下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 目 錄 第一章 引言 . 1 1.1 課題的來源、意義 . 1 1.1.1課題的來源 . 2 1.1.2 課題的意義 . 2 第二章 總體方案設計 . 3 2.1 機油冷卻器自動裝配線的設計要求 . 3 2.2 裝配方案設計 . 3 2.2.1 裝配工藝分析與確定 . 3 2.2.2 裝配線傳送方案的比較與確定 . 4 2.3 總體方案的確定 . 5 第三章 壓緊工位裝備設計 . 8 3.1 機油冷卻器定位方案的比較與確定 . 8 3.2 機油冷卻器夾緊方案的比較與確定 . 9 3.3 抽頭的設計 .12 3.4 壓力機的設計 .13 3.4.1 方案設計 . 13 3.4.2 氣缸的選擇與設計 . 13 3.4.2.1 壓緊氣缸的選擇與設計 . 13 3.4.2.2 抽頭氣缸的選擇與設計 . 17 3.4.2.3 旋轉氣缸的選擇 . 18 3.4.3 壓緊工位支架的設計 . 19 3.4.4 壓力機壓頭的設計 . 20 3.4.4.1 懸臂壓桿的設計 . 20 3.4.4.2 擺動支架的設計 . 22 3.4.4.3 轉塊的設計 . 23 3.4.4.4 壓塊的設計 . 24 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 3.4.5 導套的設計 . 24 3.4.5.1 抽頭導套的設計 . 24 3.4.5.2 導桿導套的設計 . 25 3.4.6 氣缸連接件的選用 . 25 3.4.7 夾緊工位結構的確定 26 第四章 總 結 . 27 致 謝 . 28 參考文獻 . 29 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 摘 要 汽車發動機在高速旋轉下發熱量很大，尤其是大功率發動機，在高溫下對汽車發動機潤滑系統的可靠性要求比較高。而機油冷卻器可以保持發動機工作狀態下可靠的潤滑。提高其工 作可靠性和壽命，降低發動機本體的制造精度，對于車載發動機來說是必不可少的配套裝置。隨著我國現代化進程的加快，汽車工業的迅猛發展，機油冷卻器市場中的需求越來越大，圓盤機油冷卻器由于其結構及性能的優勢，更是需求加大。 機油冷卻器的裝配工藝過程是其制造過程中非常重要的環節，裝配質量的好壞直接影響機油冷卻器的密封性能。可是，由于機油冷卻器的結構特點限制，長期以來，在國內外這一工藝過程一直靠人手工操作，效率低，工作勞動強度大，且 裝配質量過多地受到人為因素的影響， 致使機油冷卻器質量的穩定性和可靠性不高。隨著企業用戶需求 量的增加，揚州通洋機油冷卻器有限公司準備建造一條針對不銹鋼圓盤式機油冷卻器的自動裝配線。基于機油冷卻器的結構特點限制，采用完全的自動裝配是不現實的。因此在原來的手工裝配線，開發一條半自動裝配線符合該廠目前的實際情況。這既可以提高機油冷卻器的裝配質量，又可以節約大量成本。 自動裝配線由機械系統（包括裝配輸送線、裝配機械手、定位裝置 、壓緊設備等）、氣壓系統、電氣系統和 PLC 控制系統等部分組成 . 無疑它將是機、電、氣一體化的產品。 關鍵詞：機油冷卻器，自動化裝配線，壓力機。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 Abstract Automobile engine in high-speed rotary would get heat. Under the high temperature, a cars engine lubrication systems reliability requirements are relatively 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 high, especially with high-power engine. And the oil cooler can maintain engine under reliable lubrication in work, improving their reliability and life expectancy, lowering precision of engine manufacturing. It is an essential supporting device for the truck engine. With the acceleration of the process of modernization and the rapid development of the auto industry, the demand of oil cooler market increases