车辆工程毕业设计（论文）-发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓装配自动检查装置设计【全套图纸】 .doc

第1章 绪 论1.1 汽车及汽车工业概述 汽车，这个有上万个零件组合的机电产品，凝结了人类智慧的结晶，和谐地将科学技术与艺术相统一，并绽放出绚丽的文化光芒。文化是人类在社会历史实际过程中所创造的精神财富和物质财富，是人类行为的精神内涵。人们在制造和使用汽车的实践过程中，形成的一套行为方式、习俗、法规、价值观念等构成了汽车文化。汽车文化以汽车产品为载体并与之结合，影响着人们的思想观点与行为。汽车工业，在二次世界大战后，特别是进入80年代以来，无论在生产规模，生产数量，生产车型种类方面都有飞跃的发展。在工业发达国家中，轿车的产量和牌型增加很快。重型载货车、特种车的应用领域日广，发展就业很快。汽车工业是加工设备工业的最大用户，大量生产汽车的特殊要求，对高度专用的加工设备的设计和发展具有深远的影响。全套图纸，加153893706根据汽车动力装置、运送对象和使用条件的不同，汽车的总体构造可以有很大的差异，但他们的基本结构都是由发动机、底盘、车身和电器与电子设备四大部分所组成。随着电子计算机的飞速发展和广泛运用，汽车产品也和其他许多领域的产品一样越来越多地引进了微处理机、各种传感器和调节装置，使汽车产品由单一的机械产品向机（机械）电（电器与电子）仪（仪表）一体化的产品过度，并逐步向自动控制和智能化方向发展。1.2 汽车发动机1.2.1 发动机的概述齿轮、有人把引擎成为发动机，其实，发动机是一整套动力输出设备，包括变速引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。随着科技的不断进步，人们不断地研制出不同类型不同用途的发动机，但是不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力，所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。发动机就是将燃料的化学能转换成机械能的机器。在现代汽车上主要应用的是内燃机。内燃机是一种动力机械，它是通过燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式内燃机，也包括叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，通常所说的内燃机就是指活塞式内燃机。内燃机具有热效率高、功率范围广、适应性好、结构紧凑、尺寸小、使用方便、启动迅速等优点，所以被广泛地应用于各种机械。四行程汽油机的一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：进气行程、压缩行程、膨胀行程（做功行程）和排气行程。1.2.2 发动机的组成机体是构成发动机的骨架，是发动机个机构和各系统的安装的基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和部件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由汽缸体、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等零件组成。汽缸盖安装在汽缸体的上面，从上部密封汽缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的汽缸盖内部制又冷却水套，缸盖下端面得冷却水孔与缸体的冷却水相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导向管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等，汽油机的汽缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的汽缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的汽缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用于以安装凸轮轴。汽缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金汽缸盖被采用得越来越多。汽缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其汽缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在汽缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。1.2.3 发动机的分类内燃机的类型很多，通常按不同的特征作如下分类：1. 按所用燃料分：汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等。2. 按每循环行程数分：二行程发动机、四行程发动机。3. 按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。4. 按冷却方式分：水冷却发动机、风冷却发动机。5. 按着火方式分：点燃式发动机、压燃式发动机。 6. 按转速分：高速发动机、低速发动机。7. 按气缸排列方式分：立式发动机、卧式发动机、v型发动机、对置式发动机等。1.2.4 发动机的构造根据组成发动机各部分零部件的作用不同，发动机主要由如下八大部分（柴油机污点火系）所组成，见图1.1。1. 机体2. 曲柄连杆机构3. 换气系统4. 燃油供给系统5. 润滑系统6. 冷却系统7. 点火系统8. 启动系统图 1.1 发动机的构造1.2.5 汽车发动机行业的发展前景2007年中国汽车销售879.16万辆，2010年汽车销售规模达到1800万辆。汽车起动机市场也随之蕴含着巨大的商机。目前，我国汽车起动机和发电机及其主要零部件产品的制造企业在600家以上，其中具有整机生产能力的约300家。随着竞争的加剧，业内市场分割日趋明朗，国产汽车起动机和发电机的国内配套市场覆盖率到达90以上，包括国产乘用车、微型车、轻型车、客车、载货汽车、各类工程及农用机械、船舶等。其中外商独资以及外资企业合资企业，市场扩张迅速，逐渐成为我国乘用车、商用车行业配套机器的主力供应商。