13 3.3 螺栓安裝傳動機構(gòu)的設(shè)計 14 3.3.1傳動機構(gòu)在豎直平面內(nèi)的運動 14 3.3.2傳動機構(gòu)在水平平面內(nèi)的運動 15 3.4整體支架的設(shè)計 23 3.5平衡裝置的設(shè)計 24 結(jié) 論 26 參考文獻 27 致 謝 28 第1章 緒 論 1.1汽車及汽車工業(yè)概述 1.1.1汽車 汽車是指能自帶能源的機動輪式無軌車輛，它是使用最廣泛的交通運輸工具。按運輸對象汽車可分為客運汽車和貨運汽車(簡稱貨車)兩大類。汽車是由上萬個零件組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機動交通工具。根據(jù)其動力裝置、運送對象和使用條件的不同，汽車的總體構(gòu)造可以有很大差異，但它們的基本結(jié)構(gòu)都有發(fā)動機、底盤、車身、和電器與電子設(shè)備四大部分所組成。發(fā)動機是汽車的動力裝置。底盤由傳動系、行駛系、和制動系四大部分組成。作為汽車的基體，發(fā)動機、車身、電氣設(shè)備及各種附屬設(shè)備都間接或直接地安裝在底盤上。車身用來安置駕駛員、乘客和貨物的等。汽車電器設(shè)備由電源（蓄電池、發(fā)動機）、汽油機點火設(shè)備、發(fā)動機起動電動機、照明與信號設(shè)備、儀表、空調(diào)、刮水器、收錄機、門窗玻璃電動升降設(shè)備等組成。汽車的類型很多，分類方法也很多。通常按汽車的用途可分為轎車、客車、載貨汽車、越野汽車、牽引汽車、自卸汽車、農(nóng)用汽車、專用（特種）汽車和改裝車等。汽車是作為一種交通工具而產(chǎn)生的，但發(fā)展到今天已經(jīng)不能把他理解為單純的“行”的手段。因為“汽車化”改變了當(dāng)代世界的面貌，它已經(jīng)成為當(dāng)代物質(zhì)文明與進步的象征及文明形態(tài)的一種代表。中國汽車工業(yè)的振興也必然會使中國的面貌煥然一新，在繁榮經(jīng)濟、促進四個現(xiàn)代化、提高人民的生活水平、推動社會與地球上近四分之一的人類進步方面發(fā)揮了巨大的作用。 1.1.2汽車工業(yè)的發(fā)展 汽車工業(yè)是加工設(shè)備工業(yè)的最大用戶，大量生產(chǎn)汽車的特殊要求，對高度專用的加工設(shè)備的設(shè)計和發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。從汽車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動機的自動化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動化生產(chǎn)水平，同時又影響到汽車工業(yè)的競爭實力與技術(shù)水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)線水準(zhǔn)，是目前我們勢必解決的問題。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分注意汽車制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術(shù)和工藝裝備汽車制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)勢必得到優(yōu)先發(fā)展。對比之下，我國目前汽車制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝設(shè)備，數(shù)控機床與自動化裝配設(shè)備在汽車制造中的比重還比較低；自動化程度基本上還是“一個工人、一把刀、一個機床、一個槍”，導(dǎo)致了勞動生產(chǎn)率降低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；機械裝備主要是用來代替和放大人的體力，其工作盡管比人熟練和精確，并有一定的自動化程度，但由于缺乏存儲個靈活處理的信息的能力，智能化程度差，導(dǎo)致了生產(chǎn)率低、加工精度的進一步提高受到限制。 上述情況，只是我國汽車制造產(chǎn)業(yè)的一個縮影，而汽車發(fā)動機制造裝備產(chǎn)業(yè)的萎靡不振，又嚴(yán)重影響了汽車制造業(yè)、乃至整個機械制造業(yè)的振興。故振興我國汽車及其發(fā)動機制造裝備產(chǎn)業(yè)，以及自動裝配與檢驗產(chǎn)業(yè)，提高我國制造業(yè)的總體技術(shù)水平和市場競爭力，是當(dāng)前進行各企業(yè)改組、改革、改造的當(dāng)務(wù)之急。 1.2發(fā)動機的概述 1.2.1發(fā)動機分類和基本構(gòu)造 在汽車中最重要的是發(fā)動機，他對于汽車就像人的心臟一樣重要。發(fā)動機就是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機械能的機器。在現(xiàn)代汽車上主要應(yīng)用的是內(nèi)燃機。內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過是燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其釋放出的Aa熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機和自由活塞式內(nèi)燃機，也包括葉輪式的燃?xì)廨啓C、噴氣式發(fā)動機等，通常所說的內(nèi)燃機就是指活塞式內(nèi)燃機。 