机油冷却器自动装备线压紧工位装备设计

本科毕业设计（论文）通过答辩1目 录第一章 引言 .11.1课题的来源、意义 .11.1.1课题的来源 .21.1.2 课题的意义 .2第二章 总体方案设计 .32.1机油冷却器自动装配线的设计要求 .32.2装配方案设计 .32.2.1装配工艺分析与确定 .32.2.2装配线传送方案的比较与确定 .42.3 总体方案的确定 .5第三章 压紧工位装备设计 .83.1机油冷却器定位方案的比较与确定 .83.2机油冷却器夹紧方案的比较与确定 .93.3抽头的设计 .123.4压力机的设计 .133.4.1方案设计 .133.4.2气缸的选择与设计 .133.4.2.1压紧气缸的选择与设计 .133.4.2.2抽头气缸的选择与设计 .173.4.2.3旋转气缸的选择 .183.4.3压紧工位支架的设计 .193.4.4压力机压头的设计 .203.4.4.1悬臂压杆的设计 .203.4.4.2摆动支架的设计 .223.4.4.3转块的设计 .233.4.4.4压块的设计 .24本科毕业设计（论文）通过答辩23.4.5导套的设计 .243.4.5.1抽头导套的设计 .243.4.5.2导杆导套的设计 .253.4.6气缸连接件的选用 .253.4.7夹紧工位结构的确定 26 第四章 总 结 .27致 谢 .28参考文献 .29本科毕业设计（论文）通过答辩3摘 要汽车发动机在高速旋转下发热量很大，尤其是大功率发动机，在高温下对汽车发动机润滑系统的可靠性要求比较高。而机油冷却器可以保持发动机工作状态下可靠的润滑。提高其工作可靠性和寿命，降低发动机本体的制造精度，对于车载发动机来说是必不可少的配套装置。随着我国现代化进程的加快，汽车工业的迅猛发展，机油冷却器市场中的需求越来越大，圆盘机油冷却器由于其结构及性能的优势，更是需求加大。机油冷却器的装配工艺过程是其制造过程中非常重要的环节，装配质量的好坏直接影响机油冷却器的密封性能。可是，由于机油冷却器的结构特点限制，长期以来，在国内外这一工艺过程一直靠人手工操作，效率低，工作劳动强度大，且装配质量过多地受到人为因素的影响，致使机油冷却器质量的稳定性和可靠性不高。随着企业用户需求量的增加，扬州通洋机油冷却器有限公司准备建造一条针对不锈钢圆盘式机油冷却器的自动装配线。基于机油冷却器的结构特点限制，采用完全的自动装配是不现实的。因此在原来的手工装配线，开发一条半自动装配线符合该厂目前的实际情况。这既可以提高机油冷却器的装配质量，又可以节约大量成本。自动装配线由机械系统（包括装配输送线、装配机械手、定位装置、压紧设备等） 、气压系统、电气系统和 PLC控制系统等部分组成. 无疑它将是机、电、气一体化的产品。关键词：机油冷却器，自动化装配线，压力机。本科毕业设计（论文）通过答辩4AbstractAutomobile engine in high-speed rotary would get heat. Under the high temperature, a cars engine lubrication systems reliability requirements are relatively 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 . 本科毕业设计（论文）通过答辩5第一章 引 言随着汽车工业的发展，发动机的转速和功率不断提高，热负荷也越来越大，对发动机润滑系统的可靠性提出了更高的要求。而机油的温度是影响可靠性最主要的因素之一。机油温度过高，其粘度和稳定性显著下降，氧化变质加剧，机油的压力偏低，润滑性能显著下降，这容易造成烧瓦轴、烧曲轴、缸套拉伤等故障。因此，为控制发动机机油的温度，保证各部件可靠而有效的润滑，当机油的温度超过一定值时，就应该使用一定的装置使其降低到合理的范围，机油冷却器就是用来对发动机润滑用机油进行冷却的装置，它可以保持发动机工作状态下可靠的润滑，降低发动机零部件的磨损，提高其工作可靠性和寿命，同时由于润滑性能得到保证，也就间接地降低了发动机本体的制造精度，所以机油冷却器对车载发动机来说是必不可少的配套装置。