滚针轴承自动装针机设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 中文摘要 生产过程自动化是当前科学技术发展的主要趋向之一。近年来，我国机械制造业中的自动化生产技术有较快的发展，在汽车 、 拖拉机 、轴承、电机等工厂里设计和制造了许多自动化机床和自动线，提高了劳动生产率和生产技术水平，还改善了劳动条件。 轴承是一种通用性机械零部件，用来支撑轴，保持轴的准确位置，在我们日常生产生活中，起到了极大的作用。轴承的分类很多，滚针轴承就是其中很重要的一种。由于其结构特性，滚针轴承在以往的装配过程中，大多采用手工，既费时又费力，极大限制了劳动生产率的提高。要实现滚针轴承装配自动化已经迫在 眉睫。 本次设计的全自动滚针轴承装针机是专为汽车万向节中的滚针轴承装配设计的，其主要特点是结构简单，价格便宜，易于操作，维护方便，并且装针数目准确可靠，是一种比较理想的装配机。本装配机可以绝大部分取代人力劳动，大大提高生产效率，发展前景乐观。 关键词 滚针轴承 装配自动化 全自动滚针轴承装针机 外文摘要 Title The Design Of The Automatic Assembling Machine For Needle Bearings Abstract Process automation is one of the major directions in science technology at present。 In recently years， the technology of automatic production has been developed quickly in our engineering industry。 For example， many automatic machine tools and automatic assembling lines have been adopted in automatic industry and manufacture factories of tractor、 bearing、 electrical machinery。 Therefore， improve the productivity and the level of technology in manufacture， at the same time， improve the work conditions of the operators。 Bearing is one of the universal machine elements。 It can be used to hold the axis and keep the precise location of the axis， also bear the force given by the axis。 In other words， it stands a great role in our daily manufacture。 There are many kinds of bearings and needle bearing is one of the important ones。 In the past， people assembled the bearings by hands because of the structure feature。 Many times and workforce have been wasted， in turn， the productivity has been decreased。 For the above， it is necessary to realize the automation in needle bearing assembling。 In this paper， I will design the automatic assembling machine for needle bearings used in universal Joint of automatic。 The feature of the 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 automatic assembler machine are sample in structure， easily to operate and convenient to maintain， what is more， the cost is low。 Another feature of it is that the needle number to assemble is precise and reliable。 All in all， the automatic assembler machine can liberate the workforce， improve the productivity。 It will be an ideal automatic assembler machine and will have great potential in actual applications。 