內(nèi)燃機具有熱效率高、功率范圍廣、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、使用方便、啟動迅速等優(yōu)點，所以被廣泛地應(yīng)用于各種機械。 發(fā)動機最基本的結(jié)構(gòu)是由氣缸、氣缸蓋、進氣門、排氣門、噴油漆（火花塞）、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等組成。 1.2.2發(fā)動機的工作原理 四行程汽油機的一個工作循環(huán)包括有四個活塞行程（所謂活塞行程就是指活塞由上止點到下止點之間的距離的過程）：進氣行程、壓縮行程、膨脹行程（做功行程）和排氣行程。如圖1-1所示： 圖1.1 四行程汽油機工作循環(huán)圖 1、進氣行程。這個行程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，氣缸與化油器相通，活塞由上止點向下業(yè)點移動，活塞上方容積增大，氣缸內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度?？扇蓟旌蠚獗晃霘飧變?nèi)。活塞行至下止點時，曲軸轉(zhuǎn)過半周，進氣門關(guān)閉，進氣行程結(jié)束。 2、壓縮行程。進氣行程結(jié)束后，進氣門、排氣門同時關(guān)閉。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞由下止點向上止點移動，活塞上方的容積縮小，進入到氣缸中的混合氣逐漸被壓縮，使其溫度、壓力升高。活塞到上止點時，壓縮行程結(jié)束。壓縮終了時，混合氣溫度約為600～700K，壓力一般為0.6～1.2MPa。：混合氣被壓縮之后，密度增大，壓力和溫度迅速升高，為燃燒創(chuàng)造了良好條件. 3、作功行程。當(dāng)壓縮沖程臨近終了時，火花塞發(fā)出電火花，點燃可燃混合氣。由于混合氣迅速燃燒膨脹，在極短時間內(nèi)壓力可達(dá)到3～5MPa，最高溫度約為2200～2800K。高溫、高壓的燃?xì)馔苿踊钊杆傧滦?，并通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)而對外做功。 4、排氣行程。 混合氣燃燒后成了廢氣，為了便于下一個工作循環(huán)，這些廢氣應(yīng)及時排出氣缸，所以在作功行程終了時，排氣門開啟，活塞向上移動，廢氣便排到大氣中。當(dāng)活塞到達(dá)上止點時，排氣門關(guān)閉、曲軸轉(zhuǎn)至兩周，完成一個工作循環(huán)。 1.2.3發(fā)動機缸蓋 氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機械負(fù)荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。 缸蓋上裝有進、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。 氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。 氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大，由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。 圖1.2發(fā)動機缸蓋見圖 1.3汽車生產(chǎn)線 1.3.1生產(chǎn)線簡介 勞動定額水平、關(guān)鍵工序的自動化、物流與倉儲、產(chǎn)品的質(zhì)量保證體系、生產(chǎn)的組織與管理等，是當(dāng)前汽車與汽車發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)所共同面臨也是必需研究的主要課題之一。近幾十年來，國外汽車工業(yè)在應(yīng)用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)方面發(fā)展很快，在汽車產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、模擬分析、零部件的加工貯運、裝配試驗、生產(chǎn)的組織管理和銷售服務(wù)等方面都得到了廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了一系列的自動化。隨著市場對汽車品種需要的多樣化。歐、美、日各大集團公司都已實現(xiàn)了多品種混線生產(chǎn)，節(jié)約了物流資金、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了用戶多種要求之目的。 從轎車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動機的自動化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動化生產(chǎn)水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)線水準(zhǔn)，是目前我們勢必解決的重要難題。對汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)的研究和開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。 1.3.2裝配線的型式 總裝配線都需要有高架輸送和地面輸送兩種最基本的型式。其中，高架線一般包括積放式懸掛輸送機系統(tǒng)、普通懸掛輸送機和高架軌道小車。