目前，圆盘式机油冷却器由于其结构紧凑、冷却效果好得到广泛应用，市场需求不断增加，预计今年扬州通洋机油冷却器有限公司产量将达到 40万件。冷却器中有一个芯子总成，它由多层空心圆盘状散热片组成，各层之间有一层水隔板，他们交替地堆叠起来并通过钎焊焊接在一起。芯子总成与冷却器下壳之间也是以钎焊实现连接与密封的。各层散热片的空心部分由两根上下串通的孔道相连，一个圆孔，一个方孔，分别作为进、出油孔，机油通过这两根管道在芯子总成内部流动，而水在芯子总成与冷却器外壳之间的空腔循环。二者是完全隔开的，这样就实现了机油和水的热交换。1.1课题的来源、意义1.1.1课题的来源本课题是扬州通洋机油冷却器厂的委托项目。该厂现有采用的是人工装配。在芯子总成装配中，工人仅用一面一孔定位（套筒固定散热片中心孔） ，周向定位完全是靠人工调整，最后用长销，利用散热片的圆孔矫正定位。然后再由另外一名工人拿到压力机上，加压块和螺母（机油冷却器的中心孔内插有一底部联结一圆盘的长销，长销的另一端加工有螺纹，垫入一块压块后，旋入螺母） ，按动气动按钮对机油冷却器进行预紧，然后手工拔除长销，再加压保压，手工旋紧螺母，最后通过按钮松开冷却器。可以看出整个装配过程显得很复杂，而且都离不开人的应变性，智能性。 基于市场的需求，要扩大生产规模，因此扬州通洋机油冷却器厂委托李益本科毕业设计（论文）通过答辩6民老师设计一套自动装配线，来提高生产率，降低生产成本，保证产品质量，减轻工人的劳动强度。1.1.2 课题的意义本项目的创新之处在于采用机电气一体化的自动化技术来解决制约机油冷却器产品质量和产量提高的装配工艺的瓶颈，实现由人工装配向自动化装配的转变。目前机油冷却器自动装配线的研制开发在国内同类型生产企业尚属首次。随着我国现代化进程的加快，汽车工业得到了迅猛的发展，扬州市的汽车工业已成为扬州多个优势产业中的一个，我市的水箱、油箱、活塞环等在业内具有一定优势，目前扬州正努力成为全国乃至世界的汽车零部件基地。而机油冷却器可以保持发动机工作状态下可靠的润滑。提高其工作可靠性和寿命，降低发动机本体的制造精度，对于车载发动机来说是必不可少的配套装置。圆盘机油冷却器由于其结构及性能的优势，在机油冷却器市场中的需求越来越大。通过本项目的研制开发，促进圆盘机油冷却器产品制造企业的制造装备的技术进步，降低产品的制造成本，保证产品的装配质量，提高产品的装配工作效率从而提高产品的质量和生产率。以适应企业扩大生产规模，及时应对国内外客户的订货需求。因此本项目的实施对企业的发展、技术进步及创造良好的经济效益与社会效益都具有十分重要的意义，同时也对扬州努力成为全国乃至世界的汽车零部件基地起到推动作用。本科毕业设计（论文）通过答辩7第二章 总体方案设计2.1机油冷却器自动装配线的设计要求厂方要求装配线的总长不超过 5米，装配线要达到单班（8 小时）日产1200件以上。完成单件装配平均耗时 :36024()1tS因此装配线的任何工位耗时都不得超过 24秒。这就要求本设计要达到紧凑的结构和较高的装配效率的统一，在设计中，我们要充分地考虑装配质量、效率和成本。2.2装配方案设计2.2.1装配工艺分析与确定本课题的难点在于产品结构比较复杂（详见图 2-1机油冷却器爆炸图） ，机油冷却器的自动化装配，由于受其组成零件的不同类型及形状限制，很难实现其全部零件的全部自动化装配。由图可知装配过程中大量重复性动作主要集中在水隔板焊片（铜片） 、水隔板、散热片的交替装配上。在本设计开始之前，芯子总成的手工装配效率很低，主要是由于散热片、水隔板、以及铜片的数量比较多（分别为 11、12 和 24片） ，每层装配都要保证位置精确，并且不能装错数量和顺序，否则产品会不合格。这是多次的重复劳动，耗时很大。因此该工位可以通过机械手交替装配实现自动化。上下盖和上下外壳的装配量很小（各为1片） ，而且结构不利于机械手的抓取，因此采用人工装配。