Keywords needle bearing assembling automation the automatic assembling machine for needle bearings 目录 1 引言 1 1.1 设计意义及目的 .1 1.2 设计题目及要求 .1 1.3 课题内容及工作量 .1 2 总体方案设计 3 2.1 课题的提出 .3 2.2 总体方案 .3 3 典型机构设计 .5 3.1 滚针的自动上料机构 .5 3.2 轴承外圈的上料机构 .13 3.3 装配和卸料装置 .18 3.4 凸轮机构 .20 3.5 传动系统设计 .27 4 机器的使用和维护 .35 4.1 机器的调 整 .35 4.2 机器的使用 .35 4.3 机器的维护 .36 5“ U”形块的加工工艺过程 .37 结论 .42 致谢 .43 参考文献 .44 附录 电算程序 45 图 轴承外圈上料机构仿真图 .49 1 第 1 章 引言 2 3 1 引言 1.1 设计意义及目的 1.1.1 设计意义 此次毕业设计是在我们学完全部基础课程和专业课程之后，并在生产实习和以前进行的各种课程设计基础之上，进行的一个重要而不可或缺的教学环节。 这是我们在校期间进行的最后一次，也是最全面的从生产调研到具体设计的全面训练。这一次最接近于生产实际，是对我们在今后的实际岗位上从事设计工作的一次预演，同时培养我们理论 与实际相结合的能力。 1.1.2 设计目的 培养我们查阅文献和使用工程手册的能力。 掌握进行工程设计工作的一般方法。 第 1 章 引言 4 进一步培养分析和解决工程技术问题的独立工作能力。 1.2 设计题目及要求 1.2.1 设计题目 滚针轴承自动装针机设计。 1.2.2 设计要求 装针机以 CA141 汽车传动轴中的万向节滚针轴承为装配件。 机械手每分钟装配成品十只。 1.3 课题内容及工作量 1.3.1 课题内容 内容为设计研究 CA141 汽车传动轴中万向节滚针轴承的自动装针机。 1.3.2 工作量 主机设计 1张 A0 图 纸（草图）。 设计说明书一份（ 20000 字）。 外文翻译（ 5000 字）。 上机绘制 5张 A0 图纸（ CAD）。 5 第 2 章 总体方案设计 6 2 总体方案设计 2.1 课题的提出 轴承装配（含轴承成品的自动检测、自动包装）自动线一直是困扰着技术进步的难题。在国外著名的轴承公司，这项技术已实际成功应用多年。而国内靠国外引进，而使用效果仍不能令人满意。因而研发轴承装配自动生产线，并与轴承的磨削自动生产线有机连接，对于提高轴承的生产效率和产品质量，减少工序流动中的轴承零件的数量，减少人工干预的影响、降低成 本，意义是显著的。 本课题研究就是其中一例，内容为设计研究 CA141 汽车传动轴中万向节滚针轴承的自动装针机。以往滚针轴承的装配过程为人工操作，由人工先数清滚针数目，然后装入轴承外圈内部。本课题就是为了解决由人工装配带来的繁重劳动问题，使由机器工作完全代替以往的人工劳动而提出的。本装配课题在实际解决后，即自动装针机实际投入使用，完全代替人工劳动后，将会大大提高劳动生产率，更重要的是，节省了大量人力物力资源，对企业效益提高大有益处。 2.2 总体方案 经过两周到一汽的生产实际调研，结合工人的实际生产经验，提出以 下设计方案： 整个装配系统采用卧式装针方式，轴承外圈采用直立状态，开口端正对滚针进给端，滚针采用横向进给方式，即采用一特殊装配装置使滚针安排成圆周均布状态，其圆周直径和轴承外圈内壁直径相同，然后采用一推套把滚针推入轴承内，滚针只需排入轴承内壁即可，从而完成整 7 个装配过程。 为了实现上述方案，本装配系统采用五大机构：滚针的自动上料机构，轴承外圈的上料机构，装配和卸料装置，凸轮机构，传动系统。滚针需要整齐的排序，此机构利用电磁产生的微小振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用驱使滚针向前运动，并在运动过程中自动定向的原 理，采用振动式料斗进行上料，轴承外圈上料机构采用重心偏移法定向的料斗装置原理，具体采用特制一斜边推块上料机构，装配和卸料机构采用一汽实习时所见之装配原理，并进一步改进而成。为了实现装配和卸料机构中推套的运动，采用一圆柱凸轮摆杆机构。由于本系统所需转速低，各轴之间传动比要求低，所以采用链传动，并且结构简单紧凑，对本系统特别适用。 综上所述：本装配机的总体方案合理可行。 第 3 章 典型机构设计 8 3 典型机构设计 本装配系统采用五大机构 ：滚针的自动上料机构，轴承外圈的上料机构，装配和卸料装置，凸轮机构， 传动系统。 3.1 滚针的自动上料机构 3.1.1 自动上料装置类型及特点 自动装卸工件装置通常惯称自动上下料装置或自动上料装置。它所完成的工作包括将工件自动安装到机床夹具上，和加工完成后从夹具上下工件。其中的重要部分在于自动上料过程所用的各种机构和装置。 根据原材料及毛坯形式的不同，自动上料装置有以下三大类型： 卷料（或带料）上料装置。将线状的，细棒状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从轴卷上拉出来，经过自动校直被送向加工位置，在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。 棒料 上料装置。当采用棒料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，然后按每一工件所需长度自动送料，在用完一根棒料之前，加工是连续进行的。 单件毛坯上料装置。当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时需要在机床上设置专门的件料上料装置。 本装配机的滚针和轴承外圈都属单件成品，所以其上料机构属单件毛坯上料装置。 