發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接螺栓裝配自動檢查裝置設(shè)計

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發(fā)動機的概述 齒輪、有人把引擎成為發(fā)動機，其實，發(fā)動機是一整套動力輸出設(shè)備，包括變速引擎和傳動軸等等，可見引擎只是整個發(fā)動機的一個部分，但卻是整個發(fā)動機的核心部分，因此把引擎稱為發(fā)動機也不為過。隨著科技的不斷進步，人們不斷地研制出不同類型不同用途的發(fā)動機，但是不管哪種發(fā)動機，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來產(chǎn)生動力，所以，以電為能量來源的電動機，不屬于發(fā)動機的范疇。 回顧發(fā)動機產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機和內(nèi)燃機兩個發(fā)展階段。 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，它是通過燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其釋放出的熱能直接轉(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，也包括葉輪式的燃氣輪機、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。 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。 1.2.2 發(fā)動機的組成 機體是構(gòu)成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機個機構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝的基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和部件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由汽缸體、汽缸套、汽缸蓋和汽缸墊等零件組成。 汽缸蓋安裝在汽缸體的上面，從上部密封汽缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的汽缸蓋內(nèi)部制又冷卻水套，缸蓋下端面得冷卻水孔與缸體的冷卻水相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。 缸蓋上還裝有進、排氣門座，氣門導(dǎo)向管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等，汽油機的汽缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的汽缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的汽缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用于以安裝凸輪軸。 汽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，所以近年來鋁合金汽缸蓋被采用得越來越多。 汽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，其汽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汽缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。 1.2.3 發(fā)動機的分類 內(nèi)燃機的類型很多，通常按不同的特征作如下分類： 1. 按所用燃料分：汽油機、柴油機、石油液化氣機、沼氣機等。 2. 按每循環(huán)行程數(shù)分：二行程發(fā)動機、四行程發(fā)動機。 3. 按氣缸數(shù)分：單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機。 4. 按冷卻方式分：水冷卻發(fā)動機、風(fēng)冷卻發(fā)動機。 5. 按著火方式分：點燃式發(fā)動機、壓燃式發(fā)動機。 6. 按轉(zhuǎn)速分：高速發(fā)動機、低速發(fā)動機。 7. 