地面線一般包括滑撬式輸送系統(tǒng)、地面單鏈牽引軌道小車、地面板鏈帶隨行支架、地面板式輸送帶等類型。 1.3.3裝配線的條數(shù)、長度及勞動量 轎車發(fā)動機生產(chǎn)線一般均分為兩段、三段或多段式，可把上述幾種型式有機的結(jié)合。裝配線一般需要根據(jù)產(chǎn)品的品種、生產(chǎn)綱領(lǐng)和裝配工藝要求，經(jīng)多種方案比較論證后再確定。裝配線的長度，在滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)、工藝要求、多品種生產(chǎn)和保證質(zhì)量的前提條件下，應(yīng)盡可能縮短。平面布置可根據(jù)具體情況采用U型、S型、矩型、多層等型式布置。勞動量定額水平過高或過低都將影響可行性研究和工廠設(shè)計的正確性，也關(guān)系到廠房面積、主要生產(chǎn)設(shè)備的臺數(shù)、裝配線的長度、生產(chǎn)工人數(shù)、投資及經(jīng)濟效益。所以，在可行性研究階段、尤其是在沒有產(chǎn)品圖紙時，較為準(zhǔn)確地估算裝配線勞動量就尤為重要。國外總裝水平較高，主要是機械化自動化程度較高，故裝配公司較少。原因之一是國外的勞動力昂貴，從成本上來說，70年代1臺機器人的價格約等于5個工人的年工資，進入80年代，1臺機器人的價格只相當(dāng)于2-3個工人的年工資 ，而效率卻比工人高得多。在我國，勞動力資源豐富，國家建設(shè)資金不十分充裕的前提下，必須大量引進外資。因此大量采用機械化自動化設(shè)備是不現(xiàn)實的，故定額水平相對較低。 1.3.4本課題研究的主要內(nèi)容 本項目研究的主要內(nèi)容是“汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置”的設(shè)計。 螺栓的裝配：使發(fā)動機蓋和發(fā)動機缸體的螺孔對正，放入螺栓，完成裝配。 總體裝置的構(gòu)思 本設(shè)計的任務(wù)是在汽車發(fā)動機缸蓋的進出氣門的氣密性檢測之后，醬缸蓋與缸體的連接螺栓自動裝入發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計的對象為東安465汽油發(fā)動機的缸蓋，其上一共有10個螺栓，對稱排列在缸蓋兩側(cè)，根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計選擇分兩次安裝螺栓，即每次5個的方案。 方案一 首先用機械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個絲桿結(jié)構(gòu)來完成機械手的上下運動并用一個轉(zhuǎn)軸來完成四連桿機構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，最后由動力裝置帶動一個絲杠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)水平面內(nèi)的運動。 方案二 首先用機械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓，液壓傳動后電傳動驅(qū)動傳動機構(gòu)在導(dǎo)軌上來完成機械手的水平和豎直運動。 比較和綜合煩些上述兩個方案，機械手抓取螺栓的確定應(yīng)用的，而方案一的四連桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運動的穩(wěn)定性比較差，不能應(yīng)用，而絲杠傳動由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應(yīng)用，而驅(qū)動初步定為氣壓傳動，因為整個生產(chǎn)線大不部分應(yīng)用的是氣壓傳動，用起來比較方便。 設(shè)計方案為通過絲杠船東來帶動機械手來完成水平運動，而用氣壓來完成豎直運動。具體的設(shè)計可以大致分為以下三個部分，并主要解決以下技術(shù)問題： 螺栓抓取裝置的設(shè)計 驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計。 整體支架的設(shè)計。  第2章 發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線介紹 2.1生產(chǎn)線概述 主要完成發(fā)動機的裝配工作。從機加線過來的發(fā)動機缸蓋通過電動吊裝設(shè)備放置于裝配線的托盤上托盤通過滾道依次通過裝配的各個工位，工人在每個工位上安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動機缸蓋上，最終生產(chǎn)線流程走完后發(fā)動機裝配完畢進入下一個工序。 進、出氣閥的裝配 進出氣閥的裝配檢驗 進出氣閥的清洗 進出氣閥的清洗檢驗 螺栓的裝配 螺栓的裝配檢驗 圖2.1發(fā)動機缸蓋裝配流程圖 整條裝配線的工作流程如上圖所示，在發(fā)動機上線工位操作工操作電動起重機將機加線加工好的發(fā)動機缸體吊裝到發(fā)動機生產(chǎn)線的托盤上，發(fā)動機裝配線自動然后通過滾道將托盤輸送到下一安裝工位上自動停止在該工位上，該安裝工位的操作工安裝依據(jù)該發(fā)動機的型號安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動機缸蓋上然后發(fā)出指令給裝配線，發(fā)動機托盤自動的被傳輸?shù)较乱还の?，下一工位的操作工依次安裝相應(yīng)的零件到發(fā)動機上，依次類推當(dāng)發(fā)動機走到下線工位時該工位的操作工通過電動起重設(shè)備將安裝好的發(fā)動機吊離發(fā)動機裝配線完成發(fā)動機的生產(chǎn)。 