水隔板焊片（铜片） 、水隔板、散热片的交替装配在实现自动化装配的时候要考虑到如何更好的实现机械手的抓取。因为铜片面积小，中间多孔，无法用真空吸盘抓取；又因为铜片很薄，质量轻，不易于磁吸盘分料抓取。所以我们在设计前打算对水隔板结构进行适应性改造，取消了水隔板与散热片之间的 24层铜片钎料，采用复合材料（水隔板两面镀铜） ，或用事先由另外一个工序将水隔板本科毕业设计（论文）通过答辩8图 2-1机油冷却器爆炸示意图和两面铜片焊合的水隔片总成取而代之。这样就可实现对水隔片总成和散热片的机械手自动装配。又考虑到每个工位不得超过 24秒，而装配零件数又很多，我们决定把机械装配工位设计为两个机械手工步，以达到减少工时的目的。水隔片总成和散热片都为薄片形状零件，其自动装配通过机械手动作实现。由于水隔片总成零件表面积不大，故考虑采用磁盘式机械手装配；而对于散热片零件，其表面积较大，可采用吸盘式机械手装配。这两个零件的装配顺序通过可编程控制器来控制。在机油冷却器装配完成主要所有零件的装配后，需要对机油冷却器进行压紧，然后再夹紧，完成零件的最后装配。现有的人工装配时该工序是通过螺旋夹紧，即把机油冷却器通过中心孔套在一个中间插有长销（长销的另一端加工有螺纹）的底座上，垫入一块压块后，按下气动压头开关，在压头压紧冷却器时手工旋入螺母进行夹紧。现在自动化装配线上，为了有利于实现装配自动化，节约装配时间，以及保证装配的可靠性和稳定性，我们通过压力机来实现机油冷却器的自动压力夹紧。本科毕业设计（论文）通过答辩92.2.2装配线传送方案的比较与确定：按照自动装配的要求，装配机（线）的结构可设计为圆盘回转式、直进式和矩形环转式。方案一：回转式结构较简单，定位精度易于保证，装配工位少，适用于装配零件数量少的中小型部件和产品，基础件可连续传送或间歇传送。但是在本装配中，我们还有两个手工工位，它不宜与手动装配一起组合装配。且占地面积较大，也不可驻料工作，工时较长。可行性差。方案二：直进式，直进式包括非同步直进式和同步直进式。非同步直进式装配工位数不受限制，调整较灵活，基础件间歇传送。适用于自由节拍、装配工序复杂、手工装配与自动装配相组合的装配线上。同步直进式的每个工位的生产节拍是同步的，相对自由性较小。本案例要用随行夹具定位，并且解决随行夹具的返回装置。这里随行夹具在压紧工位的卸与之后的自动上装是难点较大的设计。可行。方案三：矩形环转式，拥有直进式的优点，占地面积大，可以两组装配线同时工作，节省工时。并且无需设计随行夹具的返回装置，只要一个换向装置。可行。厂方要求占地面积较小，生产线不得超过 5 米，基于厂方的意见与分析我们采用同步直进式装配线。2.3 总体方案的确定结合以上对机油冷却器的装配工艺的分析，机油冷却器自动装配线的装配工序和装配方法为：图 2-2装配线流程图第一工位：这一工位是在随行夹具到位后人工放上底座、下盖、下盒以及铜焊丝，并可能在底座和下盖间放上一张石棉纸，以防止入炉焊接过程中夹具体损伤下盖表面。第二工位：这一工位使用两个机械手装配散热片和水隔片总成。其中散热本科毕业设计（论文）通过答辩10片用吸盘式，水隔板用电磁式机械手。二者交替动作，进行芯子总成的装配。第三工位：手工装配上壳、上盖以及焊片，并放上石棉纸和压块。第四工位：压力机自动压紧装配好的工件，并夹紧。最后压头复位，工件由工人取下。随行夹具也由一个气缸推离抽头，等待回送到装配线起点，以再次利用。机油冷却器自动装配线的总体布局，及自动装配线的运动循环图如下： 图 2-3机油冷却器自动装配线的总体布局图本科毕业设计（论文）通过答辩11图 2-4 自动装配线的运动循环图本科毕业设计（论文）通过答辩12第三章 压紧工位装备设计3.1机油冷却器定位方案的比较与确定机油冷却器外形如图 3-1 所示：图 3-1机油冷却器外形手工装配中，先用两个定位孔进行周向定位，装配下盖、铜片、下壳及三四层的水隔片和散热片。在有一定高度时在进油口插入一根长销，底座的中心轴上套上套筒采用中心孔和进油孔定位，装配以上的水隔片和散热片上壳体与上盖。