单件毛坯自动上料装置根据其工作特点和自动化程度的不同，可分为料仓式上料装置和料斗式上料装置两种形式。 料仓式上料装置是一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自 9 动定向，需要用人工定时将一批工件按照一定的方 向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。 料斗式上料装置是自动化的上料装置。工人将单个工件成批任意的倒进料斗中，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。 本装配机基于的思想是为了完全解决以往由人工装配的低效率问题，是为了实现装配的全自动化，所以该上料装置采用料斗式上料装置。 3.1.2 两种方案的比较选择 生产中应用的自动定向料斗装置有两大类型： 机械传动式料斗装置。在查阅一些书籍基础上，见到如图所示 之上料机构。其工作原理是：滚针堆放在方形的料斗中，然后通过齿形轮1 转动，使滚针顺序落入齿形轮的齿槽内，再通过一输料管送到装配机构 2 处。 方案一：（如图 3-1） 第 3 章 典型机构设计 10 图 3-1 1 齿形轮 2 装配机构 振动式料斗。在查阅大量文献基础上，见到如图所示之上料机构。其工作原理为：滚针堆放在圆盘底部，在微小振动的作用下，沿圆盘内壁的螺旋形料道向上运动，定向正确的滚针从圆盘上部的出料口进入输料管中。 方案二：（如图 3-2） 11 图 3-2 振动式料斗 具体工作过程为：圆盘形料斗是由内壁螺旋料道和底部呈锥形的料盘 1 组成。盘底做成锥体的目的在于使工件向四周运动，有利于走上料道。料斗的底部用连接块 14 与四个板弹簧 5 相连接，弹簧 5 的下端用连接块 11 固定在座盘 4 上。这四个倾斜安装的板弹簧沿长度方向的中线在水平面上的投影，正好与半径为 r 的圆相切。一般这个分布圆的直径 2r 要小于料盘 1 的平均直径 Dm。在盘底部中央，还固定着衔铁 13，电磁振动器的铁芯和线圈 12 则通过支承盘 3 安装在座盘 4 上。通过三第 3 章 典型机构设计 12 个螺钉 10 可以调节衔铁与铁芯的间隙。整个料斗装置通过下支承盘 6与用圆盘 7 和 8 组成的支座安装在底板上。 当电磁线圈中通入交流电，并且从零增 加到最大值时，衔铁 13 被吸向下，因为板弹簧 5 的下端固定，于是将产生弯曲变形。由于四片弹簧都是沿圆周切向置的，所以圆盘料斗 1 产生了既有上下运动又有切向扭转的振动。料斗底部的工件在振动的作用下沿螺旋料道上升，定向后的工件从出料槽 15 送出。 为了防止料斗的振动传给底板或其他装置，也为了避免支座影响料斗的自振频率，在座盘 4 和下支承盘 6 之间装有三个螺旋弹簧 5，并且用导向杆 9 使整个料斗装置定心。 这种具有一个电磁振动器的料斗结构比较简单，调节衔铁和铁芯的间隙比较方便，但须注意四个板弹簧的刚度应当一致。否则将对料斗的振动 产生不良影响。 两种方案的比较： 方案一结构比较简单，但是在上料过程中存在撞击和摩擦，容易使已经精加工的滚针表面出现划伤，影响轴承的使用性能。 同时可能发生卡死现象。 方案二在送料和定向过程中，没有机械的搅拌，撞击和强烈的摩擦作用，因而工作平稳。对于已经精加工的滚针来说，用这种料斗是很合适的。 最后，选定方案二中振动料斗作为滚针的上料装置，同时采用方案一中的齿形轮作为滚针的二次定向装置。在振动料斗和齿形轮之间用一塑料管连接。经过参考其它上料装置，决定在齿形轮和装配机构之间采用一“ S” 形管道，有利于滚针的自动 上料。 13 3.1.3 振动料斗的设计 振动器 采用电磁振动器，尺寸参照 BK-150 控制变压器铁芯的硅钢片尺寸 ,振动器的铁芯和衔铁间隙取 0.4 1mm。 振动器的线圈接入经过半波整流的交流电，此时振动频率为 50HZ。经过半波整流后，频率虽然降低一半，但振动节奏分明，料斗振幅加大，而且更易保证料道降移的加速度高于升移的加速度，有利于滚针向上滑行，因而能保证较高的送料生产率。 如图 3-3 为振动器的电路图，电路中的半波整流器采用耐压 400 伏特以上，最大允许电流 0.5 5 安培的整流二极管 。 图 3-3 振动器的电路图 支撑弹簧 支撑弹簧的主要参数为截面尺寸和倾斜角 。 应用类比法初步确定板弹簧的截面尺寸为 16mm，厚度为 2.5mm，第 3 章 典型机构设计 14 材料为 65Mn，在调试过程中再作适当的修正。 支撑弹簧的倾斜角 决定于螺旋料道的振动升角 的大小。经验表明，经过半波整流时取 =20° 25°， 角不宜过大或过小， 角较小时，工件向前的分速度大，但瞬时腾空的作用减小，适宜于精密、细小的工件送料； 角较大时，腾空抛掷的作用加强，会导致降低送料平均速度，产生较大的噪声。于是取 =20°。对于圆盘形料斗，一般支撑弹簧固定点的分布圆直径 2r 比料斗的中径 Dm 要小，所以支撑弹簧的倾斜角 不等于 角，为了得到选定的 角，须用下式换算： tg=Dm tg/2r 即： =arctg(Dm tg/2r)=arctg(327 tg20°/310)=21° 圆盘料斗 圆盘料斗应尽量做得轻巧些，一般 都用铸铝制成整体式，然后将螺旋料道车出。 圆盘料斗的主要结构参数是：螺旋料斗的升角 、升距 t和中径 Dm。 螺旋料斗的升角 ， 升角 愈小，工件的平均速度愈高，但料道的螺旋圈数增多。当工件的高度或直径较大时还会使料斗直径显著增大。 值也不能太大，当增加到某一极限值 max 时，工件将不能向上滑移。