按氣缸排列方式分：立式發(fā)動機、臥式發(fā)動機、V型發(fā)動機、對置式發(fā)動機等。 1.2.4 發(fā)動機的構(gòu)造 根據(jù)組成發(fā)動機各部分零部件的作用不同，發(fā)動機主要由如下八大部分（柴油機污點火系）所組成，見圖1.1。 1. 機體 2. 曲柄連桿機構(gòu) 3. 換氣系統(tǒng) 4. 燃油供給系統(tǒng) 5. 潤滑系統(tǒng) 6. 冷卻系統(tǒng) 7. 點火系統(tǒng) 8. 啟動系統(tǒng) 圖 1.1 發(fā)動機的構(gòu)造 1.2.5 汽車發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展前景 2007年中國汽車銷售879.16萬輛，2010年汽車銷售規(guī)模達到1800萬輛。汽車起動機市場也隨之蘊含著巨大的商機。目前，我國汽車起動機和發(fā)電機及其主要零部件產(chǎn)品的制造企業(yè)在600家以上，其中具有整機生產(chǎn)能力的約300家。隨著競爭的加劇，業(yè)內(nèi)市場分割日趨明朗，國產(chǎn)汽車起動機和發(fā)電機的國內(nèi)配套市場覆蓋率到達90﹪以上，包括國產(chǎn)乘用車、微型車、輕型車、客車、載貨汽車、各類工程及農(nóng)用機械、船舶等。其中外商獨資以及外資企業(yè)合資企業(yè)，市場擴張迅速，逐漸成為我國乘用車、商用車行業(yè)配套機器的主力供應(yīng)商。相對固定的市場競爭格局使行業(yè)原有生產(chǎn)能力得到基本釋放，可以預(yù)測，行業(yè)內(nèi)新一輪大規(guī)模的投資即將興起。2000-2006年，汽車發(fā)動機行業(yè)的產(chǎn)銷率均在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值96﹪以上。 1.3 汽車生產(chǎn)線 1.3.1 生產(chǎn)線的概述 生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動化程度，分為自動化生產(chǎn)線和非自動化生產(chǎn)線。 生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某種產(chǎn)品的加工任務(wù)所必需的機器設(shè)備，機器設(shè)備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應(yīng)多種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復(fù)雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機器設(shè)備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟效益。 如何實現(xiàn)汽車大批量生產(chǎn)的總裝配及裝配線的型式、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)了多品種混合線生產(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。 1.3.2 裝配線型式 無論國內(nèi)還是國外，汽車及其發(fā)動機的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)、自行認址岔道葫蘆系統(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. 積放式懸掛輸送機系統(tǒng) 具有自動實現(xiàn)起重、運輸、儲運、裝配和實現(xiàn)科學(xué)管理等功能，是一種機械化程度較高的綜合性空間儲運系統(tǒng)。適于大批量生產(chǎn)，國內(nèi)外普遍采用；但造價很高。 2. 自行認址岔道葫蘆系統(tǒng) 具有如上的功能，造價相對較低。 3. 普通懸掛輸送機 國內(nèi)使用歷史較長，價格相對較低。主要缺點是不便于多品種空間儲運，工件上下需要配置升降設(shè)備。 4. 高架軌道小車或者高架平臺 造價低，工人可上下同時作業(yè)；但一般無牽引裝置，靠人力推動自由流水。僅適用中小批量生產(chǎn)。 5. 滑撬式輸送系統(tǒng) 具有自動實現(xiàn)運輸、儲存、裝配和實現(xiàn)科學(xué)管理等功能，是一種新型的機械化程度較高的綜合性地面儲運系統(tǒng)。主要優(yōu)點是工藝性強、靈活性大、柔性好、易于與其它輸送裝置連接，適于多品種大批量生產(chǎn)。