裝配線上在一定的工位安裝的轉(zhuǎn)臺，舉升臺，翻轉(zhuǎn)機等設(shè)備，將發(fā)動機進行旋轉(zhuǎn)，舉升，翻轉(zhuǎn)等操作，方便后面的操作工進行安裝。 2.2進、出氣閥的裝配 發(fā)動機蓋生產(chǎn)好后，按順序先安裝進出氣閥，通過震動給料器得到的陣列好的氣門放到正確的位置，機械手按順序壓住彈簧，加上墊片，然后把止動銷放到氣閥桿上有凹槽的位置。機械手松開，彈簧回彈，把墊片緊緊壓到止動銷上，使止動銷底部的楔型剛好嵌入墊片中間的斜面使其緊緊鎖住。 2.3進出氣閥的裝配檢驗 在進、出氣閥的裝配后，需要檢驗止動銷是否到了正確的位置，可能出現(xiàn)丟失一個或兩個半止動銷的情況，或止動銷沒正好嵌入桿的凹處，.這些都是不合格的，那么必須返回進行個人處理，處理合格后再返回生產(chǎn)線檢測工序，直到合格為止。 2.4進出氣閥的清洗 由于氣閥要求很高的氣密性，所以必須對其進行清洗，把所有的可能存在的灰塵和雜物都清洗干凈，可以用高壓空氣清洗。 2.5進出氣閥的清洗檢驗 這道工序很必要，清洗后檢測氣密性是否達(dá)到要求，達(dá)到了進行下一道工序，沒達(dá)到則需要返回重新人工清洗，這里的考慮與2中相同。 2.6螺栓的裝配 使發(fā)動機蓋和發(fā)動機缸體的螺孔對正，放入墊片，擰緊螺桿，完成裝配。 2.7螺栓的裝配檢驗 必須檢驗是否裝配正確。有時由于機械的失誤出現(xiàn)一些裝配錯誤現(xiàn)象，如沒有放墊圈，沒有放螺栓，放了兩個墊圈等。所以可以采用數(shù)字測長儀來檢驗螺栓是否安裝合格。 第3章 發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計 3.1總體裝置的構(gòu)思 本設(shè)計的任務(wù)是在汽車發(fā)動機缸蓋的進出氣門的氣密性檢測之后，將缸蓋與缸體的連接螺栓自動裝入發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計的對象為東安465汽油發(fā)動機的缸蓋，其上一共有10個螺栓，對稱排列在缸蓋兩側(cè)，見圖3.1所示。根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計選擇分兩次安裝螺栓，即每次5個的方案。 圖3.1 發(fā)動機缸蓋示意圖 通過對本次設(shè)計對象東安465發(fā)動機缸蓋的測繪和在東安工廠發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線的參觀和實地考察，以及對國內(nèi)外相關(guān)發(fā)動機生產(chǎn)線的研究和參考，發(fā)現(xiàn)我國發(fā)動機生產(chǎn)線的自動化的程度低于國外，特別是缸蓋與缸體連接螺栓自動安裝部分，我國主要還靠人工來完成，而國外已經(jīng)實現(xiàn)了自動化。這就更加說明了實現(xiàn)螺栓自動安裝的重要意義。通過查閱大量有關(guān)汽車發(fā)動機生產(chǎn)線方面和自動化裝置方面的資料，初步確定了以下兩套裝配方案： 方案1 首先用機械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個四桿結(jié)構(gòu)來完成機械手的上下運動并用一個轉(zhuǎn)軸來完成四桿機構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，最后由動力裝置帶動一個絲杠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)水平面內(nèi)的運動。 方案2 首先用機械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓、液壓傳動或電傳動驅(qū)動傳動機構(gòu)在導(dǎo)軌上來完成機械手的水平和豎直運動。 比較和綜合分析上述兩個方案，機械手抓取螺栓是確定應(yīng)用的。而方案1的四桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運動的穩(wěn)定性比較差不能應(yīng)用，而絲杠傳動由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應(yīng)用，而驅(qū)動初步定為氣壓傳動，因為整個生產(chǎn)線大部分應(yīng)用的是氣壓傳動，用起來比較方便。綜上所述，本著既實用又經(jīng)濟的設(shè)計理念，分別在兩個方案中取其精華，確定了最終的設(shè)計方案為通過絲杠傳動來帶動機械手來完成水平運動，而用氣壓傳動來完成其豎直運動。具體的設(shè)計可以大致分為以下三個部分： 螺栓抓取裝置的設(shè)計 驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計。 整體支架的設(shè)計。 汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置結(jié)構(gòu)見圖3.2所示 圖3.2 連接螺栓自動裝配裝置結(jié)構(gòu)圖 1.整體支架 2.氣缸固定鋼板 3.氣壓缸 4.電動機 5.平衡機構(gòu) 6機械手 7. 機械手固定鋼板 8.定位導(dǎo)柱 9.導(dǎo)軌 3.2 螺栓抓取與安裝裝置的設(shè)計 3.2.1抓取裝置的設(shè)計 要抓取的螺栓為GB/70.1—2000—M10×80的內(nèi)六角圓柱頭螺栓，如圖3.3所示。 圖3.3內(nèi)六角圓柱頭螺栓 螺栓的抓取可以有兩種方法: （1）用機械手來抓取螺栓。 (2)用電磁鐵來吸附螺栓。 對比兩個方案發(fā)現(xiàn)如果用電磁鐵來吸附螺栓，由于發(fā)動機缸蓋在螺栓裝配工序之前已經(jīng)安裝上了控制進、排氣門的閥桿和彈簧。而這兩種零件會對電磁鐵有一個吸引力，這樣就會大大影響螺栓抓去的穩(wěn)定性，如果在生產(chǎn)線上就會造成事故，從而影響工作效率。 綜上所述，選擇（1）方法，用機械手來抓取和安裝螺栓。 根據(jù)螺栓的尺寸來選擇機械手，機械手的型號為SHG—06，由于選擇的機械手不能直接抓取螺栓，必須設(shè)計一個小的鋼質(zhì)構(gòu)件和接受配合使用才能抓取螺栓，機械手 和鋼質(zhì)構(gòu)件配合在一起后尺寸如圖3-4所示。 圖3.4 機械手抓取螺栓示意圖 1氣動機械手 2為螺栓抓取鋼爪 3螺栓 氣動機械手與抓取鋼爪用螺釘連接在一起，當(dāng)裝置抓取閉合時氣動機械手卡抓之間距離為20mm,張開時為22mm. 機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。 機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人?，F(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。 3.2.2 機械手的固定裝置設(shè)計 由于一次是5個機械手同時抓取5個螺栓，所以這就要求5個機械手的同步性，而且機械手位置精度要求也必須非常的高，因為螺栓在安裝通孔的上方位置有一點偏差就會造成螺栓放置不到螺栓孔內(nèi)，從而導(dǎo)致安裝失敗，還有可能使下一步的螺栓安裝檢測設(shè)備受損，所以必須設(shè)計一個固定裝置。 其結(jié)構(gòu)尺寸見圖3.5所示： 圖3.5 機械手固定鋼板示意圖 3.3 螺栓安裝傳動機構(gòu)的設(shè)計 3.3.1傳動機構(gòu)在豎直平面內(nèi)的運動 由于螺栓的抓取、提升和下降、松開可以是同一個行程，而且發(fā)動機缸蓋組裝生產(chǎn)線上大部分用氣壓來完成工作。所以，選擇豎直面內(nèi)的傳動用氣壓傳動。氣壓缸的運動只是在豎直面能保證其運動的位置精度，但是在水平面內(nèi)無法保證位置精度，所以要在安裝氣壓缸的水平鋼板上安裝豎直方向的導(dǎo)向柱，這樣就能夠保證水平平面內(nèi)的位置精度了。 氣壓缸的選擇： 估算氣壓缸所承受的載荷： 由機械設(shè)計手冊選取QGCX—25—100—F1前法蘭型雙作用示氣壓缸，氣缸基本尺寸如下： 缸徑D=25mm 活塞桿直徑d=12mm 氣缸工作壓力P=0.5Mp 氣缸行程S=100mm 引導(dǎo)活塞在其中進行直線往復(fù)運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力 氣缸種類 氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有作往復(fù)直線運動的和作往復(fù)擺動的兩類。作往復(fù)直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。 ①單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。 ②雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。 ③膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復(fù)位。它的密封性能好，但行程短。 ④沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(10～20米/秒)運動的動能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復(fù)擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動運動，擺動角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。 氣缸作用 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動機構(gòu)作直線往復(fù)運動、擺動和旋轉(zhuǎn)運動。 氣缸分類 直線運動往復(fù)運動的氣缸、擺動運動的擺動氣缸、氣爪等。 3.3.2傳動機構(gòu)在水平平面內(nèi)的運動 1、導(dǎo)軌的選擇 導(dǎo)軌(daogui)guide rail:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載， 同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動。 導(dǎo)軌在我們的日常生活中的應(yīng)用也是很普遍的，如滑動門的滑糟、火車的鐵軌等等都是導(dǎo)軌的具體應(yīng)用。還有就是導(dǎo)軌可以用于任何需要帶滑動滑動的機器或設(shè)備上面，如有用于電梯導(dǎo)軌，還有就是窗簾上有時也會用到它。 圖3.6直線導(dǎo)軌? 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化，數(shù)控技術(shù)、機電一體化和工業(yè)機器人在生產(chǎn)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。同時機械傳動機構(gòu)的定位精度、導(dǎo)向精度和進給速度在不斷提高，使傳統(tǒng)的導(dǎo)向機構(gòu)發(fā)生了重大變化。