根据相关分析工件在料道上滑移的条件可知， 角的极限值与 角和摩擦系数 有关，从经验公式可得： tgmax<2 tg(-) 2 tg 即： max arctg(2 tg) 所选取的 值应比 max 小，一般 =1° 5°。取 =3°。 料道螺旋升距 t：应保证两层料道之间不让工件直立通过，其升距可按下式决定： 15 t=1.6L+S=1.6 18+9=38（毫米） 式中 L工件在料道上的长度（毫米 ）； S料道板的厚度（毫米）。 螺旋料道的中径 Dm和料道外径 D：中径 Dm 取决于升角 和升距 t： Dm=t/( tg)=38/（ 3.14 tg3°） =327（毫米） 圆盘料道的外径： D=Dm+b+2e=327+9+2 4=344（毫米） 式中 b 料道的宽度（毫米）； e料斗壁厚（毫米）。 3.1.4 S形输料槽曲率半径的确定 当滚针在输料槽中运动时，为了防止其在下滑时直立，造成卡死现象，其曲率半径有一定的要求。 如图 3-4 所示：采用反推法，先求出工件能够在弯管中顺利通过的半径。如图工件能通过弯道的曲率半径为： R2 =(R-s)2 +L2 /4 由此可得 R=s/2+L2 /(8s) 式中 R 输料槽转弯处的圆弧半径 L 工件长度 式中弧高 s 应根据输料槽直槽部分 B 来考虑选取。如果输料槽的直槽部分与圆弧部分做成一样宽的话，则 B=d+c+s 式中 d 工件的直径 第 3 章 典型机构设计 16 c必须的最小间隙，可以用工件的直径 d作为公称尺寸，取其 6 7 级精度的公差数值 根据本工件滚针的自身特性，取 s=2mm，则工件可以顺利通过弯道的半径 R 为： R=s/2+L2 /(8s)=2/2+182 /(8 2)=21.5 式中 L=18mm 显然，使滚针在输料槽中不会直立的弯道半径 R<21.5，结合其自身结构取 R=16mm。 图 3-4 S形输料槽 3.2 轴承外圈的上料机构 与滚针的上料机构相比，轴承外圈的自动上料机构多了轴承外圈的进一步定向要求。轴承外圈的图样如图 3-5： 17 图 3-5 轴承外圈简图 根据其自身结构特性，其为一端开口，一端封闭的 碗形结构，所以装配时必须要求其开口端正对装滚针端。所以该上料机构必须有二次定向要求。 3.2.1 料斗装置定向方法 通常料斗装置的定向方法有以下几种：抓取法、槽隙定向法、型孔选取法和重心偏移法。 用抓取法定向的料斗装置 在这种料斗中，利用运动着的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状零件。 用槽隙定向的料斗装置 在这种料斗中，用专门的定向机 构搅动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽成缝隙实现定向。定向机构可以作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗的应用范围较广，可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各种带头部的工件。 第 3 章 典型机构设计 18 用型孔选取法定向的料斗装置 在这种料斗中，利用定向机构上一定形状和尺寸的孔穴对工件进行筛选，只有位置和截面相应于型孔的工件，才能落入孔中而获得定向。这种定向机构大多系作连续的回转运动。 用重心偏移法定向的料斗装置 对于一些在轴线方向重心偏移的工件，可以利用这一特性， 使重端倒向一个方向；对于某些重心偏移不太明显的工件，则在料斗中用一些简单的构件人为地造成重心偏移，借以使之定向。 3.2.2 两种方案的比较选择 本装配机用的轴承外圈有两个显著特点： 形状为碗形； 轴线上重心偏移。根据这两个特点，此上料机构有两种方案。 方案一：采用抓取法定向的料斗装置。如图 3-6 所示，为链带式料斗装置，适用于碗状、盖状和环状零件的自动定向。装着销 4 的链带 1，在连续运动时，堆放在料斗 3 中的工件被销子 4 挂住后再被链带向上，然后顺次进入 输料槽 5。工件上行时，当轴承外圈开口朝下时，工件正好被销 4 卡住而能随链带上行，当开口朝上时，工件就不能上行。所以此结构正好可以实现轴承外圈的定向。 19 图 3-6 带式料斗简图 方案二：根据此轴承外圈重心偏移的特性，采用侧边刮板式料斗进给装置。其简图如图 3-7。其工作原理为：当推板向上运动通过料堆时，由于堆板 1 顶部的形状如图，堆板的厚度做成轴承外圈宽度的 1/2，由于轴承外圈的重心偏向封口端，所以当工件的开口端向左，即封闭端朝向料斗时，工件由于重力作用而掉入料斗；只有那些开口朝右，即封口端背向料斗时，工件才 能被推板携带向上运动。由于推板顶面是一个倾斜面，所以定位正确的工件被推倒一定高度，即超过出料口时，工件便顺着输料道输出到装配位置。为了防止推板在上行时被卡死，本装配机选用了导向性好的燕尾槽结构，即把垫板 2 做成带燕尾的槽，推板 1在其中上下滑动。由于本机构对其导向精度不做要求，因此在加工时不要苛求。 第 3 章 典型机构设计 20 图 3-7 侧边刮板式料斗简图 两种方案的比较： 方案一采用链带式上料机构，有其一定的优点。但其整个结构较大，比较适合于大型的机器。其二，由于其带轮为圆形，在工件由销上进入输料道中时，工件由于自身重力作用，有 翻转、错位的可能。其三，当输料道中装满工件时，由链带上行的工件将无处贮存。因此，需另加一自动释放多余工件的装置。 而方案二整个机构比较简单，巧妙的设计推板的形式后，它能简便并准确的给工件定向，大大简化了整个判断控制过程。工件由推板进入输料道时，由于推板形状和输料道形状相似，可以避免翻转、错位现象。