quickly, especially for disk-oil coolers, because of its advantages of structure and properties. Oil cooler assembly process is a very important part in the manufacturing process. The assembly quality will do a direct impact on the oil cooler sealing performance. However, as the restrictions of the oil cooler of the structure, for a long time, the assembly process has relied on hand not only at home but also abroad. It is inefficient, labor-intensive. And assembly quality is mainly due to artificially ,this made the stability and reliability of oil cooler is not high. An automatic assembling line for stainless steel flat-fin oil cooler has been planed to set up at Yangzhou Tongyang Oil Cooler Co., Ltd. However, due to its structure feature, its not realistic to set up the fully equipped automatic assembly line of oil cooler. So based on the original manual assembling line, building semiautomatic assembly line is a ideal method which accord with real situation with the this firm at present. It can not only improve the assembling quality of oil cooler, but also save a lot of money. Automatic assembly line combines mechanical systems (including assembly line, assembly manipulator, positioning devices, compaction equipment, etc.), pressure systems, electrical systems and PLC control system. Obviously it is a composite product including machine, electricity, gas driving etc. Keywords : oil cooler, automated assembly lines, press machine . 第一章 引 言 隨著汽車工業的發展，發動機的轉速和功率不斷提高，熱負荷也越來越大，下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 對發動機潤滑系統的可靠性提出了更高的要求。而機油的溫度是影響可靠性最主要的因素之一。機油溫度過高，其粘度和穩定性顯著下降，氧化變質加劇，機油的壓力偏低，潤滑性能顯著下降，這容易造成燒瓦軸、燒曲軸、缸套拉傷等故障。因此，為控制發動機機油的溫度，保證各部件可靠而有效的潤滑，當機油的溫度超過一定值時，就應該使用一定的裝置使其降低到合理的范圍，機油冷卻器就是用來對發動機潤滑用機油進行冷卻的裝置，它可以保持發動機工作狀態下可靠的潤滑，降低發 動機零部件的磨損，提高其工作可靠性和壽命，同時由于潤滑性能得到保證，也就間接地降低了發動機本體的制造精度，所以機油冷卻器對車載發動機來說是必不可少的配套裝置。目前，圓盤式機油冷卻器由于其結構緊湊、冷卻效果好得到廣泛應用，市場需求不斷增加，預計今年揚州通洋機油冷卻器有限公司產量將達到 40 萬件。 冷卻器中有一個芯子總成，它由多層空心圓盤狀散熱片組成，各層之間有一層水隔板，他們交替地堆疊起來并通過釬焊焊接在一起。芯子總成與冷卻器下殼之間也是以釬焊實現連接與密封的。各層散熱片的空心部分由兩根上下串通的孔道相連，一個 圓孔，一個方孔，分別作為進、出油孔，機油通過這兩根管道在芯子總成內部流動，而水在芯子總成與冷卻器外殼之間的空腔循環。