自 1973年開始商品化以來，滾動直線導(dǎo)軌副以其獨有的特性，逐漸取代了傳統(tǒng)的滑動直線導(dǎo)軌，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。適應(yīng)了現(xiàn)今機械對于高精度、高速度、節(jié)約能源以及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的要求，已被廣泛應(yīng)用在各種重型組合加工機床、數(shù)控機床、高精度電火花切割機、磨床、工業(yè)用機器人乃至一般產(chǎn)業(yè)用的機械中。 滾動直線導(dǎo)軌副的性能特點 定位精度高。滾動直線導(dǎo)軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件?？蓪C床定位精度設(shè)定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當(dāng)增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。 磨損小。對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使?jié)L動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易。 適應(yīng)高速運動且大幅降低驅(qū)動功率。采用滾動直線導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，使驅(qū)動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20~30%。 承載能力強。滾動直線導(dǎo)軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力矩和擺動力矩。因此，具有很好的載荷適應(yīng)性。在設(shè)計制造中加以適當(dāng)?shù)念A(yù)加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現(xiàn)象。而滑動導(dǎo)軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負(fù)荷較小，易造成機床運行精度不良。 組裝容易并具互換性。傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌必須對導(dǎo)軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導(dǎo)軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€滾動導(dǎo)軌副，機床即可重新獲得高精度。 如前所述，由于滾珠在導(dǎo)軌與滑塊之間的相對運動為滾動，可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導(dǎo)軌的傳動機構(gòu)遠(yuǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌。 滾動直線導(dǎo)軌副的選用方法。滾動直線導(dǎo)軌副具有承載能力大、接觸剛性高、可靠性高等特點，主要在機床的床身、工作臺導(dǎo)軌和立柱上、下升降導(dǎo)軌上使用。我們在選用時可以根據(jù)負(fù)荷大小，受載荷方向、沖擊和振動大小等情況來選擇。 受力方向。由于滾動直線導(dǎo)軌副的滑塊與導(dǎo)軌上通常有4列圓弧滾道，因此能承受4個方向的負(fù)荷和翻轉(zhuǎn)力矩。導(dǎo)軌承受能力隨滾道中心距增大而加大。 負(fù)荷大小。滾動直線導(dǎo)軌不同規(guī)格有著不同的承載能力，可根據(jù)承受負(fù)荷大小選擇。為使每副滾動直線導(dǎo)軌均有比較理想的使用壽命，可根據(jù)所選廠家提供的近似公式計算額定壽命和額定小時壽命，以便給定合理的維修和更換周期。還要考慮滑塊承受載荷后，每個滑塊滾動阻力的影響，進行滾動阻力的計算，以便確定合理的驅(qū)動力。 預(yù)加負(fù)載的選擇。根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的沖擊、振動情況以及精度要求，選擇合適的預(yù)壓值。 滾動直線導(dǎo)軌副的現(xiàn)狀。目前，國外生產(chǎn)滾動直線導(dǎo)軌副的廠商主要集中在美國、英國、德國及日本等國家。國內(nèi)在滾動直線導(dǎo)軌副的制造方面還處于初始階段，與國外相比，仍有差距，主要表現(xiàn)為：品種少、產(chǎn)量小、使用壽命低，噪音大，加工工藝也不如國外先進。以南京工藝裝備制造廠、廣東凱特精密機械有限公司為代表的國內(nèi)企業(yè)，正在努力縮小這種差距，他們的部分產(chǎn)品已經(jīng)具有國際先進水平。 直線滾動導(dǎo)軌副的發(fā)展趨勢。滾動直線導(dǎo)軌副的新類型、新功能目前在不斷涌現(xiàn)，并正在向組合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向發(fā)展。 用滾珠保持的滾動直線導(dǎo)軌副。THK公司采用滾珠保持架與滾珠構(gòu)成一體，保持滾珠平穩(wěn)的進行循環(huán)運動，消除了滾珠間的相互摩擦，開發(fā)了噪聲低、免維修、壽命長、速度可達(dá)300m/min的超高速直線運動的SSR導(dǎo)軌副，并已開始推廣。該導(dǎo)軌副實現(xiàn)了100m/min 運動速度下噪聲小于50dB，摩擦波動幅度減少到以往產(chǎn)品的1/5。