当输料道中装满工件时，在推板上准备到输料道中的工件，可以随着推板一起下行，再回到料斗中，不需另加任何装置，因而简化了结构。 综上所述，方案二更适合于本装配机，采用方案二之结构。另外，方案二侧边刮板式料斗装置的驱动机 构采用曲柄滑块机构，为了尽可能 21 增大其行程，减小其结构，采用对心曲柄滑块结构，其示意简图如图3-8： ： 图 3-8 对心曲柄滑块上料机构简图 3.3 装配和卸料装置 装配工艺过程是机械制造过程中必不可少的一环。在大批和大量生产中，常需完成大量而复杂的装配操作，装配工人往往在长时间内重复单纯的、劳动强度较大的工作，与切削加工过程相比，劳动生产率要相对低的多。使装配过程实现自动化，不仅可以使工人从繁重的体力劳动中解放出来，而且是进一步实现生产过程综合自动化的重要组成部分。在大批和大量生产中，产品的装配过程常 常组织在流水线上进行，并采用各种机械化装置来完成那些劳动量最大和最繁重的工作。本装配机装第 3 章 典型机构设计 22 配装置和卸料装置由设计者设计为一体。其工作简图如图 3-9： 图 3-9 装配和卸料装置简图 其工作原理为：轴 4 的左端部作成长为滚针长度的一段轴，周边均布与滚针形状相似的齿形槽。当滚针由滚针的上料机构输送过来后，轴4 旋转一周后，每个齿形槽中装有一滚针。另外，由轴承外圈上料机构输出的工件进入“ U”形块 1 中；然后推套 5 运动，推动滚针进入轴承外圈内部。弹性挡块 2 形状如图示。当推套推动滚针向前运动时，它和轴承外圈有一起向前 运动的趋势，而挡块 2 恰恰给它一适当阻力，使滚针在完全装入轴承之前，轴承不会向前运动。当滚针完全装入轴承后，推套 5 继续前行，由于挡块 2 是斜面形状的，轴承前行时压着挡块，使之缩入“ U”形块 1 内，轴承被推出“ U”形块，掉入“ U”形块 1 左边的下料道中，完成整个装配和卸料过程。 此装置可以提出几点疑点，在此作一解答： 疑点 1：在实际装配时，滚针和轴承外圈内部有油，油液有一定粘度，即有一定的粘力，所以在滚针装入轴承后，推套在回退时，有可能 23 粘在滚针和轴承退回，这如何解决？ 答：这主要依靠挡块 2 的作用。在装配完成后，推套推 着滚针和轴承前行，当它压在挡块 2 并且完全推过挡块 2 之后，挡块在弹簧力作用下随即推出复位，把装配好的轴承挡在左边，当推套回退时，轴承也不会随着退回。 疑点 2：推套推动装配完好的轴承掉入下料道时，轴承可能滚动下行，当它到达地面时会产生冲击力，有可能使装配好的滚针从轴承中脱落，则问题如何解决？ 答：此问题可以把下料道的宽度做的大些，即它的宽度要大于轴承外圈的直径，这样当轴承被推出“ U”形块的长度大于其偏心时，轴承即在重心作用下产生翻转，正好翻转之后，开口朝上落入下料道中，在重力作用下沿着倾斜的下料道下落。这样就大 大降低其下料速度（由滚动转化为滑动），且开口朝上，此状态有利于保护装配完的滚针。 综上所述，此种方案切实可行。 3.4 凸轮机构 3.4.1 两种方案的比较选择 在各种机械中，特别是自动机械中，广泛的应用各种类型的凸轮机构。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单紧凑。 本装配机中，推套的运动为往复直线运动。为了实现此种运动，设计为用凸轮机构。因本装配机推套的运动和动力的输入为都是竖直平面内，所以有两种设计方案。 方案一：凸轮机构选用摆动推杆盘形凸轮机构。 动力输入方式选用一对锥齿轮传动，其结构简图如图 3-10： 第 3 章 典型机构设计 24 图 3-10 方案一简图 其工作原理为：动力由轴 1 输入，通过锥齿轮传给轴 2，然后带动凸轮转动，推动滚子摆动，通过铰支点的杠杆作用，带动推套左右摆动，从而实现装配。 方案二：采用摆动推杆圆柱凸轮机构。其示意简图如图 3-11： 25 图 3-11 方案二简图 其工作原理为：由于凸轮形状为圆柱凸轮，它很好的解决了动力输入的问题。其工作时，圆柱凸轮转动，推动滚子在沟槽中运动。另一方面，摆杆也绕着铰接点摆动，带动推套左右直线运动。 两方案比较：两方案都可实 现预先的运动。方案一采用平面凸轮机构，动力输入采用一对锥齿轮。而方案二采用圆柱凸齿轮机构，大大简化了结构。所以采用方案二。 3.4.2 凸轮轮廓曲线设计 推杆的运动规律，是指推杆在推程或回程时，其位移、速度和加速度随时间变化的规律。通常推杆的运动规律有等速运动、等加速等减速运动、简谐运动和正弦加速度运动等。 本装配机推杆的运动规律可以有两种： 等速运动 第 3 章 典型机构设计 26 在推程阶段，凸轮以等角速度 转动，经过时间 t0 ，凸轮转动的推程角为 0 ，而推杆等速度完成的推程为 h。则推程时推杆的运动方程式为： S=h /0 V=h /0 a=0 回程时基本相似，不再重复。 推杆做等速运动时的运动线图（推程）如图 3-12 所示。 27 图 3-12 等速运动线图 则摆杆在推程和回程时运动速度是恒定的，比较平稳。这是它的优第 3 章 典型机构设计 28 点。但由加速度图线可知，在运动开始和终止的瞬间，速度有突变，所以这时推杆的加速度在理论上由零值突变为无穷大，致使凸杆突然产生非常大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲击，使机 构损坏的较快。另外，这种冲击使整个装配机也产生很大的摆动，对整个装配过程不利。 正弦加速度运动 为了使推杆的加速度按更理想的规律变化，同理可得出推杆在推程时运动方程式为： S=h/0-sin(2 /0)/2 V=h1-cos(2 /0) /0 a=2 h2 sin(2 /0)/ 0 2 其运动线图（推程）时如图 3-13 所示。 