二者是完全隔開的，這樣就實現了機油和水的熱交換。 1.1課題的來源、意義 1.1.1 課題的來源 本課題是揚州通洋機油冷卻器廠的委托項目。該廠現有采用的是人工裝配。在芯子總成裝配中，工人僅用一面一孔定位（套筒固定散熱片中心孔），周向定位完全是靠人工調整，最后用長銷，利用散熱片的圓孔矯正定位。然后再由另外一名工人拿到壓力機上，加壓塊和螺母（機油冷卻器的中心孔內插有一底部聯結一圓盤的長銷，長銷的另一 端加工有螺紋，墊入一塊壓塊后，旋入螺母），按動氣動按鈕對機油冷卻器進行預緊，然后手工拔除長銷，再加壓保壓，手工旋緊螺母，最后通過按鈕松開冷卻器。可以看出整個裝配過程顯得很復雜，而且都離不開人的應變性，智能性。 基于市場的需求，要擴大生產規模，因此揚州通洋機油冷卻器廠委托李益民老師設計一套自動裝配線，來提高生產率，降低生產成本，保證產品質量，減輕工人的勞動強度。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 1.1.2 課題的意義 本項目的創新之處在于采用機電氣一體化的自動化技術來解決 制約機油冷卻器產品質量和產量提高的裝配工藝的瓶頸，實現由人工裝配向自 動化裝配的轉變。目前 機油冷卻器自動裝配線 的研制開發在國內同類型生產企業尚屬首次。 隨著我國現代化進程的加快，汽車工業得到了迅猛的發展，揚州市的汽車工業已成為揚州多個優勢產業中的一個， 我市 的水箱、油箱、活塞環等在業內具有一定優勢， 目前 揚州 正努力 成為全國乃至世界的汽車零部件基地。 而機油冷卻器可以保持發動機工作狀態下可靠的潤滑。提高其工作可靠性和壽命，降低發動機本體的制造精度，對于車載發動機來說是必不可少的配套裝置。圓盤機油冷卻器由于其結構及性能的優勢，在機油冷卻器市場中的需求越來越大。 通過本項目的研制開發，促 進圓盤機油冷卻器產品制造企業的制造裝備的技術進步，降低產品的制造成本，保證產品的裝配質量，提高產品的裝配工作效率從而提高產品的質量和生產率。以適應企業擴大生產規模，及時應對國內外客戶的訂貨需求。因此本項目的實施對企業的發展、技術進步及創造良好的經濟效益與社會效益都具有十分重要的意義，同時也對 揚州 努力 成為全國乃至世界的汽車零部件基地 起到推動作用。 第二章 總體方案設計 2.1 機油冷卻器自動裝配線的設計要求 廠方要求裝配線的總長不超過 5米，裝配線要達到單班（ 8小時）日產 1200下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 件以上。 完 成單件裝配平均耗時 : 8 3 6 0 0 2 4 ( )1200t S S 因此裝配線的任何工位耗時都不得超過 24 秒。這就要求本設計要達到緊湊的結構和較高的裝配效率的統一，在設計中，我們要充分地考慮裝配質量、效率和成本。 2.2 裝配方案設計 2.2.1 裝配工藝分析與確定 本課題的難點在于產品結構比較復雜（詳見圖 2-1 機油冷卻器爆炸圖），機油冷卻器的自動化裝配，由于受其組成零件的不同類型及形狀限制，很難實現其全部零件的全部自動化裝配。由圖可知裝配過程中大量重復性動作主要集中在水隔板焊片（銅片）、水隔板、散熱 片的交替裝配上。在本設計開始之前，芯子總成的手工裝配效率很低，主要是由于散熱片、水隔板、以及銅片的數量比較多（分別為 11、 12 和 24片），每層裝配都要保證位置精確，并且不能裝錯數量和順序，否則產品會不合格。這是多次的重復勞動，耗時很大。因此該工位可以通過機械手交替裝配實現自動化。上下蓋和上下外殼的裝配量很小（各為 1 片），而且結構不利于機械手的抓取，因此采用人工裝配。 水隔板焊片（銅片）、水隔板、散熱片的交替裝配在實現自動化裝配的時候要考慮到如何更好的實現機械手的抓取。因為銅片面積小，中間多孔，無法用真空吸盤 抓取；又因為 銅片很薄，質量輕，不易于磁吸盤分料抓取。所以我們在設計前打算對 水隔板 結構進行適應性改造，取消了水隔板與散熱片之間的 24 層銅片釬料，采用 復合材料（水隔板兩面鍍銅），或用事先由另外一個工序將水隔板 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 2-1 機油冷卻器爆炸示意圖 和兩面銅片焊合的水隔片總成取而代之。這樣就可實現對水隔片總成和散熱片的機械手自動裝配。又考慮到每個工位不得超過 24 秒，而裝配零件數又很多，我們決定把機械裝配工位設計為兩個機械手工步，以達到減少工時的目的。 水隔片總成和散熱片都為薄片 形狀零件，其自動裝配通過機械手動作實現。由于水隔片總成零件表面積不大，故考慮采用磁盤式機械手裝配；而對于散熱片零件，其表面積較大，可采用吸盤式機械手裝配。這兩個零件的裝配順序通過可編程控制器來控制。 