其缺點是占地面積大、價格昂貴。 6. 地面單鏈牽引軌道小車 結(jié)構(gòu)簡單，無基礎(chǔ)，建設(shè)速度快，造價低。 可用于多品種生產(chǎn)。 7. 地面板鏈帶隨行支架 工藝與操作性好，但由于支架位置固定，柔性較差，有一定的局限性。 故只適用于單一品種的大量生產(chǎn)，造價相對較高。 8. 地面板式輸送帶 包括單板和雙板兩種，是國內(nèi)外普遍采用的一種型式。適于裝配線后段。 1.3.3 裝配線的長度 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)量的前途條件下，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。 1.3.4 裝配線的勞動量 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。 國外總裝方式水平較高，主要是機械化自動化程度較高，故裝配公式較少。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，國家的建設(shè)資金正逐年提高，在大量引進外資、外匯的同時，也引進了大量的先進技術(shù)與管理經(jīng)驗。目前為止，國內(nèi)并沒有出現(xiàn)采用全機械化、全自動化的自動檢驗生產(chǎn)線，故其勞動定額水平相對較低，同時其工作時序也比較長，已基本不能滿足現(xiàn)階段國內(nèi)外生產(chǎn)的產(chǎn)量需要。 限于當(dāng)前國情國力的影響，我們所要進行的氣缸蓋進、排氣門組的自動檢驗生產(chǎn)線的設(shè)計，不僅要充分考慮我國當(dāng)前的人口因素，同時更應(yīng)該考慮社會的就業(yè)壓力等問題，有步驟的緩解因人口過剩所帶來的社會問題。 1.3.5 生產(chǎn)線的展望 如何確定汽車生產(chǎn)線的發(fā)展，是一種非常復(fù)雜的問題，它包括下述幾個主要方面： 產(chǎn)品的質(zhì)量、市場的需求量、產(chǎn)品的名稱及牌號、產(chǎn)品所處的地位及價格、需要獲得的長期與短期銷售供貨能力、供貨靈活性 由于歐洲轎車的換代周期較長，因此對于歐洲的轎車制造商來說，產(chǎn)品生產(chǎn)線的發(fā)展戰(zhàn)略更為重要。以歐洲轎車的生產(chǎn)線為例，進一步闡述汽車生產(chǎn)線的發(fā)展與戰(zhàn)略問題。 與日本生產(chǎn)轎車制造商相比，對于類似的轎車而言，歐洲廠家的工程時數(shù)要多70%，開發(fā)時間要長25%。一般來說，歐洲批量生產(chǎn)轎車及其發(fā)動機的換型時間平均為5年左右，從另一方面來說，為了最大限度地減小風(fēng)險性，歐洲轎車制造廠家對其生產(chǎn)線的依賴性極大。由于歐洲廠家非常注重新產(chǎn)品的推出，因此在推出每種新產(chǎn)品時，自然要通過采取一系列措施來最大限度地降低每一新產(chǎn)品因失敗而帶來的風(fēng)險。 1.4 生產(chǎn)線的方案選擇 1.4.1 汽缸蓋自動裝配與檢驗生產(chǎn)線的總體方案選擇 根據(jù)對生產(chǎn)線的型式、條數(shù)、長度、勞動量等的分析，針對氣缸蓋各零部件的分類與特點，大致確定了如下三種方案： 1. 氣缸蓋自動裝配與檢驗生產(chǎn)線的手動化檢驗生產(chǎn)線 2. 氣缸蓋自動裝配與檢驗生產(chǎn)線的半自動化檢驗生產(chǎn)線 3. 氣缸蓋自動裝配與檢驗生產(chǎn)線的自動化檢驗生產(chǎn)線 鑒于當(dāng)前的國情國力，雖然我國勞動力資源豐富、成不低廉，但必須同時滿足一定的生產(chǎn)效率，所以排除了全部手動化的檢驗與安裝方案?；趪鴥?nèi)現(xiàn)行的企業(yè)與行業(yè)生活條件，同時必須滿足一定的出品率與上產(chǎn)率，故只能在半自動化與自動化兩種檢驗與裝配生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，進行比較與擇優(yōu)。 在此，我們對半自動化與自動化的兩種方案進行如下比較： 1. 半自動化裝檢生產(chǎn)線 (1）人工勞動投入量較大，設(shè)備投入較少。 (2）成本投入以人工成本最低、設(shè)備損耗最大，兩者須符合一定的比例。一般來講，其資金與成本投入量比較小。 (3）裝配與檢驗的精度適合，存在一定的人工疏忽與設(shè)備故障率。 (4）生產(chǎn)率很高。 (5）適合并符合中國現(xiàn)行的企業(yè)生產(chǎn)條件，現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)正廣泛地采用此種或者相近類型的生產(chǎn)或裝檢方式。 (6）無法完成時序內(nèi)的出品率。 2. 自動化裝檢生產(chǎn)線 （1）人工勞動投入量幾乎為零，設(shè)備投入量占絕大比重。 （2）成本投入不再以人工成本為依據(jù)，主要考慮機電設(shè)備的使用率與折損率，兩者亦不成線性關(guān)系。一般來講，其資金與成本投入量比較昂貴。 （3）裝配與檢驗的精度極高，其產(chǎn)品的次品率幾乎來自設(shè)備的故障率。 （4）生產(chǎn)率最高。 （5）適于西方發(fā)達國家的企業(yè)生產(chǎn)條件與經(jīng)營管理模式，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)幾乎沒有采用這種生產(chǎn)或裝檢方式。只有例如長春一汽、上海大眾、哈飛、東安等國內(nèi)幾家規(guī)模較大的企業(yè)才有實力裝備如此昂貴的生產(chǎn)線。 （6）充分完成時序內(nèi)的出品率，可適當(dāng)縮短時序時間，或55、50、45、40秒不等。 1.4.2 方案的擇優(yōu)與擬定 基于如上的方案分析與比較，對于目前國內(nèi)現(xiàn)行的勞動力水平與實際技術(shù)等條件的限制，我們初步推薦在資金與實力不充裕的企業(yè)或廠家，適合采用半自動化裝配與檢驗生產(chǎn)線（即第一方案）。但技術(shù)無國界，為了趕超世界先進國家的技術(shù)水平，并加強我國民族汽車工業(yè)與制造產(chǎn)業(yè)的整體競爭實力，我們有必要廣泛推廣自動化裝配與檢驗生產(chǎn)線（即第二套方案）。 但是，在借鑒發(fā)達國家先進技術(shù)水平的同時，我們需要本著實事求實、力求發(fā)展、爭創(chuàng)效益的原則，決不能過于盲目地、完全照搬他國先進技術(shù)與設(shè)備，而應(yīng)該有步驟、有策略的對其進行技術(shù)創(chuàng)新與裝備改良，以期實現(xiàn)自動化裝配與檢驗的逐漸推廣與普及。同時，在不斷的技術(shù)借鑒與自我更新基礎(chǔ)之上，必須實現(xiàn)自我價值理念的更新與轉(zhuǎn)換。 至此，根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求與指標(biāo)，即總體方案采用氣缸蓋自動化裝配與檢驗生產(chǎn)線的設(shè)計方案（即第二方案），限于技術(shù)要求上的同步，最終確定了氣缸蓋連接螺栓裝配自動檢驗裝置的設(shè)計主旨。 1.5 本課題的研究意義 當(dāng)前，國內(nèi)的汽車及車用發(fā)動機的生產(chǎn)線水準(zhǔn)，幾乎還停留在人工化、半人工化、半機械化、半自動化的生產(chǎn)與裝配程度。以哈爾濱東安汽車發(fā)動機廠為例，其技術(shù)水平可堪稱國內(nèi)發(fā)動機技術(shù)最為先進的企業(yè)，其裝配與檢驗技術(shù)與哈飛齊名、甚至超出。其最為先進的生產(chǎn)線才剛剛上碼不久，并未能實現(xiàn)全部自動裝配與檢驗的程度。 就生產(chǎn)線的整體形象而言，只能利用諸如其外形、價格、尺寸、性能、質(zhì)量和技術(shù)內(nèi)涵來表明產(chǎn)品的特點。不同級別生產(chǎn)線的界限有互相重疊的趨勢，級別界限適宜淡化。但按客戶的喜愛程度來劃分產(chǎn)品的類別則變的較為重要，為了滿足每類客戶的不同需要，每一基本類型的生產(chǎn)線及其配額數(shù)量都會不斷的增加。絕大多數(shù)廠家都是根據(jù)產(chǎn)品性能的競爭力的分析與評估，結(jié)合其內(nèi)部成本及用戶的承受能力來制定產(chǎn)品的價格，可根據(jù)產(chǎn)品性能（發(fā)動機及其零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、數(shù)量，設(shè)備的水平及選用裝置等）的差異對價格進行調(diào)整。 于此，基于東安465型發(fā)動機的自動裝配與檢驗生產(chǎn)線技術(shù)，我們對其進行了現(xiàn)場技術(shù)數(shù)據(jù)調(diào)研與現(xiàn)場運作與流程的考察，自主設(shè)計并研發(fā)出一整套或一系列的適應(yīng)目前我國現(xiàn)行生產(chǎn)條件與技術(shù)下的生產(chǎn)線；力求實現(xiàn)經(jīng)濟、社會價值等最優(yōu)化。因此，不論是在設(shè)計理論研究上，還是在研究成果實用化與通用化方面，都具有一定的現(xiàn)實與戰(zhàn)略意義。 