另外，通過了一次加油脂2cm3，運行2800km 的試驗。今后帶滾珠保持架的直線運動導(dǎo)軌副將逐漸成為高檔數(shù)控機床選用的主流。 直線電動機和直線導(dǎo)軌并用。采用一體化直線電動機的滑臺系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行中動力大的特點。同時滑臺系統(tǒng)的定位精度也有所提高。SKF直線系統(tǒng)有限公司與Pratec直線電動機制造廠進行合作，并于1996年已開始推廣一體化的直線電動機滑臺系統(tǒng)產(chǎn)品。 HIWIN智慧型PG系列直線導(dǎo)軌。PG系列整合線性滑軌及編碼器于一體，大幅增加空間效益。 兼具線性滑軌高剛性及磁性編碼器高精度之優(yōu)點。 內(nèi)藏式尺身及感應(yīng)讀頭，不易受外力破壞。 訊號感應(yīng)屬非接觸性，產(chǎn)品壽命長。 可做長距離之量測 (磁性尺身部份可達(dá)30m)。 量測特性，不因含油、水、粉塵及切削屑之惡劣工作環(huán)境而改變；另對震動、噪音及高溫之環(huán)境亦可勝任。 分辨率佳。 安裝容易。 混合工作臺。日本研制了一種新型的滾動直線導(dǎo)軌副工作臺，它具有一套滑動電磁塊裝置，可在定位加工時吸到導(dǎo)軌上以增加摩擦力，從而提高了系統(tǒng)的抗振性能，所以它又稱為混合工作臺(hybrid table system)。 新材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副。由于用戶要求的多樣化及使用環(huán)境的不同，出現(xiàn)了用新材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副。例如，采用不銹鋼制作的產(chǎn)品，其導(dǎo)軌軸、滑塊、鋼球、密封端和保持器均采用不銹鋼材料制作，而反向器采用合成樹脂，故耐腐蝕性提高。對于要求高溫和真空用途時，反向器可以采用不銹鋼材。此外，用陶瓷材料制造的滾動直線導(dǎo)軌副將會得到開發(fā)應(yīng)用。 目前，在惡劣環(huán)境即高粉塵濃度、強酸、強堿和高腐蝕場合使用直線導(dǎo)軌還有一定的局限性。但隨著直線導(dǎo)軌技術(shù)的日益完善，以及直線導(dǎo)軌具有高速性與控制性等諸多突出的優(yōu)點，以及豐富的類型和功能，可以預(yù)期，此機構(gòu)作為一個功能部件將越來越多地用在數(shù)控機床等機械設(shè)備上。 首先應(yīng)該確定螺栓安裝機構(gòu)在水平面內(nèi)運動所需的導(dǎo)軌，這里根據(jù)估算壓在導(dǎo)軌上整個機構(gòu)的重量，由此來選擇導(dǎo)軌。 圖3.6 導(dǎo)軌示意圖 由機械設(shè)計手冊查得導(dǎo)軌的型號為RSR 20N，其結(jié)構(gòu)及尺寸見圖3.6，表3-1所示。 表3-1 導(dǎo)軌尺寸 型號 M W L K W W M F d1×d2×h RSR20N 25 46 66.5 17.5 13 15 60 2、水平傳動機構(gòu)的設(shè)計 選擇一個傳動機構(gòu)來推動螺栓安裝機構(gòu)在導(dǎo)軌上的往復(fù)運動，這里有幾種傳動方案： 1氣壓傳動 2電傳動 3液壓傳動 由于缸蓋的螺栓安裝分兩次進行，也就是有兩個不同的行程，如果用氣壓傳動的話就需用兩個氣壓缸，那樣的話就涉及到兩個氣壓缸的轉(zhuǎn)換使用問題，機構(gòu)就會很復(fù)雜；電傳動用一個電動機帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，使螺旋運動變?yōu)橹本€運動推動螺栓安裝機構(gòu)在導(dǎo)軌上運動，可以任意改變行程，不存在氣壓缸的行程固定問題；而以液壓傳動比較不適合這套發(fā)動機生產(chǎn)線，因為它基本都用氣壓傳動，并且液壓傳動也存在預(yù)期氣壓傳動一樣的行程問題。綜上所述，采用電傳動。 滾珠絲杠的選擇 根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇：DKH4023—3如下圖3.7所示。 圖3.7 滾珠絲杠 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點 　　常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。 （1）外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。??常用外循環(huán)方式(a)端蓋式；（b）插管式；（c）螺旋槽式,所示是端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進入回程管，形成循環(huán)。插管式，它用彎管作為返回管道，這種結(jié)構(gòu)工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。 （2）內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠。內(nèi)循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型。圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1定位，以保證對準(zhǔn)螺紋滾道方向。