在機油冷卻器裝配完成主要所有零件的裝配后，需要對機油冷卻器進行壓緊，然后再夾緊，完成零件的最后裝配。 現有的人工裝配時該工序是通過螺旋夾緊，即把機油冷卻器通過中心孔套在一個中間插有長銷（長銷的另一端加工有螺紋）的底座上，墊入一塊壓塊后，按下氣動壓頭開關，在壓頭壓緊冷卻器時手工旋入螺母進行夾緊。現在自動化裝配線上 ，為了有利于實現裝配自動化，節約裝配時間，以及保證裝配的可靠性和穩定性，我們通過壓力機來實現機油冷卻器的自動壓力夾緊。 2.2.2 裝配線傳送方案的比較與確定 ： 按照自動裝配的要求，裝配機（線）的結構可設計為圓盤回轉式、直進式和下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 矩形環轉式。 方案一：回轉式結構較簡單，定位精度易于保證，裝配工位少，適用于裝配零件數量少的中小型部件和產品，基礎件可連續傳送或間歇傳送。但是在本裝配中，我們還有兩個手工工位，它不宜與手動裝配一起組合裝配。且占地面積較大，也不可駐料工作，工時較長。可行性差。 方案二：直進式，直進式包括 非同步直進式和同步直進式。非同步直進式裝配工位數不受限制，調整較靈活，基礎件間歇傳送。適用于自由節拍、裝配工序復雜、手工裝配與自動裝配相組合的裝配線上。同步直進式的每個工位的生產節拍是同步的，相對自由性較小。本案例要用隨行夾具定位，并且解決隨行夾具的返回裝置。這里隨行夾具在壓緊工位的卸與之后的自動上裝是難點較大的設計。可行。 方案三：矩形環轉式，擁有直進式的優點，占地面積大，可以兩組裝配線同時工作，節省工時。并且無需設計隨行夾具的返回裝置，只要一個換向裝置。可行。 廠方要求占地面積較小，生產線不得超 過 5 米，基于廠方的意見與分析我們采用同步直進式裝配線。 2.3 總體方案的確定 結合以上對機油冷卻器的裝配工藝的分析，機油冷卻器自動裝配線的裝配工序和裝配方法為： 圖 2-2 裝配線流程圖 第一工位：這一工位是在隨行夾具到位后人工放上底座、下蓋、下盒以及銅焊絲，并可能在底座和下蓋間放上一張石棉紙，以防止入爐焊接過程中夾具體損傷下蓋表面。 第二工位：這一工位使用兩個機械手裝配散熱片和水隔片總成。其中散熱片用吸盤式，水隔板用電磁式機械手。二者交替動作，進行芯子總成的裝配。 第三工位：手工裝配上殼、上蓋以及焊片， 并放上石棉紙和壓塊。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 第四工位：壓力機自動壓緊裝配好的工件，并夾緊。最后壓頭復位，工件由工人取下。隨行夾具也由一個氣缸推離抽頭，等待回送到裝配線起點，以再次利用。 機油冷卻器自動裝配線的總體布局，及自動裝配線的運動循環圖如下： 圖 2-3 機油冷卻器自動裝配線的總體布局圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 2-4 自動裝配線的運動循環圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 第三章 壓緊工位裝備設計 3.1 機油冷卻器定位方案的比較與確定 機油冷卻器外形如圖 3-1 所示： 圖 3-1 機油冷卻器外形 手工裝配中，先用兩個定位孔進行周向定位，裝配下蓋、銅片、下殼及三四層的水隔片和散熱片。在有一定高度時在進油口插入一根長銷，底座的中心軸上套上套筒采用中心孔和進油孔定位，裝配以上的水隔片和散熱片上殼體與上蓋。可以看出其自動化定位程度低，不易于實現自動化裝配。為了實現裝配自動化，整個產品所有零件的裝配都應盡量采用統一的定位基準。小組考慮的定位方案有： 方案一：采用中心孔和進油孔定位 中心孔是通的，直接由底座（帶長銷）定位，但是由于下蓋在進油孔位置不通，只能在芯子裝配一定高度再加入長銷 定位，這樣前面的芯子就沒有被定位到。不可行。 方案二：采用中心孔和出油方孔定位（兩者上下都是通的）。設計一個帶柱銷和方銷的夾具，由于上蓋的方孔比其它的方孔都小，所以方銷尺寸應該以冷卻器壓緊時方孔的高度來設計，上蓋以上位置的方銷小于方蓋以下。問題是位置定了之后，當壓緊時，只要當壓過設定高度，就會造成對方銷的壓損。改造：以上蓋方孔的大小設計上下同粗的方銷，但這樣由于太薄，銷的周向定位削落了。可行性弱。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 方案三：采用兩個小孔定位（原來不通的，將其做成上下貫通的通孔，不影響產品的任何性能），但是由于定位銷過于細長， 裝配中這定位銷的導向部分會太細，剛度和強度會較弱。鑒于兩小孔在冷卻器的工作中不起任何作用 ,可對其結構適當修改加粗。可行性強。 經過小組對其裝配工藝反復討論后，決定用這兩個圓柱銷所在位置的兩個小孔定位。經廠方同意，將小孔直徑由原來的毫米擴大到毫米，這樣改進后用其定位的可行性大大提高。