可以看出其自动化定位程度低，不易于实现自动化装配。为了实现装配自动化，整个产品所有零件的装配都应尽量采用统一的定位基准。小组考虑的定位方案有：方案一：采用中心孔和进油孔定位 中心孔是通的，直接由底座（带长销）定位，但是由于下盖在进油孔位置不通，只能在芯子装配一定高度再加入长销定位，这样前面的芯子就没有被定位到。不可行。方案二：采用中心孔和出油方孔定位（两者上下都是通的） 。设计一个带柱销和方销的夹具，由于上盖的方孔比其它的方孔都小，所以方销尺寸应该以冷却器压紧时方孔的高度来设计，上盖以上位置的方销小于方盖以下。问题是位置定了之后，当压紧时，只要当压过设定高度，就会造成对方销的压损。改造：以上盖方孔的大小设计上下同粗的方销，但这样由于太薄，销的周向定位削落了。可行性弱。本科毕业设计（论文）通过答辩13方案三：采用两个小孔定位（原来不通的，将其做成上下贯通的通孔，不影响产品的任何性能） ，但是由于定位销过于细长，装配中这定位销的导向部分会太细，刚度和强度会较弱。鉴于两小孔在冷却器的工作中不起任何作用,可对其结构适当修改加粗。可行性强。 经过小组对其装配工艺反复讨论后，决定用这两个圆柱销所在位置的两个小孔定位。经厂方同意，将小孔直径由原来的毫米扩大到毫米，这样改进后用其定位的可行性大大提高。与之对应的两个定位销直接装配在随行夹具上（随行夹具请看李红兵的设计） ，这样就实现了装配线的自动定位。图 3-2 随行夹具3.2机油冷却器夹紧方案的比较与确定现有的手工装配中，采用的六角螺母和螺栓夹紧，用气缸驱动压紧，压力机（工作压强约在 0.25 MPa）压紧壳体后，拧紧六角螺母之前需要用钳子将套筒和长销拔出，以保证手工拧紧螺栓时的空间，操作上费时又费力，这在自动装配过程很难实现。自动化装配线上，为了有利于实现装配自动化，节约装配时间，以及保证装配的可靠性和稳定性，我们需要对先前的定位（上面已经阐述）及夹紧机构进行优化设计。方案一：螺栓式夹紧 由于定位方案中取消了套筒，只要在上个手工工位装配上压块和螺母。问题是对于螺母的自动旋紧难度较大，它需要配有自动扳手才能实现装配自动化。可行性较差。本科毕业设计（论文）通过答辩14图 3-3 螺栓式夹紧方案二：采用楔块自锁 斜面角度取 4-5 度，夹紧后可靠自锁实现夹紧。压紧工件后工人稍稍用力把楔块推入夹紧杆的楔形槽即可实现冷却器的夹紧。工人的操作时间减少，但是，这种方案仍用了压块和楔块两个装置，且需要人机共同作业，没有实现完全的自动化。不是最佳方案。图 3-4 楔块夹紧方案三：具有棱柱止动杆的单向机构 在压块的周向设计由弹簧和止动块，在夹具杆上的压紧高度段上设计一段棱柱齿，这样，压块能向下运动反向不能。本科毕业设计（论文）通过答辩15但是，该压块的加工相对较复杂，对于大批量的生产经济性较查差，方案可行性差。方案四：螺旋槽夹紧 在夹紧杆上面设计道矩形的 L 型螺旋槽，其一段是直槽，末端是 4-5 度的螺旋槽。在压块的下端面处设计一个卡齿，压块沿着螺旋槽先向下直线运动，再旋转卡住螺旋槽，从而夹紧。该压块可通过铸造成型，但铸造成型的零件工艺性较差。压块如图 3-5图 3-5 压块方案五：方案四的改进。为解决铸造压块的工艺性问题，可在压块上面开对称孔，孔内安装销，以起到卡齿的作用。可行性好。图 3-6 螺旋槽夹紧本科毕业设计（论文）通过答辩16经过比较最终采用方案五螺旋槽夹紧。如图 3-6 所示，在夹紧杆上面巧妙地设计了一道矩形螺旋槽，其一段是直槽，螺旋角取 4-5 度，螺距 4mm。在压块上面安装了一根销，直径为 6mm，在压力机工位的前一工位，由工人装配上盖等零件的同时把压块放上去，使销恰好放在直槽内，这时销与螺旋槽起点还有一定的距离，当压力机压头把冷却器上盖压下时，销随压块在重力的作用下自动落到螺旋槽的起点处，这时利用一个摆动气缸将压块转动一个角度，销带动压块随螺旋槽下移，从而将机油冷却器夹紧。这种方法取消了套筒，只用一个简单的压块就实现了冷却器的完全自动夹紧。3.3抽头的设计如图所示，在压块转动以前，定位销顶端有一部分露在外面，显然会妨碍压块的转动，为此需要先将定位销（随行夹具）拔除，然后再夹紧。