1.6 設(shè)計的預(yù)期成果 本次設(shè)計，我將取得如下成果：1、設(shè)計說明書：(1)自動檢查裝置的總體設(shè)計；（2）自動檢查裝置主要部件的設(shè)計。2、圖紙有：檢查裝置總裝配圖；汽缸、傳感器安裝總成；主要零部件圖。  第2章 自動檢查裝置的總體設(shè)計 2.1 研究的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是汽車發(fā)動機氣缸蓋螺栓裝配的質(zhì)量自動檢查裝置的設(shè)計，同時完成如下自動檢查裝置的主要部件的設(shè)計： 1、整體機架的設(shè)計 2、檢查機構(gòu)的設(shè)計 3、傳動機構(gòu)的設(shè)計 4、平衡機構(gòu)的設(shè)計 2.2 發(fā)動機缸蓋裝配生產(chǎn)線的工藝要求 發(fā)動機缸蓋裝配生產(chǎn)線的工藝要求，主要包括以下幾道工序： ① 汽車發(fā)動機缸蓋排氣門清洗 ② 汽車發(fā)動機缸蓋進氣門清洗 ③ 汽車發(fā)動機缸蓋排氣門密封質(zhì)量檢查 ④ 汽車發(fā)動機缸蓋進氣門密封質(zhì)量檢查 ⑤ 汽車發(fā)動機缸蓋進、排氣門組件檢查 ⑥ 汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配 ⑦ 汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓裝配質(zhì)量自動檢查 通過以上幾道自動化的工序，達到發(fā)動機缸蓋裝配的標(biāo)準(zhǔn)要求。而下一部分是缸蓋連接螺栓自動檢查裝置的具體設(shè)計過程。 2.3 設(shè)計的目的 由于國內(nèi)的勞動力資源豐富，在我國很多的汽車廠家，都沒有實現(xiàn)汽車生產(chǎn)線的自動化。就目前而言，上海大眾汽車生產(chǎn)線的自動化程度是比較高的。在做這個設(shè)計之前我們特地來到哈爾濱東安汽車公司進行了實地調(diào)研。車間目前大部分還是半自動化程度。工人也都分別站在傳送帶的兩端進行手工操作，發(fā)動機裝配給工人帶來較大的工作量，而且存在裝配帶來的不安全隱患。相對發(fā)動機自動化裝配生產(chǎn)線而言，自動化更加安全，帶來的勞動力也少的多，更加符合這個飛速發(fā)展社會的要求，更具有現(xiàn)代化的氣息，也更能體現(xiàn)一個國家的現(xiàn)代化程度，因為汽車生產(chǎn)線現(xiàn)代化的程度不僅僅代表一個國家的汽車工業(yè)，也更多的代表著一個國家的科技水平和一個國家的現(xiàn)代化工業(yè)水平。因此研究汽車發(fā)動機缸蓋螺栓裝配自動檢查裝置的設(shè)計具有非常重要的現(xiàn)實意義，更符合社會發(fā)展的要求。 汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓裝配自動檢查裝置的設(shè)計，是完全自動化的檢查裝置，檢查時間為60秒。沒有連接螺栓自動檢查裝置的生產(chǎn)線，主要憑借工人的肉眼來檢查螺栓安裝的正確性，不僅工作單調(diào)，而且容易產(chǎn)生疲勞，進而容易導(dǎo)致生產(chǎn)事故。而自動化的檢查裝置完全可以彌補這一不足。同樣可以做到檢查的準(zhǔn)確性和可靠性，大大地節(jié)約了勞動力資源。其缸蓋的示意圖如圖2.1所示。本設(shè)計就是要檢查螺栓和墊圈安裝的正確性。 圖2.1 螺栓與缸蓋連接示意圖 1-M10內(nèi)六角螺栓 2-墊圈 3-缸蓋 2.4 連接螺栓自動檢查裝置的構(gòu)思 本生產(chǎn)線是為東安465發(fā)動機缸蓋而設(shè)計。發(fā)動機的缸蓋共有10個螺栓孔分別分布在缸蓋的兩側(cè)，設(shè)計的任務(wù)是檢查上一道缸蓋連接螺栓的安裝工序中，墊圈和螺栓的安裝是否正確，綜合所有可能出現(xiàn)的安裝錯誤，大致會出現(xiàn)五種情況： ① 只有兩個墊圈沒有螺栓 ② 沒有墊圈也沒有螺栓 ③ 只有一個墊圈沒有螺栓 ④ 沒有墊圈只有螺栓 ⑤ 有兩個墊圈沒有螺栓 如圖2.2所示。 正確安裝的方式是只有一個墊圈和一個螺栓，而檢查各種情況的時間不得超過60秒，又根據(jù)設(shè)計的要求和各種人力資源及經(jīng)濟因素的考慮，需要設(shè)計一套自動裝配機構(gòu)來完成此項任務(wù)。 鑒于實際裝配過程可能出現(xiàn)的幾種錯誤情況，我們應(yīng)當(dāng)找出最實際、最實用而又最經(jīng)濟的設(shè)計想法。