與之對應的兩個定位銷直接裝配在隨行夾具上（隨行夾具請看李紅兵的設計），這樣就實現了裝配線的自動定位。 圖 3-2 隨行夾具 3.2 機油冷卻器夾緊方案的比較與確定 現有的手工裝配中，采用的六角螺母和螺栓夾緊，用氣缸驅動壓 緊，壓力機（工作壓強約在 0.25 MPa）壓緊殼體后，擰緊六角螺母之前需要用鉗子將套筒和長銷拔出，以保證手工擰緊螺栓時的空間，操作上費時又費力，這在自動裝配過程很難實現。自動化裝配線上，為了有利于實現裝配自動化，節約裝配時間，以及保證裝配的可靠性和穩定性，我們需要對先前的定位（上面已經闡述）及夾緊機構進行優化設計。 方案一：螺栓式夾緊 由于定位方案中取消了套筒，只要在上個手工工位裝配上壓塊和螺母。問題是對于螺母的自動旋緊難度較大，它需要配有自動扳手才能實現裝配自動化。可行性較差。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-3 螺栓式夾緊 方案二：采用楔塊自鎖 斜面角度取 4-5 度，夾緊后可靠自鎖實現夾緊。壓緊工件后工人稍稍用力把楔塊推入夾緊桿的楔形槽即可實現冷卻器的夾緊。工人的操作時間減少，但是，這種方案仍用了壓塊和楔塊兩個裝置，且需要人機共同作業，沒有實現完全的自動化。不是最佳方案。 圖 3-4 楔塊夾緊 方案三：具有棱柱止動桿的單向機構 在壓塊的周向設計由彈簧和止動塊，在夾具桿上的壓緊高度段上設計一段棱柱齒，這樣，壓塊能向下運動反向不能。下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 但是，該壓塊的加 工相對較復雜，對于大批量的生產經濟性較查差，方案可行性差。 方案四：螺旋槽夾緊 在夾緊桿上面設計道矩形的 L 型螺旋槽，其一段是直槽，末端是 4-5 度的螺旋槽。在壓塊的下端面處設計一個卡齒，壓塊沿著螺旋槽先向下直線運動，再旋轉卡住螺旋槽，從而夾緊。該壓塊可通過鑄造成型，但鑄造成型的零件工藝性較差。壓塊如圖 3-5 圖 3-5 壓塊 方案五：方案四的改進。為解決鑄造壓塊的工藝性問題，可在壓塊上面開對稱孔，孔內安裝銷，以起到卡齒的作用。可行性好。 圖 3-6 螺旋槽夾緊 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 經過比較最終采用方案五 螺旋 槽夾緊。如圖 3-6 所示，在夾緊桿上面巧妙地設計了一道矩形螺旋槽，其一段是直槽，螺旋角取 4-5 度，螺距 4mm。在壓塊上面安裝了一根銷，直徑為 6mm，在壓力機工位的前一工位，由工人裝配上蓋等零件的同時把壓塊放上去，使銷恰好放在直槽內，這時銷與螺旋槽起點還有一定的距離，當壓力機壓頭把冷卻器上蓋壓下時，銷隨壓塊在重力的作用下自動落到螺旋槽的起點處，這時利用一個擺動氣缸將壓塊轉動一個角度，銷帶動壓塊隨螺旋槽下移，從而將機油冷卻器夾緊。這種方法取消了套筒，只用一個簡單的壓塊就實現了冷卻器的完全自動夾緊。 3.3 抽頭的設 計 如圖所示，在壓塊轉動以前，定位銷頂端有一部分露在外面，顯然會妨礙壓塊的轉動，為此需要先將定位銷（隨行夾具）拔除，然后再夾緊。抽銷的動作采用氣缸驅動。這一部分關鍵是抽桿和導軌的設計。 我采用 T 形槽結構，及從隨行夾具的一端開個 T 形槽（不通，在另一端留有 10mm 的厚度，并且開口端與裝配線的流線方向一致。）；相對 T 形槽的形狀設計一個抽頭；同時在冷卻器壓緊工位處的導軌為了讓隨行夾具從下抽出，導軌在寬度上要向外闊出，大于隨行夾具的寬度。同時導軌的臺面也要上升，上升到底座的高度（底座的直徑要大于隨行夾具的寬度）來做底 座的支撐臺面，好進行壓緊與夾緊。 抽頭設置在 T 形槽同一高度，隨著工件輸送到位，隨行夾具已經套入抽頭，然后氣缸驅動將銷隨隨行夾具一起拔出。如圖 3-7： 圖 3-7 抽桿示意圖 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 3.4 壓力機的設計 3.4.1 方案設計 前面闡述了機油冷卻器在整條線上的定位問題，以及最后壓力機工位的夾緊方案，在此基礎上，我們才得到了壓力機的總體設計方案。如圖所示 ,壓力氣缸驅動懸臂壓桿先將裝配完所有零件的機油冷卻器壓緊，隨后另一氣缸驅動抽桿將定位銷隨隨行夾具拔除，然后一個擺動氣缸驅動一個裝了撥銷的轉塊，撥銷帶動壓塊旋轉一個角 度，將工件夾緊。最后懸臂壓桿臺回擺動氣缸轉回。 如圖 3-8所示。 圖 3-8 壓緊方案示意 3.4.2 氣缸的選擇與設計 3.4.2.1 壓緊氣缸的選擇與設計 （ 1）氣缸的布置位置：氣缸的布置位置大體上有以下兩種，如圖 3-9 所示。 圖 3-9 汽缸布置示意 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 第一種布置形式是正對懸掛式，氣缸的活塞桿不受徑向力，對導向裝置的要求比較低；但是活塞桿受壓力，輸出力比較大時需要進行穩定性驗算；氣缸采用腳架式安裝，需要制造很高的支架；安裝螺栓 受剪力；壓頭與活塞桿正對機油冷卻器，由于機油冷卻器的結構特點，這種結構會妨礙擺動氣缸的安裝。