抽销的动作采用气缸驱动。这一部分关键是抽杆和导轨的设计。我采用 T 形槽结构，及从随行夹具的一端开个 T 形槽（不通，在另一端留有 10mm 的厚度，并且开口端与装配线的流线方向一致。 ） ；相对 T 形槽的形状设计一个抽头；同时在冷却器压紧工位处的导轨为了让随行夹具从下抽出，导轨在宽度上要向外阔出，大于随行夹具的宽度。同时导轨的台面也要上升，上升到底座的高度（底座的直径要大于随行夹具的宽度）来做底座的支撑台面，好进行压紧与夹紧。 抽头设置在 T 形槽同一高度，随着工件输送到位，随行夹具已经套入抽头，然后气缸驱动将销随随行夹具一起拔出。如图 3-7：图 3-7 抽杆示意图本科毕业设计（论文）通过答辩173.4压力机的设计3.4.1方案设计前面阐述了机油冷却器在整条线上的定位问题，以及最后压力机工位的夹紧方案，在此基础上，我们才得到了压力机的总体设计方案。如图所示,压力气缸驱动悬臂压杆先将装配完所有零件的机油冷却器压紧，随后另一气缸驱动抽杆将定位销随随行夹具拔除，然后一个摆动气缸驱动一个装了拨销的转块，拨销带动压块旋转一个角度，将工件夹紧。最后悬臂压杆台回摆动气缸转回。 如图 3-8所示。图 3-8 压紧方案示意3.4.2气缸的选择与设计3.4.2.1压紧气缸的选择与设计（1）气缸的布置位置：气缸的布置位置大体上有以下两种，如图 3-9 所示。图 3-9 汽缸布置示意本科毕业设计（论文）通过答辩18第一种布置形式是正对悬挂式，气缸的活塞杆不受径向力，对导向装置的要求比较低；但是活塞杆受压力，输出力比较大时需要进行稳定性验算；气缸采用脚架式安装，需要制造很高的支架；安装螺栓受剪力；压头与活塞杆正对机油冷却器，由于机油冷却器的结构特点，这种结构会妨碍摆动气缸的安装。因此不予采用。第二种布置形势是旁置落地式，气缸安装位置很低，低于导轨面，采用图示后置法兰式安装，虽然要求悬臂压杆有很高的刚度和强度，气缸法兰处螺栓和地脚螺栓会受较大的拉力，活塞杆导套会受很大的径向力，但是如果采用较大的地脚螺栓，在压下位置让导套尽量靠近悬臂压杆，这种力是可以降低到可接受的程度的；由于不需要很高的支架；活塞杆受拉，不存在稳定性问题；落地式安装稳固；压块活动空间很大；这些都是明显优于前者的，所以决定采用这种布置方案。 （2）缸径的选择根据工作机构所需力的大小，考虑气缸载荷率确定活塞杆上的推力和拉力，从而确定气缸内径。气缸由于其工作压力较小（0.40.6MPa） ，其输出力不会很大，一般在10000N（不超过 20000N）左右，输出力过大其体积（直径）会太大。通洋机油冷却器厂目前这类产品的人工装配线所用的气缸缸径为 250mm，极限输出力为 5t（工作压力为 1.0MPa 时） ，据车间的技术员介绍机油冷却器的压紧需要 1吨左右的力。据我们现场所见，平时作业中工作压力为 0.2MPa，工人师傅根据经验适当地增加，但很少超过 0.3MPa，我想这主要是根据厂里气压站提供的气源压力设定的，该厂的气源压力本来就比较低。厂里的气源压力如果很高，使压力机工作在 0.4MPa 以上，那么气缸的直径还可以进一步减小。但是由于气压站气源压力不高，经过减压阀以及各级管路损失，该厂压力机工作在 0.2MPa比较适宜，因此我的计算仍采用这一参数选择气缸直径。气缸在 0.2MPa 工作时，不考虑效率因素所能提供的压紧力为 24FDFSPP 即求得： 69804.21m可见，选择原缸径 D=250mm 时比较理想的，只要保持在 0.2MPa 以上的工本科毕业设计（论文）通过答辩19作压力，就可以保证 1t 的压紧力，并且压缩空气的利用率比较高。因此，压紧气缸缸径选择 250mm。（3）气缸行程气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧的机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加 1020mm 的行程余量。