29 图 3-13 正弦加速度运动线图 则由图可知，推杆在刚开始和到达最高点时，其速度都为 0，加速度也为 0，故不存在有冲击，所以运动比较平稳，故具有较好的动力性能。而在中部分时，其速度逐渐增大，使推套在装配前具有一定速度，这也提高了装配效率。而在装配结束时， 即推套行程最大时速度为 0，第 3 章 典型机构设计 30 使之有一定的停顿，这样更有利于装配。 综合比较之下，选择 的运动规律。整个凸轮的轮廓线的设计采用作图法，详见附录电算程序 PROGRAM NO.2。 3.5 传动系统设计 通常机械传动中典型的传动方式有齿轮传动、带传动、链传动、摩擦传动等，其各自都具有自己的特点。 带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉、不需润滑以及缓冲吸振等特点，比较适合于高速运动。 齿轮传动的特点有瞬时传动比恒定、传动比范围大、传动效率高、结构紧凑、制造成本较高等。 链传动属于具有中 间挠性件的啮合运动，它兼有齿轮和带传动的一些特点。与齿轮传动相比，链传动的制造和安装的精度要求较低；链齿轮受力情况较好，承载能力较大；有一定的缓冲和减振性能；中心距可大而结构轻便。与带传动相比，链传动的平均传动比准确；传动效率较高；链条对轴的拉力较小；同样使用条件下，结构尺寸更为紧凑；链条的磨损伸长缓慢，张紧调节工作量较小。 结合本装配机的自身特点，要求的转速较低，所以不宜用带传动；另一方面，传动中，各轴之间不要求精确的传动比，所以不宜采用齿轮传动。综之，本装配机采用链传动更为适宜。 3.5.1 电机的选择 综合观察本 装配，其消耗功率的地方主要有：滚针的上料机构、轴承外圈的上料机构、装配和卸料机构、凸轮机构。其中只有轴承外圈上料机构消耗的功率最大。可大体估算如下：设每只轴承外圈的质量为0.2kg，在此机构中，推块的行程为 100mm，推块每上升一次最多可携 31 带三只，则推块在一次行程中所做的功为： w = mg h = 0.2 3 10 0.1 = 0.6(J) 由于前面已 要求装针数量为每分钟十只左右，所以此轴的转速估计为 n = 10r/min，则推块消耗的功率为： P = 0.6 10/60 = 0.1(w) 为了增大其安全系数，所得功率值可乘以一安全系数 5，得其功率值为 P = 0.5w，则此功率值可以假定为其他三个机构各自所消耗之功率，则整个装配机所消耗的功率为： P 总 = 4 0.5 = 2w 选择电机时，只要电动功率满足机器所能消耗的功率即可，因此，电机选为 Y801-4 型，满载功率为 0.55kw，满载时电机转速为 1440r/min。 3.5.2 减速器的选择 由于本装配机所最终要求之转速较低（ 10r/min 左右），而电机转速较高，所以选择减速器的原则为 降速比大； 结构尺寸小。综合考虑之下，减速器选择摆线针轮减速器（ JB2982-81）。根据动力传入方式，选择为卧式，电动机直联型单级减速器。机型号为 15，传动比为43，输入功率为 0.55kw，输入转速为 1500r/min。 3.5.3 滚子链传动 由图 00-05 可知，本装配机的动力输入路线为：动力由电机经减速器，然后输入装配装置轴，然 后再由此轴分别传给滚针上料机构轴和凸轮机构轴，然后再由凸轮机构轴传给轴承外圈上料机构轴。共有四条链和四对链轮需进行设计。 减速器轴与装配装置轴的链传动设计 电机转速为 1500r/min，减速器降速比为 43，则减速器输出轴，即第 3 章 典型机构设计 32 小链轮转速为： n1=1500/43=35.0r/min。预期假设装配轴转速为 25r/min，则传动比 i = 35/25 = 1.4。 链轮齿数计算 为了防止根切，再加上本机构结构尺寸要求，小链轮齿数选为 Z1 = 19，则大链轮齿数 Z2 = iZ1 = 1.4 19 = 26.6 取 Z2 = 27 。 链条节距 P 由于本装配机实际消耗功率较低，再之小链轮转速也较低，由图22-2-2（见机械设计手册第 3 册）选得节距 P 为 08A,即 P = 12.7mm。 检验小链轮孔径 由表 22.2-6， dkmax = 41，而减速器输出轴直径为 35 41，结构可以。 初定中心距 a0 由于 结构上有限制，暂取 a0 = 12P。 链长节数 Lp = 2a0p+(z1+z2)/2+C/a0p = 2 12+(19+27)/2+1.6/12 = 47.1 取 Lp = 47 节 式中 a0p = a0/P C= (Z2-Z1)/2 2 链条长度 L L = Lp P/1000 = 47 12.7/1000 = 0.6m 理论中心距 a a = P(2Lp-Z2-Z1)Ka = 12.7(2 47-27-19) 0.24858 = 151.5mm 33 式中 Ka = 0.24858，表 22.2-7 实际中心距 a a= a- a = 151.5-0.004 151.5 = 150.9mm 链速 V V= Z1 n1 P /(60 1000)= 19 35 12.7/(60 1000) = 0.14m/s 两链轮设计 a 小链轮的设计计算 小链轮齿数为 Z1=19，则 分度圆直径 d 为 ： d = P/sin(180°/Z1)=12.7/ sin(180°/19)=77.1(mm) 齿顶圆直径为： da=P0.54+ctg(180°/Z)= 12.70.54+ctg(180°/19)= 83.0(mm) 齿根圆直径为： df = d-dr = 