為此在翻閱了大量的關(guān)于檢查檢測裝置的設(shè)計資料，了解到了眾多的檢查方法后，通過各種方案優(yōu)化比較的綜合分析，最后決定設(shè)計方案是：設(shè)計一個能夠通過動力在支架上自由滑動的傳感器來完成檢查檢測任務(wù)，其結(jié)構(gòu)圖見圖2.3。 圖2.2 連接螺栓可能出現(xiàn)的安裝錯誤 圖2.3 自動檢查裝置結(jié)構(gòu)圖 1整體機架 2平衡機構(gòu) 3傳動機構(gòu) 4檢查機構(gòu) 5為缸蓋 6 傳送帶 2.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了此次設(shè)計的目的和連接螺栓自動檢查裝置的構(gòu)思。本章提出了墊圈和螺栓可能出現(xiàn)的安裝錯誤，大致出現(xiàn)的五種情況。針對這一情況有了初步想法并決定了設(shè)計方案是：設(shè)計一個能夠通過動力在支架上自由滑動的傳感器來完成檢查裝置的任務(wù)。 第3章 自動檢查裝置主要部件的設(shè)計 3.1 檢查裝置的設(shè)計 3.1.1 檢查裝置的原理 螺栓的裝配過程中會出現(xiàn)五種錯誤的情況，而正確的裝配是只有一個墊圈和一個螺栓。所要檢查的螺栓是螺栓頭高為10mm，墊圈的高度是2mm，總高度是12mm。因此我們可以利用螺栓頭和墊圈的總高度來確定裝配是否正確。本設(shè)計利用數(shù)字測長傳感器由上而下到達螺栓頭的高度來確定安裝是否正確。向系統(tǒng)輸入正確裝配時螺栓頭和墊圈的總高度12mm，以一個螺栓和一個墊圈時，螺栓頭上端為基準(zhǔn)，因此就可以判斷其他的高度是錯誤的安裝。其傳感器的簡圖如圖3.1所示，傳感器的性能指標(biāo)見表3.1。 圖3.1 傳感器 1-導(dǎo)線 2-傳感器 表3.1 傳感器的性能指標(biāo) 傳感器型號 測定范圍 分辨率 使用溫度 使用濕度 測頭重 AT-110 -5.0～+5.0mm 10m -10～+80℃ （但不結(jié)冰） 35～85% （但不結(jié)霧水） 約150g 3.1.2 數(shù)字側(cè)長傳感器個數(shù)的選擇 由于檢查的時間為60秒，需要檢查的螺栓數(shù)目為10個，這里存在一個傳感器數(shù)目優(yōu)化的問題，有三個方案可以考慮： ① 利用10個傳感器同時檢查 ② 利用1個傳感器，分10次檢查 ③ 利用5個傳感器，分2次檢查 方案①：由于時間是60秒，10個一起檢查時間有剩余，多余的時間被浪費，況且10個傳感器的費用大。 方案②：費用上很經(jīng)濟，但是由于時間是60秒，所以在時間上是很緊張。 方案③：通過5個傳感器分步在缸蓋的兩側(cè)檢查，時間和費用上達到折中。 通過綜合的分析方案③最為優(yōu)越，故選擇方案③。 3.1.3 檢查機構(gòu)的連接和固定 在螺栓的檢查機構(gòu)中出現(xiàn)了以下幾種問題： ① 螺栓孔的大小是Φ11，而檢查機構(gòu)中所選取傳感器的觸頭小于Φ11；在檢查既沒有墊圈也沒有螺栓時觸頭會插到螺栓孔中。 ② 由于是利用每次一起檢查5個螺栓的機構(gòu)，而這5個螺栓的裝配又不能保證一定是正確的裝配，于是就出現(xiàn)了檢查的螺栓的高度不同，因此傳感器不能一同接觸到螺栓的頂部。 ③ 怎樣保持5個傳感器移動的一致性，怎樣能夠做到更經(jīng)濟地使用等問題。 鑒于以上的問題設(shè)計了如下圖3.2所示機構(gòu)。圖中1表示為厚度為20mm的45鋼的鋼板，將5個傳感器分別固定在鋼板上這樣來保證一致性，也節(jié)省了分別用5個動力裝置的費用，鑒于在檢查過程中整個檢查機構(gòu)要受到力的作用，所以鋼板與檢查機構(gòu)（也就是1與3）的連接是剛性連接；圖中構(gòu)件2為彈簧，利用彈簧的伸縮保證每個傳感器接觸到螺栓，以達到檢查的目的，另外在整體抬升的時候保證可以將下面的裝置彈開。而彈簧由特制的構(gòu)件11和構(gòu)件4來固定，當(dāng)構(gòu)件5滑到最底端時彈簧為自然長度；圖中構(gòu)件5為階梯形的管套，其連接如圖所示，而固定由構(gòu)件3上的8銷來固定，構(gòu)件5可以與構(gòu)件3之間是滑動配合，并能夠在一定的范圍內(nèi)滑動，而階梯管套的階梯下端又有兩種選擇：一種選擇是實心的鋼柱，另一種是圖中所示的鋼管，比較而言第一種更耐用但自重增加，更重要的是在安裝7構(gòu)件時加工很難。而第二種只需要加工一個內(nèi)螺紋即可容易的安裝上構(gòu)件7；圖中7為替代傳感器的構(gòu)件，其直徑是大于Φ11的，這樣保證不會探入到螺栓頭部的內(nèi)六角孔中；圖中構(gòu)件6是傳感器接觸的平臺，并用一個螺栓在側(cè)面將其固定在構(gòu)件5上；圖中9為數(shù)字測長傳感器；圖中10為固定傳感器的構(gòu)件。