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽3，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 1、與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度、濕度進行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3、微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 4、無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。 5、高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。精度公差:P5 .P7 電動機的選擇 初步確定螺栓安裝裝置的最大水平行程為1000mm，時間為2s。 則運動速度： V=10002=500m/s （3.1） 絲杠轉(zhuǎn)速： n=vl=50020=25r/s=1500r/min （3.2） 式中：l—滾珠絲杠的導(dǎo)程，mm； 參數(shù)計算： ⑴外部載荷的轉(zhuǎn)矩 外部載荷m=21Kg （3.3） （3.4） 式中：Fa—外部荷重，Kg； —效率； 速比—A=1； 鋼對鋼的動摩擦系數(shù)—μ=0.1； ⑵轉(zhuǎn)矩 S=1.97×10-3Kg/m2 （3.5） =ml2π2×A2×10-6+S×A2 =2.168×10-3Kg/m2 （3.6） 式中： —絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ； —載荷的轉(zhuǎn)動慣量 角加速度： （3.7） （3.8） —電動機的固有轉(zhuǎn)動慣量 加速時： （3.9） 勻速時： （3.10） 減速時： （3.11） 由 （3.12） 式中：—功率，； —轉(zhuǎn)速，； —實際轉(zhuǎn)矩，； 根據(jù)計算得功率和初步確定的同步轉(zhuǎn)速由機械設(shè)計手冊查得： Y系列三項異步電動型號為 Y801—4，見表3-2。 表3-2電動機參數(shù)表 型號 額定功率/kW 轉(zhuǎn) 速/(r/min) 功率因數(shù)cos 額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 凈 重 /kg Y801-4 0.55 1390 0.76 2.2 0.0021 17 軸承的選擇 滾珠絲杠工作時要采用一端為固定端、另一端為自由端，所以選擇采用一個 深溝球軸承放在自由端，一對角接觸球軸承放在固定端。 由機械設(shè)計手冊查得；深溝球軸承代號 6306，角接觸球軸承代號7206C，見表3-3。 表3-3 軸承參數(shù)表 新軸承代號 外形尺寸/mm 安裝尺寸/mm d D B d D a r r d D r 7306C 30 72 19 44.6 59.4 15 1.1 0.6 37 65 1 6306 30 72 19 44.8 59.2 1.1 37 65 1 聯(lián)軸器的選擇 電動機和滾珠絲杠之間要保證作同步回轉(zhuǎn)運動必須緊密地聯(lián)在一起，這就需要 聯(lián)軸器的作用才能我完成同步回轉(zhuǎn)運動。 根據(jù)傳動要求由機械設(shè)計手冊選得：GⅡcL1型鼓型齒示聯(lián)軸器 3.4整體支架的設(shè)計 本設(shè)計的目的是螺栓的裝配，即把M10×90的內(nèi)六角圓柱頭螺栓放入內(nèi)徑是11mm的孔中，這就對安裝機構(gòu)的位置精度非常高，也就是說對固定安裝機構(gòu)的支架有很高的要求，支架不僅要有較高的穩(wěn)定性還應(yīng)有較高的精確性，有兩種支架可以選擇，即四角鋼柱式支架及懸臂梁式支架。 圖3.8四角鋼柱式支架與懸臂梁式支架 經(jīng)過分析可知，懸臂梁式支架具有節(jié)省材料，經(jīng)濟；占用空間較小；自重較輕；便于移動等特點，但對支架的材料要求較高，穩(wěn)定性和精確性相對較低。而四角鋼柱式支架占用空間較大，重量較大，笨重不便于移動，但它的穩(wěn)定性和精度較高。 由于本設(shè)計的要求較高的穩(wěn)定性和精度，所以選擇四角鋼柱式支架作為螺栓自動裝配裝置的整體支架，支架的材料為45號鋼。上下鋼板厚為40mm，支柱直徑為50mm。 由于整個檢查機構(gòu)的重量都要作用與支架的上鋼板，所以上鋼板會有一個微小的變形，于是需要計算上鋼板的撓度是否影響機構(gòu)的工作，但是由于設(shè)計的螺栓抓取機構(gòu)、固定機構(gòu)、氣缸、導(dǎo)柱及氣缸固定鋼板的重量相對于上鋼板的厚度比較小，所以說上鋼板的撓度非常微小，而且上鋼板兩邊固定的導(dǎo)軌還對鋼板起到加強筋的作用，使得鋼板的變形更加微乎極微，不會對整個螺栓安裝裝置的工作帶來影響，所以不用計算撓度，四角鋼柱式支架可以使用。 3.5平衡裝置的設(shè)計 整個螺栓自動安裝裝置在工作過程中最根本的要求是高度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，因此 需要有一個平衡機構(gòu)來消除外界環(huán)境因素對支架的穩(wěn)定性和精度的影響。具體結(jié)構(gòu)見如圖3-9所示： 圖3.9平衡裝置示意圖 圖中1為帶凸臺的柱體，將1的下段完全嵌入3中，1與3之間為緊配合，然后再焊接使其固定。圖中2 為M20的螺母，作用是調(diào)節(jié)平衡。圖中4為鑲嵌的塑料塊，將與地面接觸。 該機構(gòu)安裝在支架的底部，每個支柱下用兩個機構(gòu)對稱支撐，用來起到平衡的作用，使支架不會因地面的平整程度影響螺栓安裝裝置的工作，因此平衡裝置的應(yīng)用使整個裝置對外界環(huán)境的要求降低了很多，能夠更加廣泛的被應(yīng)用。  結(jié) 論