77.1-7.95 = 69.2 式中 dr = 7.95 分度圆弦齿高 ha 为： ha = 0.27P = 0.27 12.7 = 3.4mm 齿侧凸缘直径 dg为： dg<Pctg(180°/Z)-1.04h-0.76 =12.7 ctg(180°/19)-1.04 12.07-0.76=62.8mm b 大链轮的设计计算 同理可得链轮 Z2 的分度圆直径为： d2 = 12.7/sin(180°/27)=109.4mm 第 3 章 典型机构设计 34 齿顶圆直径 da =12.70.54+ctg(180°/27)=115.5mm 齿根圆直径 df =d-dr=101.5mm 齿侧凸缘直径 dg<95.3mm 装配装置轴与滚针上料机构轴的链传动设计 由上可知，装配轴转速为 25r/min,而整个装配机的要求为每分钟 10只左右。而凸轮轴每转一转就完成一个装配过程，所以凸轮轴的转速为10 r/min 左右。滚针上料机 构的齿形轮直径是装配轴装针部分直径的 3倍，所以它的转速 10 r/min 左右即可。轴承外圈上料机构推块宽度大约为轴承直径之 3 倍，它的轴每转一转，推块就完成一个工作循环，所以此轴转速 10 r/min 左右即可。总之，装配轴与滚针上料机构轴的传动比为 2，装配轴与凸轮轴的传动比为 2，凸轮轴与轴承外圈上料机构轴的传动比为 1。 则滚针上料机构轴的转速为： n2 = n1/i = 25/2 = 12.5r/min 链轮齿数 小链轮齿数，为了满足结构要求和不使小链轮根切，选择 Z1 = 15，则 大链轮齿数 Z2 = 30。 链条节距 P 同理链条节距取 08A，即 P = 12.7mm 检验小链轮孔径 由表 22.2-6， dkmax = 28mm，而实际轴径为 18mm<28mm，可以。 初定中心距 a0 由于受到结构限制，初定中心距为 a0 = 16P。 链长节数 Lp 35 Lp = 2a0p+(Z1+Z2)/2+c/a0p = 2 16+(15+30)/2+5.7/16 = 54.8 取 Lp = 54 节 式中 C= (Z2-Z1)/2 2 =5.7 链条长度 L L = Lp P/1000 = 54 12.7/1000 = 0.7(m) 理论中心距 a a = P(2Lp-Z2-Z1)Kd =12.7(2 54-30-15) 0.24722 = 197.8mm 实际中心距 a a= a- a = 197.8-0.004 197.8 = 197.0mm 链速 V V = Z1 n1 P/(1000 60 )= 15 25 12.7/(1000 60 )= 0.08m/s 两链轮的设计 a 小链轮的设计计算 小链轮 Z1 = 15，则其分度圆直径 d 为： d = P/sin(180°/Z1)=12.7/ sin(180°/15)=61.1(mm) 其齿顶圆直径为： da=P0.54+ctg(180°/Z1) = 12.70.54+ctg(180°/15)=66.6(mm) 齿根圆直径 df 为： df = d-dr = 61.1-7.95 = 53.65mm 其分度圆弦齿高 ha 为： ha = 0.27P = 3.4mm 齿侧凸缘直径 dg为： 第 3 章 典型机构设计 36 dg<Pctg(180°/Z1)-1.04h-0.76 =12.7 ctg(180°/15)-1.04 12.07-0.76=46.4mm b 大链轮的设计计算 大齿轮 Z2 = 30,同理可得 分度圆直径 d = 121.5mm 齿顶圆直径 da = 127.7mm 齿根圆直径 df = 113.55mm 齿侧凸缘直径 dg < 107.5mm 装配轴与凸轮轴的链传动设计 由上述可知， 装配轴与凸轮轴的传动比为 2，小链轮取 Z1 = 15，大链轮取 Z2 = 30， 链节距 P 取 08A，则大小链轮形状同 所设计。不同点在于链长和链速。 初定中 心距为： 根据结构要求，设 a0 = 10P，则链条节数 Lp 为： Lp = 2a0p+(Z1+Z2)/2+C/a0p = 2 10+(15+30)/2+5.7/10 = 43.07 取 43 节 则理论中心距 a为： a = P(2Lp-Z2-Z1)ka = 12.7(2 43-30-15) 0.24722 = 128.7mm 实际中心距 a 为： a=a- a=128.2mm 链速 V为： V=15 25 12.7/(1000 60) = 0.08m/s。 凸轮轴和轴承外圈上料机构轴的链传动设计 此两轴之间的传动比为 1；根据前述可取 Z1 = Z2 = 15， 37 两链轮结构同前述。同理 初定中心距 a0 为 a0 = 10P，则 链长节数 Lp 为： Lp=2a0p+(Z1+Z2)/2+C/a0p=2 10+15=35 节 式中 C=0 理论中心距 a为： a = P/2(Lp-Z) = 12.7/2（ 35-15） = 127.0(mm) 实际中心距 a 为： a= a- a =126.5(mm) 链速 V为： V = 15 12.7 12.5/(1000 60) = 0.04m/s 综上所述，装配轴的转速是其他各轴转速 2 倍，此种设计方案能保证装配时，装配轴左端齿形槽中均填有滚针，使装配时不致有缺针现象。由估算结果可知，本装配机所消耗功率很小，各传动轴直径取在 20左右，足够用，所以其强度校验部分可省略。验算程序见电算程序PROGRAM NO.1。 所以此传动方案切实可行。 第 4 章 机器的使用和维护 38 4 机器的使用和维护 4.1 机器的调整 本装配机在使用前要进行适当的调整。