檢查的過程就是整體向下移動，構(gòu)件7接觸到螺栓，彈簧被壓縮，構(gòu)件6上升接觸傳感器，通過傳感器的伸縮量來確定螺栓安裝正確與否的任 務(wù)。 圖3.3 鋼板與活塞桿連接示意圖 圖3.2 檢查機構(gòu) 鋼板與提升鋼板的活塞桿連接在這里有兩個方案可以考慮： ① 活塞桿與連接5個檢查機構(gòu)的鋼板，可以像導(dǎo)柱一樣采用剛性連接。 ② 可以設(shè)計一個較為精確的機構(gòu)來把活塞桿與鋼板連接。 比較分析可知：① 方案可以保證檢查時較高的精確性，但對于鋼板來說，以有兩個導(dǎo)向是剛性連接，再在鋼板上加工孔時較困難。且安裝時較難。 ② 方案由于已經(jīng)有導(dǎo)向與鋼板是剛性連接，在檢查的這個過程中，精度已經(jīng)完全可以達到保證，故設(shè)計一個機構(gòu)，如上圖3.3所示。 圖中1為設(shè)計的連接活塞桿和鋼板的機構(gòu)；2為鋼板；3為活塞桿。首先，將活塞桿車成與機構(gòu)1相配合的螺紋并與之連接，然后在活塞的端部加以墊圈和螺母旋緊。因為有導(dǎo)向柱是剛性連接，所以這個機構(gòu)還可以保證活塞桿在上下運動時，有一定的擺動而不影響檢查的準(zhǔn)確性。 綜合兩種方案可以一目了然的看到優(yōu)缺點，方案②更適合整個裝置的設(shè)計思路，故選擇方案②。 所涉及到彈簧的選擇計算如下： 取d=0.8mm 經(jīng)過查表得： D2=14mm D1= D2-d=13.2 式中： d——彈簧絲直徑； D1——彈簧內(nèi)徑； D——彈簧中徑。 查表確定有效圈數(shù)：n=7圈，自由高度為：H0=Pn+2d=36.5mm，適應(yīng)載荷為Kd=34.44N。 3.2 整體機架的設(shè)計 3.2.1 機架形式的確定 由于所需要檢查的螺栓是M10內(nèi)六角螺栓，因此對機架有著較高的要求。機架不僅要有較高的穩(wěn)定性還需要有較高的精確性，有兩種方案機架可供選擇，如下圖3.4 所示： 方案1—懸臂梁式支架 方案2—四鋼柱式機架 圖3.4 機架形式 方案1——懸臂梁式機架，節(jié)省材料，經(jīng)濟；占用空間較??；自重較輕；便于移動。但對機架的材料要求較高，穩(wěn)定性和精確性相對較低。 方案2——四鋼柱式機架，占用空間較大；自重較大；不便于移動。但是穩(wěn)定性和精確性較高。 鑒于該檢查裝置對機架的要求，綜合地比較兩者的優(yōu)缺點，最終確定選用四鋼柱式的機架。機架的材料確定為45號鋼，厚度為H=40mm。 3.2.2 撓度的計算 由于整個檢查機構(gòu)的重量都要作用于機架的上鋼板，所以上鋼板會有微小的形變，于是需要計算上鋼板的撓度，來檢查檢查機構(gòu)的重量會不會對整個裝置的檢查過程帶來影響。 為了保證上鋼板能精準(zhǔn)地支撐整個裝置工作，所以對上鋼板進行撓度的計算。上鋼板的受力情況可以簡化成如下面圖3.5所示的力學(xué)模型： 圖3.5 上鋼板的受力情況 討論這一簡支梁的彎曲變形。利用平衡方程求得支反力為： 查《機械設(shè)計手冊》的撓度的計算公式得到以下參數(shù)： 最大轉(zhuǎn)角為： （3.1） （3.2） 最大撓度： =0.0016809mm （3.3） 最大撓度發(fā)生在跨度中間。 F—— 鋼板受力 E—— 彈性模量 I—— 慣心距 L—— 鋼板兩柱間的距離 經(jīng)過計算可見鋼板的撓度，不會影響到導(dǎo)軌的平行度。因此所選用的鋼板符合整個機構(gòu)的要求。 3.3 傳動機構(gòu)的設(shè)計 傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求具有穩(wěn)定性和精確性，本設(shè)計中采用的是軌道和氣壓傳動。傳動的方式有很多，經(jīng)過篩選有以下幾種： ① 電動機（電傳動） ② 液壓缸（液壓傳動） ③ 機械傳動 ④ 氣壓缸（氣壓傳動） 綜合以上幾種傳動方式，機械傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大；電傳動的配管配線復(fù)雜，且受溫度影響大，防潮性差等。最后決定選用廣泛使用的氣壓傳動。氣壓傳動使用安全、維護簡單、動作速度快、與液壓方式相比啟動方式可在高溫下使用、適于短距離傳動等。 圖3.6 導(dǎo)軌 其中由《機械設(shè)計手冊》查得導(dǎo)軌的型號為RSR 20N，見上圖3.6所示，導(dǎo)軌的性能指標(biāo)見表3.2。 整個裝置需要兩個氣壓缸：一個是頂部整體檢查機構(gòu)的氣壓缸；一個是保證檢查機構(gòu)能夠在軌道上滑動的水平氣壓缸。兩個氣壓缸都須選用雙作用氣壓缸。 