因此不予采用。 第二種布置形勢是旁置落地式，氣缸安裝位置很低，低于導軌面，采用圖示后置法蘭式安裝，雖然要求懸臂壓桿有很高的剛度和強度，氣缸法蘭處螺栓和地腳螺栓會受較大的拉力，活塞桿導套會受很大的徑向力，但是如果采用較大的地腳螺栓，在壓下位置讓導套盡量靠近懸臂壓桿，這種力是可以降低到可接受的程度的；由于不需要很高的支架；活塞桿受拉，不存在穩定性問題；落地式安裝穩固；壓塊活動空間很大；這些都是明顯優于前者的，所以決定采用 這種布置方案。（ 2）缸徑的選擇 根據工作機構所需力的大小，考慮氣缸載荷率確定活塞桿上的推力和拉力，從而確定氣缸內徑。 氣缸由于其工作壓力較小（ 0.4 0.6MPa），其輸出力不會很大，一般在10000N（不超過 20000N）左右，輸出力過大其體積（直徑）會太大 。通洋機油冷卻器廠目前這類產品的人工裝配線所用的氣缸缸徑為 250mm，極限輸出力為5t（工作壓力為 1.0MPa 時），據車間的技術員介紹機油冷卻器的壓緊需要 1 噸左右的力。據我們現場所見，平時作業中工作壓力為 0.2MPa，工人師傅根據經驗適當地增加，但很 少超過 0.3MPa，我想這主要是根據廠里氣壓站提供的氣源壓力設定的，該廠的氣源壓力本來就比較低。廠里的氣源壓力如果很高，使壓力機工作在 0.4MPa 以上，那么氣缸的直徑還可以進一步減小。但是由于氣壓站氣源壓力不高，經過減壓閥以及各級管路損失，該廠壓力機工作在 0.2MPa 比較適宜，因此我的計算仍采用這一參數選擇氣缸直徑。 氣缸在 0.2MPa 工作時，不考慮效率因素所能提供的壓緊力為 24F D FS PP 即 求得： 64 4 9 8 0 0 2 4 9 . 80 . 2 1 0FD m mP 可見，選擇原 缸徑 D=250mm 時比較理想的，只要保持在 0.2MPa 以上的工作壓力，就可以保證 1t 的壓緊力，并且壓縮空氣的利用率比較高。因此，壓緊下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 氣缸缸徑選擇 250mm。 （ 3） 氣缸行程 氣缸（活塞）行程與其使用場合及工作機構的行程比有關。多數情況下不應使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用來夾緊 的 機構，為保證夾緊效果，必須按計算行程多加 10 20mm的行程余量。 在本設計中，壓緊氣缸的行程主要需要考慮兩個問題： 行程太長，會造成壓力機高度尺寸過大，與導軌的高度不協調，與壓頭導柱相配合的導套高度相應增加，其剛度難以保證， 因此導套乃至整個氣缸支架的受力條件都會惡化，這就間接的需要增加其結構尺寸；并且，壓頭導柱過長，也會影響其剛度和裝配效率。 行程過短，不利于從導軌面上將機油冷卻器的零件或者連同其隨行的夾緊桿，抽頭方塊等一起取出，也不利于在線檢查和維修時（如機器調試檢查或中途出現故障時）的操作。為此根據卸取物品人通常所需的空間，我們小組三人通過統計與協商，最后確定壓緊氣缸的行程為 200mm。并且壓頭底端行程下限在壓緊時也留有適當的余量，以適應將來可能裝配其他高度尺寸比較小的冷卻器產品（如 6 片式）的要求。具體尺寸見裝配圖。 （ 4） 安裝形式的選擇 安裝形式由安裝位置、使用目的等因素決定。在一般場合下，多用固定式安裝方式：軸向支座（ MS1 式）前法蘭（ MF1 式）、后法蘭（ MF2 式）等；在要求活塞直線往復運動的同時又要缸體作較大圓弧擺動時，可選用尾部耳軸（ MP4或 MP2 式）和中間軸銷（ MT4 式）等安裝方式；如需要在回轉中輸出直線往復運動，可采用回轉氣缸。有特殊要求時，可選用特殊氣缸。 具體的安裝形式及其特點見表 3-1。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 表 3-1 氣缸的安裝形式 分 類 簡 圖 說 明 固 定 式 氣 缸 支座式 軸向支座 MS1式 軸向支座，支座上承受力矩，氣缸直徑越大，力矩越大 切向支座式 法蘭式 前法蘭 MF1 式 前法蘭緊固，安裝螺釘受拉力較大 后法蘭 MF2 式 后法蘭緊固，安裝螺釘受拉力較小 自配法蘭式 法蘭由使用單位視安裝條件現配 軸 銷 式 氣 缸 尾部軸銷式 單耳軸銷 MP4式 氣缸可繞尾軸擺動 雙耳軸銷 MP2式 頭部軸銷式 氣缸可繞頭部軸擺動 中間軸銷 MT4 式 氣缸可繞中間軸擺動 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 根據上面對氣缸布置位置的分析可知，采用后法蘭式安裝是最好的選擇，這種安裝，螺栓的安裝位置最低，最可靠穩固 ，安裝方便美觀，制作的支架結構簡單。