在本设计中，压紧气缸的行程主要需要考虑两个问题：行程太长，会造成压力机高度尺寸过大，与导轨的高度不协调，与压头导柱相配合的导套高度相应增加，其刚度难以保证，因此导套乃至整个气缸支架的受力条件都会恶化，这就间接的需要增加其结构尺寸；并且，压头导柱过长，也会影响其刚度和装配效率。行程过短，不利于从导轨面上将机油冷却器的零件或者连同其随行的夹紧杆，抽头方块等一起取出，也不利于在线检查和维修时（如机器调试检查或中途出现故障时）的操作。为此根据卸取物品人通常所需的空间，我们小组三人通过统计与协商，最后确定压紧气缸的行程为 200mm。并且压头底端行程下限在压紧时也留有适当的余量，以适应将来可能装配其他高度尺寸比较小的冷却器产品（如 6 片式）的要求。具体尺寸见装配图。（4）安装形式的选择安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定式安装方式：轴向支座（MS1 式）前法兰（MF1 式） 、后法兰（MF2 式）等；在要求活塞直线往复运动的同时又要缸体作较大圆弧摆动时，可选用尾部耳轴（MP4 或 MP2 式）和中间轴销（MT4 式）等安装方式；如需要在回转中输出直线往复运动，可采用回转气缸。有特殊要求时，可选用特殊气缸。具体的安装形式及其特点见表 3-1。本科毕业设计（论文）通过答辩20表 3-1 气缸的安装形式分 类 简 图 说 明轴向支座 MS1式支座式切向支座式轴向支座，支座上承受力矩，气缸直径越大，力矩越大前法兰 MF1 式前法兰紧固，安装螺钉受拉力较大后法兰 MF2 式后法兰紧固，安装螺钉受拉力较小固定式气缸 法兰式自配法兰式法兰由使用单位视安装条件现配单耳轴销 MP4式尾部轴销式 双耳轴销 MP2式气缸可绕尾轴摆动头部轴销式气缸可绕头部轴摆动轴销式气缸中间轴销 MT4 式气缸可绕中间轴摆动本科毕业设计（论文）通过答辩21根据上面对气缸布置位置的分析可知，采用后法兰式安装是最好的选择，这种安装，螺栓的安装位置最低，最可靠稳固，安装方便美观，制作的支架结构简单。由于气缸的安装螺栓强度不需要校核，所以，地脚螺栓与安装螺栓性能等级相等的情况下，只要其直径比安装螺栓大，那么就不需要进行强度校核。在此，地脚螺栓直径选 24mm，地脚角钢选 10 号，厚度为 12mm，即b=100mm,d=12mm。压紧气缸的型号选择为 QGBZMF2-250-250。3.4.2.2抽头气缸的选择与设计如图 3-10 所示，气缸的缸径和行程选择应参考以下的结构尺寸。图 3-10 抽销气缸行程示意缸径参数由于没有实验条件，只能粗略地估算。气缸主要克服的是定位销与冷却器定位孔之间的摩擦力，这个力不会很大，选取缸径初定在 80mm 以内。由于随行夹具的高度为 156mm,考虑到抽到下限时，定位销顶端离支架底面还应有一定的距离，整个气缸的有效行程为 186mm。为了气缸的安全不能使用气缸的满行程，为此选取气缸的标定行程为 200mm。由于气缸的行程较长，为了使其有较好的导向刚度，气缸的直径不能太小，为此最终选取缸径为 100mm。气缸型号为 QGBZMF2-200-100。压紧气缸和抽头气缸都是选用的 QGBZ 系列，它是 QGA，QGB 系列的改进型号，由优质碳素结构钢制造，坚固耐用。其外形如图 3-11：本科毕业设计（论文）通过答辩22图 3-11气缸外形3.4.2.3旋转气缸的选择摆动气缸有叶片式和齿轮齿条式，叶片式结构比较紧凑，但是由于输出扭矩较小，受到冲击叶片容易损坏等缺点。实际生产中广泛采用齿轮齿条式。这种气缸的工作原理是：气体推动活塞的直线运动带动齿条直线运动，齿条与齿轮啮合，使齿轮输出回转运动。摆转角度一般有 90、180、270 度三种。这种气缸克服了叶片式的一些缺点，但是其不足之处是结构尺寸比较大，由于齿条的存在，摆动气缸外形很长，如图 3-12 所示：图 3-12 齿轮齿条摆动气缸 图 3-13 方形摆动气缸我们到厂里没有得到具体的锁紧螺母所需的扭矩数据，但是我们实地观察了工人的操作，并且尝试了自己锁紧的过程。