由于氣壓缸只能提供推力和拉力，不能保證準(zhǔn)確性能，所以要在上鋼板安裝導(dǎo)向柱，在這里出現(xiàn)一個導(dǎo)向柱數(shù)目的問題，根據(jù)檢查的精度要求，綜合分析后，決定用兩個導(dǎo)向柱來確保檢查機構(gòu)的準(zhǔn)確性。 表3.2 導(dǎo)軌尺寸 型號 M W L K W W M F RSR20N 25 46 66.5 17.5 13 15 60 缸蓋零件圖中，裝配螺栓的位置尺寸，如下圖3.7所示。 圖3.7 缸蓋 軌道的長度選擇為： L=800mm 頂部氣壓缸的行程為：S=90mm 水平氣壓缸的行程為：S=78mm 通過支架上的水平氣壓缸來完成檢查機構(gòu)的水平移動，然而只有水平方向氣壓缸是不能保障移動的準(zhǔn)確性的，所以在軌道的兩段需要安裝一個沖擊吸收定位器，兩個沖擊吸收定位器之間的距離根據(jù)檢查機構(gòu)移動的距離來確定。由上圖所測可知，兩排螺栓的距離為L=78mm，故兩沖擊吸收定位器之間的距離也為78mm。 頂部氣壓缸的選擇： 估算整個檢查機構(gòu)及固定鋼板的重量：M=45.779Kg，故選用600N左右的氣壓缸。 由機械設(shè)計手冊選取QGB80150-----前法蘭型雙作用氣缸 氣缸的基本尺寸如下： D D1=30mm P=0.5Mpa 式中： D0——缸徑 D1——活塞桿直徑 P——氣缸工作壓力 水平氣壓缸的選擇： 估算水平的推力： 其中鋼對鋼的滑動摩擦系數(shù)為：0.05～0.1 軌道上的重量大約為： M=104.1377+45.779=149.9167Kg， （3.4） 故水平的估算推力大約為： F=149.9167×10×0.1=149.9167N （3.5） 故選用200N左右的氣壓缸。 依據(jù)計算可選取QGB63-------前法蘭型雙作用氣缸，其基本尺寸如下： 缸徑：D=63mm 活塞桿直徑：D=20mm 工作壓力：P=0.5Mpa 3.4 螺栓連接計算 3.4.1 水平汽缸螺栓的鏈接和校核： 因為水平的汽缸剛經(jīng)為63mm，汽缸的最大工作壓力為0.5Mpa，所以汽缸的作用力為F=P×S F=3.14×0.5×632×1000000/1000000=6231N 所以螺栓受到的剪切力為6231N 計算所需滿足此力的螺栓的直徑 計算安全系數(shù)為1.2 所以剪切力為6231×1.2=7477N 受橫向載荷緊螺栓連接強度校核與設(shè)計的基本公式如下： （1） 預(yù)緊力計算公式： （3.6） （2） 校核計算公式： （3.7） （3） 設(shè)計計算公式： （3.8） （4） 許用應(yīng)力計算公式： （3.9） 式中： ──橫向載荷，N； ──螺栓預(yù)緊力，N； ──可靠性系數(shù)，取1.1～1.3；m──接合面數(shù)；f──接合面摩擦因數(shù)，根據(jù)不同材料而定。鋼對鋼時，為0.15 左右； ──螺紋小徑，從表中獲取； ──螺栓屈服強度，MPa，由螺栓材料機械性能等級決定； ──安全系數(shù)，按表3.3選用。 表3.3　預(yù)緊螺栓連接的安全系數(shù) 材料種類 靜載荷 動載荷 M6～M16 M16～M30 M30～M60 M6～M16 M16～M30 M30～M60 碳鋼 4～3 3～2 2～1.3 10～6.5 6.5 6.5～10 合金鋼 5～4 4～2.5 2.5 7.5～5 5 6～7.5 受橫向載荷緊螺栓連接的基本形式如圖3.8所示： 圖3.8　受橫向載荷緊螺栓連接 所以受軸向載荷預(yù)緊螺栓連接計算計算結(jié)果： 橫向載荷 　 FA = 6.3 kN 螺栓機械性能等級 = 6.8 螺栓屈服強度 = 480 MPa 安全系數(shù) Ss1 = 3.5 螺栓許用應(yīng)力 [δ] = 137.14 MPa 可靠性系數(shù) Kf = 1.2 接合面間摩擦因數(shù) f = 0.15 接合面數(shù) m = 1 應(yīng)選用的螺栓： 螺栓受剪直徑 d1 = 26.211 mm 所以必須用四個M8連接 水平汽缸校核： 受橫向載荷預(yù)緊螺栓連接校核計算結(jié)果 橫向載荷 　 FA = 6.3 kN 螺栓機械性能等級 = 6.8 螺栓屈服強度 = 480 MPa 安全系數(shù) Ss1 = 3.5 螺栓許用應(yīng)力 [δ] = 137.14 MPa 可靠性系數(shù) Kf = 1.2 接合面間摩擦因數(shù) f = 0.15 接合面數(shù) m = 1 螺栓預(yù)緊力 Fp = 50.40 kN 螺栓公稱直徑 Md = M30 螺栓小徑　d1 = 26.211 mm 螺栓計算應(yīng)力