由于氣缸的安裝螺栓強度不需要校核，所以，地腳螺栓與安裝螺栓性能等級相等的情況下，只要其直徑比安裝螺栓大，那么就不需要進行強度校核。在此，地腳螺栓直徑選 24mm，地腳角鋼選 10 號，厚度為 12mm，即 b=100mm,d=12mm。 壓緊氣缸的型號選擇為 QGBZMF2-250-250。 3.4.2.2 抽頭氣缸的選擇與設計 如圖 3-10 所示，氣缸的缸徑和行程選擇應參考以下的結構尺寸。 圖 3-10 抽銷氣缸行程示意 缸徑參數由于沒有實驗條件，只能粗略地估算。氣缸主要克服的是定位 銷與冷卻器定位孔之間的摩擦力，這個力不會很大，選取缸徑初定在 80mm以內。由于隨行夾具的高度為 156mm,考慮到抽到下限時，定位銷頂端離支架底面還應有一定的距離，整個氣缸的有效行程為 186mm。為了氣缸的安全不能使用氣缸的滿行程，為此選取氣缸的標定行程為 200mm。由于氣缸的行程較長，為了使其有較好的導向剛度，氣缸的直徑不能太小，為此最終選取缸徑為 100mm。氣缸型號為 QGBZMF2-200-100。 壓緊氣缸和抽頭氣缸都是選用的 QGBZ 系列，它是 QGA， QGB系列的改進型號，由優質碳素結構鋼制造，堅固耐用 。其外形如圖 3-11： 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-11 氣缸外形 3.4.2.3 旋轉氣缸的選擇 擺動氣缸有葉片式和齒輪齒條式，葉片式結構比較緊湊，但是由于輸出扭矩較小，受到沖擊葉片容易損壞等缺點。實際生產中廣泛采用齒輪齒條式。這種氣缸的工作原理是：氣體推動活塞的直線運動帶動齒條直線運動，齒條與齒輪嚙合，使齒輪輸出回轉運動。擺轉角度一般有 90、 180、 270 度三種。這種氣缸克服了葉片式的一些缺點，但是其不足之處是結構尺寸比較大，由于齒條的存在，擺動氣缸外形很長，如圖 3-12 所示： 圖 3-12 齒輪齒條擺動氣缸 圖 3-13 方形擺動氣缸 我們到廠里沒有得到具體的鎖緊螺母所需的扭矩數據，但是我們實地觀察了工人的操作，并且嘗試了自己鎖緊的過程。我們用的是一個 250mm 左右長度的扳手，扭轉了 1/4 圈左右，并且力度不大，大約 50N。由此算出扭矩 M=50*0.25= 12.5Nm。 我們最終選用了煙臺未來自動設備有限公司生產的 LTA 系列方形擺動氣缸。這種氣缸比一般的齒輪齒條式擺動氣缸長度尺寸縮短了一半。我采用的型號為LTA63-270。主要技術參數為 缸徑 63mm，擺動角度 270 度，在 0.4Mpa 壓力下輸出扭矩 30NM。如圖 3-13。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 3.4.3 壓緊工位支架的設計 導軌支架支撐角鋼的設計選用： 根據材料力學知識，這四根角鋼承受的是壓力，對于壓桿，只要進行了穩定性計算，就不必進行強度校核。 本設計的四根桿沒有鉆孔等局部削弱，只是在距離地面約 758mm（約為桿長的 3/4）處焊接了支撐抽頭導套鋼板的角鋼鋼板，導套受力很小，焊接深度和 焊縫長度都不大，對桿的削弱很小。所以只需進行穩定性計算，選用合適的角鋼即可。 由本設計的結構和受力條件，取四根角鋼之一研究，按照選 用氣缸的最大壓力 5 噸（即工作在 1.0MPa 時的極限情況下所能達到的壓力），每一根角鋼都可看作兩端固定結構，因此長度系數 =0.5。受軸向壓力為 12.5KN,長度為L=1.5m,Q235 鋼材料的許用應力為 =150MPa。 由經驗壓力機工位的導軌支架立柱采用其他工位用的 4#角鋼，即b=40mm,d=4mm 遠遠滿足穩定性要求，從而根據材料力學知識，也一定滿足強度要求，可放心采用。 另外， Q235 鋼材 在任何普通 生產條件下都能焊接，沒有工藝限制，對于焊接前后的熱處理及焊接熱規范沒有特殊要求。焊接后的變形容易矯正。厚度大于20mm，結構剛度很大時 才 要預熱 ，而通常用的 35、 40、 45 號鋼 在 一般 情況下， 焊接時有形成裂紋的傾向，焊前應預熱，焊后應熱處理，只有有限的焊接熱規 范 可能獲得較好的焊接性能 。所以采用 Q235 材質的角鋼焊接支架的主體結構是 不錯的選擇。兩個氣缸和兩個導套都安裝在 Q235 鋼板上，鋼板與角架焊接成型。 最終確定結構如圖 3-14 所示： 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-14 支架焊接結構 3.4.4 壓力機壓頭的設計 3.4.4.1 懸臂壓桿的設計 懸臂壓桿是壓力機中受力較大的零件，它把機油冷卻器壓緊的同時會受機油冷卻器的反作用力。在實際工作壓力下，我用 WolidWorks2004 中的應力分析工具進行了設計嘗試，反復修改方案，最終獲得了比較滿意的結果。 