我们用的是一个 250mm 左右长度的扳手，扭转了 1/4 圈左右，并且力度不大，大约 50N。由此算出扭矩M=50*0.25= 12.5Nm。我们最终选用了烟台未来自动设备有限公司生产的 LTA 系列方形摆动气缸。这种气缸比一般的齿轮齿条式摆动气缸长度尺寸缩短了一半。我采用的型号为LTA63-270。主要技术参数为缸径 63mm，摆动角度 270 度，在 0.4Mpa 压力下输出扭矩 30NM。如图 3-13。本科毕业设计（论文）通过答辩233.4.3压紧工位支架的设计导轨支架支撑角钢的设计选用：根据材料力学知识，这四根角钢承受的是压力，对于压杆，只要进行了稳定性计算，就不必进行强度校核。本设计的四根杆没有钻孔等局部削弱，只是在距离地面约 758mm（约为杆长的 3/4）处焊接了支撑抽头导套钢板的角钢钢板，导套受力很小，焊接深度和焊缝长度都不大，对杆的削弱很小。所以只需进行稳定性计算，选用合适的角钢即可。由本设计的结构和受力条件，取四根角钢之一研究，按照选用气缸的最大压力 5吨（即工作在 1.0MPa时的极限情况下所能达到的压力） ，每一根角钢都可看作两端固定结构，因此长度系数 =0.5。受轴向压力为 12.5KN,长度为L=1.5m,Q235钢材料的许用应力为 =150MPa。由经验压力机工位的导轨支架立柱采用其他工位用的 4#角钢，即b=40mm,d=4mm远远满足稳定性要求，从而根据材料力学知识，也一定满足强度要求，可放心采用。另外，Q235 钢材在任何普通生产条件下都能焊接，没有工艺限制，对于焊接前后的热处理及焊接热规范没有特殊要求。焊接后的变形容易矫正。厚度大于 20mm，结构刚度很大时才要预热，而通常用的 35、40、45 号钢在一般情况下，焊接时有形成裂纹的倾向，焊前应预热，焊后应热处理，只有有限的焊接热规范可能获得较好的焊接性能。所以采用 Q235材质的角钢焊接支架的主体结构是不错的选择。两个气缸和两个导套都安装在 Q235钢板上，钢板与角架焊接成型。最终确定结构如图 3-14所示：本科毕业设计（论文）通过答辩24图 3-14 支架焊接结构3.4.4压力机压头的设计3.4.4.1悬臂压杆的设计悬臂压杆是压力机中受力较大的零件，它把机油冷却器压紧的同时会受机油冷却器的反作用力。在实际工作压力下，我用 WolidWorks2004 中的应力分析工具进行了设计尝试，反复修改方案，最终获得了比较满意的结果。图 3-15 悬臂压杆及其受力示意如图 3-15，我的应力分析条件是：在 A、B 两面施加约束，其中圆柱面 A上的约束相当于导柱外表面给的约束，B 面的约束相当于压力机压下时导柱顶端的台阶面限制其轴向位置。然后在 D 面上施加一个均布载荷 F=10000N，相当于压紧位置机油冷却器在 1t 的工作压力下给悬臂压杆的反力也是一吨。然后本科毕业设计（论文）通过答辩25我分别在不同的结构参数和材料参数下做应力分析。得出了以下结果：悬臂压杆厚度 b=35，加强筋 C 厚度取 d=10mm。其余的结构参数在几次应力分析中保持不变（具体见零件图） 。材料选择普通铸造碳钢，进行应力分析。如图 3-16。结果可知最大应力在加强筋边缘为 175MPa。这时的安全系数只有 1.41。按照软件提供的建议，安全系数在工作压力下应不小于 1.5。所以存在隐患，须要更完善的设计。有两种方法：或改进材料，或改进结构。图 3-16 应力分析图一图 3-17 应力分析图二本科毕业设计（论文）通过答辩26（1）考虑用可锻铸铁代替铸造碳钢其他结构参数和加载条件不变，再次进行应力分析，得到图 3-17 结果。显然，最大应力为 177MPa，安全系数达到了 1.56，满足条件，生产中也比较通用。（2）仍然选用普通碳钢，铸造毛坯，但是加强筋的厚度改为 d=20mm。加载条件和约束条件不变。得到如图 3-18 结果图 3-18 应力分析图三可见最大应力变为 109MPa，安全系数也升到了 2.28。这也保证了在工作压力下安全工作。两种方案都可行，在这里我选用可锻铸铁。