主要有以下几方面： 4.1.1“ U”形块的调整 “ U”形块的作用是托着轴承外圈在其上进行装配和卸料。装配时，推套是推着一圈的的滚针 同时前行，同时进入轴承外圈内壁。假设“ U”形块的中心线与装配轴的中心线不同心时，滚针就很难顺利的进行装配。所以在装配前和装配前期要进行实验，适当调整“ U”形块的位置，使装配时更顺利。 4.1.2 滑动轴承的调整 在机器的安装过程中，滑动轴承的一端和轴肩接触，起到限制轴轴向窜动的作用，滑动轴承工作时，轴承是固定不动的，轴在其中转动，所以如果轴承一端和轴肩之间的间隙过小，则轴在转动时势必受很大的摩擦阻力，增加不必的功率消耗。而反之，若两者之间间隙过大时，轴容易产生轴向窜动。所以两者之间的间隙必须做适当的调整。 4.1.3 链的调整 在安装时，由于链传动的中心距要求较低，而链传动时要有一定的初张紧力，这就需要根据实际情况对链的中心距进行适当调整，使链条松紧适当。 4.2 机器的使用 在机器启动之后，由工人定时向滚针料斗和轴承外圈料斗中分别装入滚针和轴承外圈即可，还需工人定时将装配好的轴承取走入库。在滚针下料时，滚针有可能在特殊情况下卡死，所以由工人通过玻璃观察其 39 下行情况，万一出现卡死现象，立即取下玻璃把出故障的滚针清除。 4.3 机器的维护 机器在使用过程中需要定期进行修检，若发现问题马上解决。另外，滑动轴承在工作 时需要定期向其螺旋槽中注油润滑，以减小其磨损，增长寿命。链条在工作时因其工作速度较低，需采用油刷或油壶人工定期润滑，以增长链轮和链条的工作寿命。 再者，要定期给凸轮沟槽注油润滑，以减小滚子在槽中运动的摩擦阻力。 最后，各铰链连接部分也要由人工定期注油润滑。 第 5 章 “ U”形块的加工工艺过程 40 5“ U”形块的加工工艺过程 工序一：下料 88mm 44mm 32mm 机床：锯床 工序二：铣平面 机床：立式铣床 夹具：专用铣夹具 刀具：面铣刀 工步 1：铣平面一 ，去掉 1mm加工余量。 41 工步 2：铣平面二 ，去掉 1mm加工余量。 第 5 章 “ U”形块的加工工艺过程 42 工步 3：铣一侧平面 44mm 32mm，去掉 1mm 加工余量，工序图同理。 工步 4：铣另一侧平面 44mm 32mm，去掉 1mm 加工余量，工序图同理。 工步 5：铣一侧平面 88mm 32mm，去掉 1mm 加工余量，工序图同理。 工步 6：铣另一侧平面 88mm 32mm，去掉 1mm 加工余量，工序图同理。 工序三：铣“ U”形槽，半径 20mm。 机床：卧式铣床 夹具：专用铣夹具 刀具：仿形铣刀 工序四：铣两端开口槽 5mm 10mm 43 机床：立式铣床 夹具：专用铣夹具 刀具：圆柱铣刀 工序五：加工孔 12mm 工步 1： 钻孔 11mm 机床：摇臂钻床 夹具：专用钻夹具 刀具：麻花钻 第 5 章 “ U”形块的加工工艺过程 44 工步 2：扩 孔 11.85mm 机床：摇臂钻床 夹具：专用钻夹具 刀具：扩孔钻 工序图同上。 工步 3：铰孔 12mm 机床：摇臂钻床 夹具：专用钻夹具 刀具：机用铰刀 工序图同上。 45 结 论 本自动装配机系统采用五大机构：滚针的自动上料机构，轴承外圈的上料机构，装配和卸料装置，凸轮机构，传动系统。滚针需要整齐的排序，此机构利用电磁产生的微小振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用驱使滚针向前运动，并在运动过程中自动定向的原理，采用振动式料斗进行上料，轴承外圈上料机构采用重心偏移法定向的料斗装置原理 ，具体采用特制一斜边推块上料机构，装配和卸料机构采用一汽实习时所见之装配原理，并进一步改进而成。 整个装配系统采用卧式装针方式，轴承外圈采用直立状态，开口端正对滚针进给端，滚针采用横向进给方式，即采用一特殊装配装置使滚针安排成圆周均布状态，其圆周直径和轴承外圈内壁直径相同，然后采用一推套把滚针推入轴承内，滚针只需排入轴承内壁即可，从而完成整个装配过程。 为了实现装配和卸料机构中推套的运动，采用一圆柱凸轮摆杆机构。由于本系统所需转速低，各轴之间传动比要求低，所以采用链传动，并且结构简单紧凑，对本系统特别适用。 本 装配课题在实际解决后，即自动装针机实际投入使用后，完全代替人工劳动后，将会大大提高劳动生产率，更重要的是，节省了大量人力物力资源，对企业效益提高大有益处。 综上，此滚针轴承自动装针机原理可行，实际实用。至此，此课题的设计和研究结束。 结论 46 致 谢 为期两个月的毕业设计终于结束了，整个设计过程是对以往我们所学基础课和专业课的复习、巩固和提高，是以后从事科研工作的一次预演，对以后的从事实际的生产工作大有益处。 在本次设计中，我得到了指导教师导师的谆谆教导和耐心讲解，同时也学到了老师解决问题的方法。从老师的言传身 教中，我也深深钦佩老师的严谨治学的态度，在此深表感谢。在设计中，同时还得到了工程制图教研室，机械原理教研室，机械设计教研室和机械制造教研室的各位老师的指导，在此向各位老师深表谢意。 47 参考文献 1 英 R.M.韦布， B.D.乔特 .自动装配图集 料斗进给装置与控制系统 .上海：上海科学技术出版社， 1983.7 2 英 R.M.韦布， B.D.乔特 .自动装配图集 传送机构 .上海：上海科学技术出版社， 1983.7 3 英 R.M.韦布， B.D.乔特 .自动装配图集 定向 机构与擒纵装置 . 上海：上海科学技术出版社， 1983.7 4 英 R.M.韦布， B.D.乔特 .自动装配图集 工件移置机构 .上海：上海科学技术出版社， 1983.7 5 华中工学