圖 3-15 懸臂壓桿及其受力示意 如圖 3-15，我的應力分析條件是：在 A、 B 兩面施加約束，其中圓柱面 A上的約束相當于導柱外表面給的約束， B 面的約束相當于壓力機壓下時導柱頂端的臺階面限制其軸向位置。然后在 D 面上施加一個均布載荷 F=10000N，相當于壓緊位置機油冷卻器在 1t 的工作 壓力下給懸臂壓桿的反力也是一噸。然后我分下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 別在不同的結構參數和材料參數下做應力分析。得出了以下結果： 懸臂壓桿厚度 b=35，加強筋 C 厚度取 d=10mm。其余的結構參數在幾次應力分析中保持不變（具體見零件圖）。材料選擇普通鑄造碳鋼，進行應力分析。如圖 3-16。 結果可知最大應力在加強筋邊緣為 175MPa。 這時的安全系數只有 1.41。 按照軟件提供的建議，安全系數在工作壓力下應不小于 1.5。所以存在隱患，須要更完善的設計。有兩種方法：或改進材料，或改進結構。 圖 3-16 應力分析圖一 圖 3-17 應力 分析圖二 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 （ 1）考慮用可鍛鑄鐵代替鑄造碳鋼 其他結構參數和加載條件不變，再次進行應力分析，得到圖 3-17 結果。顯然，最大應力為 177MPa，安全系數達到了 1.56，滿足條件，生產中也比較通用。 （ 2）仍然選用普通碳鋼，鑄造毛坯，但是加強筋的厚度改為 d=20mm。 加載條件和約束條件不變。得到如圖 3-18 結果 圖 3-18 應力分析圖三 可見最大應力變為 109MPa，安全系數也升到了 2.28。這也保證了在工作壓力下安全工作。 兩種方案都可行，在這里我選用可鍛鑄鐵。 3.4.4.2 擺動支架的設計 擺動氣 缸受力不大，可用普通鋼板焊接而成，也可以用鋼板彎制而成。但是不宜用鑄造和鍛造。因為裝配線零件屬單件生產，力求制造工藝簡單。鑄鍛件工藝過程復雜，表面需進行機械加工，還要制造模具，很不經濟。所以我采用焊接件。具體見零件圖。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-19 支撐架 3.4.4.3 轉塊的設計 轉塊是把擺動氣缸的轉動傳遞給壓塊的機構。轉塊與壓塊的周向傳動依靠裝配在轉塊上的兩根長銷帶動（壓塊也在軸向打兩個銷孔，壓頭下壓時長銷插入銷孔，帶動壓塊轉動），為了增大轉距，兩長銷中心軸應設計的盡量大。在轉塊與氣缸輸出軸之間的周轉傳遞可用鍵或銷 ，由于軸是向下豎直安裝的，轉塊在用鍵連接時，豎直方向還需要軸端擋圈來定位。但是基于轉塊的結構局限無法安裝軸端擋圈。所以在徑向用對稱的銷連接，既軸向定位又可周向轉動（這里徑向與軸向的受力都不大，故可用銷）。 圖 3-20 轉頭 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 3.4.4.4 壓塊的設計 前面在機油冷卻器夾緊方案、轉塊的設計中都有說到壓塊的設計，就不重復了。由于隨行夾具上的定位銷比產品的高度高，裝配之后會有一段銷露在冷卻器外面，在放上壓塊時會頂住壓塊，給壓塊在徑向造成不穩定。因此，還必須在塊 的軸向打兩個孔，以便壓塊的裝配。 圖 3-21 壓頭 3.4.5 導套的設計 兩個導套的作用是保證導桿和抽桿的徑向位置精度，運動中的剛度。一般把導套通過螺栓聯接在安裝板上，安裝板再聯接或者焊接在支架上，而不是直接焊接在支架上。這就要求導套不僅要有導向的內圓柱面，還應該有安裝螺栓的翼板部分。可以把導套和翼板鑄造成一體，也可以把導套焊接在鋼板做成的翼板上。這里我采用了后者，主要是考慮導套比較細長，而翼板又要求有一定的寬度，鑄造成一體工藝上要求比較高。但是采用焊接不足之處就是焊接容易變形，導向的內圓柱面焊接后精度不容易保證。 3.4.5.1 抽頭導套的設計 在本 設計中氣缸輸出軸在軸向是不希望其轉動的，因此我們在抽桿上沿軸向設計了一個導向槽，導套上開一個銷孔，裝配好抽頭與導套之后，插入銷，使抽頭可以軸向滑動，周向不可轉動。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-22 抽頭導套 3.4.5.2 導桿導套的設計 設計原理與上相同，不過由于壓力機導桿比抽桿長，為了保證導桿的軸向精度，因此導套的高度應設計的高一些。 圖 3-23 導桿導套 3.4.6 氣缸連接件的選用 氣缸活塞桿接頭的選用， 這屬于氣缸附件，不同氣缸的接頭有不同的要求和形式，對本設計的氣缸接頭，選圖 3-24 所示 Y 形。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優秀 圖 3-24 Y 形接頭 3.4.7 夾緊工位結構的確定 最終設計的壓力機結構示意如 3-25 所示，具體尺寸參數見