3.4.4.2摆动支架的设计摆动气缸受力不大，可用普通钢板焊接而成，也可以用钢板弯制而成。但是不宜用铸造和锻造。因为装配线零件属单件生产，力求制造工艺简单。铸锻件工艺过程复杂，表面需进行机械加工，还要制造模具，很不经济。所以我采用焊接件。具体见零件图。本科毕业设计（论文）通过答辩27图 3-19支撑架3.4.4.3转块的设计转块是把摆动气缸的转动传递给压块的机构。转块与压块的周向传动依靠装配在转块上的两根长销带动（压块也在轴向打两个销孔，压头下压时长销插入销孔，带动压块转动） ，为了增大转距，两长销中心轴应设计的尽量大。在转块与气缸输出轴之间的周转传递可用键或销，由于轴是向下竖直安装的，转块在用键连接时，竖直方向还需要轴端挡圈来定位。但是基于转块的结构局限无法安装轴端挡圈。所以在径向用对称的销连接，既轴向定位又可周向转动（这里径向与轴向的受力都不大，故可用销） 。图 3-20转头本科毕业设计（论文）通过答辩283.4.4.4压块的设计前面在机油冷却器夹紧方案、转块的设计中都有说到压块的设计，就不重复了。由于随行夹具上的定位销比产品的高度高，装配之后会有一段销露在冷却器外面，在放上压块时会顶住压块，给压块在径向造成不稳定。因此，还必须在块的轴向打两个孔，以便压块的装配。图 3-21压头3.4.5导套的设计两个导套的作用是保证导杆和抽杆的径向位置精度，运动中的刚度。一般把导套通过螺栓联接在安装板上，安装板再联接或者焊接在支架上，而不是直接焊接在支架上。这就要求导套不仅要有导向的内圆柱面，还应该有安装螺栓的翼板部分。可以把导套和翼板铸造成一体，也可以把导套焊接在钢板做成的翼板上。这里我采用了后者，主要是考虑导套比较细长，而翼板又要求有一定的宽度，铸造成一体工艺上要求比较高。但是采用焊接不足之处就是焊接容易变形，导向的内圆柱面焊接后精度不容易保证。3.4.5.1抽头导套的设计在本设计中气缸输出轴在轴向是不希望其转动的，因此我们在抽杆上沿轴向设计了一个导向槽，导套上开一个销孔，装配好抽头与导套之后，插入销，使抽头可以轴向滑动，周向不可转动。本科毕业设计（论文）通过答辩29图 3-22抽头导套3.4.5.2导杆导套的设计设计原理与上相同，不过由于压力机导杆比抽杆长，为了保证导杆的轴向精度，因此导套的高度应设计的高一些。图 3-23导杆导套3.4.6气缸连接件的选用气缸活塞杆接头的选用，这属于气缸附件，不同气缸的接头有不同的要求和形式，对本设计的气缸接头，选图 3-24 所示 Y 形。本科毕业设计（论文）通过答辩30图 3-24 Y形接头3.4.7夹紧工位结构的确定最终设计的压力机结构示意如 3-25所示，具体尺寸参数见附录零件图和装配图。图 3-25压力机结构简图本科毕业设计（论文）通过答辩31第四章 总 结这次设计我的主要任务是压紧工位装备设计，重点是压力机的设计。虽然是最后一个工位，但是跟其他的设计内容又密不可分。无论是从方案的构思选定，还是从某一机构的设计，甚至零部件的选用，尺寸的确定，论文的成文，都精心讨论。自我学习是我这次设计的一大收获，当然在专业技术上的收获也不小。通过设计我对气动技术有了更深的了解，例如气缸驱动的原理、形式、控制和计算。支架部分是用角钢焊接成的，通过查阅资料，我对焊接技术有了新的认识，也复习了材料力学等知识，并使之应用于我的具体设计。在绘图上，学习掌握了 CAXA 软件，复习加深了 CAD 软件和 SolidWorks 软件。当然设计中还存在许多不足。一、在方案上 ：（1）夹紧后的机油冷却器的处理怎样转运到成品区。我现有的设计方案是压紧在压头台回之后人工卸下冷却器放到成品区，这边虽然劳动强度很低，但却需要一个人力在这，与手工相比自动化程度并不是很高。 （2）随行夹具的返回把定位销随随行夹具抽出后怎么让其返回。 （3）由于采用的螺旋槽的高度由于螺旋槽的高度确定是基于对大量冷却器在压紧后的高度的平均值来确定的，这就使得它在实践中对于每个冷却器的夹紧没有调剂能力。二、在经验和数据上：有的东西没有实验数据的支撑，尚需推敲。体现在一些参数由于条件所限，我们无法在参考书或者在厂里得