相对固定的市场竞争格局使行业原有生产能力得到基本释放，可以预测，行业内新一轮大规模的投资即将兴起。2000-2006年，汽车发动机行业的产销率均在行业标准值96以上。1.3 汽车生产线1.3.1 生产线的概述生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。如何实现汽车大批量生产的总装配及装配线的型式、劳动定额水平、关键工序的自动化、物流与仓储、产品的质量保证体系、生产的组织与管理等，是当前汽车与汽车发动机生产企业所共同面临也是必需研究的主要课题之一。近几十年来，国外汽车工业在应用微电子技术和计算机技术方面发展很快，在汽车产品的开发设计、模拟分析、零部件的加工贮运、装配试验、生产的组织管理和销售服务等方面都得到了广泛应用，实现了一系列的自动化。随着市场对汽车品种需要的多样化，欧、美、日各大集团公司都已实现了多品种混合线生产，节约了物流资金、提高了产品质量，满足了用户多种要求之目的。从轿车工业发展的情况来看，汽车发动机的自动化装配程度，在一定程度上限制了汽车的自动化生产水平。因此，提高汽车发动机的自动装配生产线水准，是目前我们势必解决的重要难题。1.3.2 装配线型式无论国内还是国外，汽车及其发动机的总装配线都需要有高架输送和地面输送两种最基本的型式。其中，高架线一般包括积放式悬挂输送机系统、自行认址岔道葫芦系统、普通悬挂输送机和高架轨道小车。地面线一般包括滑撬式输送系统、地面单链牵引轨道小车、地面板链带随行支架、地面板式输送带等类型。1. 积放式悬挂输送机系统具有自动实现起重、运输、储运、装配和实现科学管理等功能，是一种机械化程度较高的综合性空间储运系统。适于大批量生产，国内外普遍采用；但造价很高。2. 自行认址岔道葫芦系统 具有如上的功能，造价相对较低。3. 普通悬挂输送机国内使用历史较长，价格相对较低。主要缺点是不便于多品种空间储运，工件上下需要配置升降设备。4. 高架轨道小车或者高架平台造价低，工人可上下同时作业；但一般无牵引装置，靠人力推动自由流水。仅适用中小批量生产。5. 滑撬式输送系统具有自动实现运输、储存、装配和实现科学管理等功能，是一种新型的机械化程度较高的综合性地面储运系统。主要优点是工艺性强、灵活性大、柔性好、易于与其它输送装置连接，适于多品种大批量生产。其缺点是占地面积大、价格昂贵。 6. 地面单链牵引轨道小车结构简单，无基础，建设速度快，造价低。可用于多品种生产。7. 地面板链带随行支架工艺与操作性好，但由于支架位置固定，柔性较差，有一定的局限性。故只适用于单一品种的大量生产，造价相对较高。8. 地面板式输送带包括单板和双板两种，是国内外普遍采用的一种型式。适于装配线后段。 1.3.3 装配线的长度装配线的长度，在满足生产纲领、工艺要求、多品种生产和保证质量的前途条件下，应尽可能缩短。平面布置可根据具体情况采用u型、s型、矩型、多层等型式布置。1.3.4 装配线的劳动量劳动量定额水平过高或过低都将影响可行性研究和工厂设计的正确性，也关系到厂房面积、主要生产设备的台数、装配线的长度、生产工人数、投资及经济效益。所以，在可行性研究阶段、尤其是在没有产品图纸时，较为准确地估算装配线劳动量就尤为重要。国外总装方式水平较高，主要是机械化自动化程度较高，故装配公式较少。原因之一是国外的劳动力昂贵，从成本上来说，70年代1台机器人的价格约等于5个工人的年工资，进入80年代，1台机器人的价格只相当于2-3个工人的年工资 ，而效率却比工人高得多。在我国，劳动力资源丰富，国家的建设资金正逐年提高，在大量引进外资、外汇的同时，也引进了大量的先进技术与管理经验。目前为止，国内并没有出现采用全机械化、全自动化的自动检验生产线，故其劳动定额水平相对较低，同时其工作时序也比较长，已基本不能满足现阶段国内外生产的产量需要。限于当前国情国力的影响，我们所要进行的气缸盖进、排气门组的自动检验生产线的设计，不仅要充分考虑我国当前的人口因素，同时更应该考虑社会的就业压力等问题，有步骤的缓解因人口过剩所带来的社会问题。 1.3.5 生产线的展望如何确定汽车生产线的发展，是一种非常复杂的问题，它包括下述几个主要方面：产品的质量、市场的需求量、产品的名称及牌号、产品所处的地位及价格、需要获得的长期与短期销售供货能力、供货灵活性由于欧洲轿车的换代周期较长，因此对于欧洲的轿车制造商来说，产品生产线的发展战略更为重要。以欧洲轿车的生产线为例，进一步阐述汽车生产线的发展与战略问题。与日本生产轿车制造商相比，对于类似的轿车而言，欧洲厂家的工程时数要多70%，开发时间要长25%。一般来说，欧洲批量生产轿车及其发动机的换型时间平均为5年左右，从另一方面来说，为了最大限度地减小风险性，欧洲轿车制造厂家对其生产线的依赖性极大。由于欧洲厂家非常注重新产品的推出，因此在推出每种新产品时，自然要通过采取一系列措施来最大限度地降低每一新产品因失败而带来的风险。1.4 生产线的方案选择1.4.1 汽缸盖自动装配与检验生产线的总体方案选择根据对生产线的型式、条数、长度、劳动量等的分析，针对气缸盖各零部件的分类与特点，大致确定了如下三种方案：1. 气缸盖自动装配与检验生产线的手动化检验生产线2. 气缸盖自动装配与检验生产线的半自动化检验生产线3. 气缸盖自动装配与检验生产线的自动化检验生产线鉴于当前的国情国力，虽然我国劳动力资源丰富、成不低廉，但必须同时满足一定的生产效率，所以排除了全部手动化的检验与安装方案。基于国内现行的企业与行业生活条件，同时必须满足一定的出品率与上产率，故只能在半自动化与自动化两种检验与装配生产线的基础上，进行比较与择优。 在此，我们对半自动化与自动化的两种方案进行如下比较：1. 半自动化装检生产线 (1）人工劳动投入量较大，设备投入较少。(2）成本投入以人工成本最低、设备损耗最大，两者须符合一定的比例。一般来讲，其资金与成本投入量比较小。(3）装配与检验的精度适合，存在一定的人工疏忽与设备故障率。(4）生产率很高。(5）适合并符合中国现行的企业生产条件，现在国内大多数企业正广泛地采用此种或者相近类型的生产或装检方式。(6）无法完成时序内的出品率。2. 自动化装检生产线 （1）人工劳动投入量几乎为零，设备投入量占绝大比重。 （2）成本投入不再以人工成本为依据，主要考虑机电设备的使用率与折损率，两者亦不成线性关系。一般来讲，其资金与成本投入量比较昂贵。（3）装配与检验的精度极高，其产品的次品率几乎来自设备的故障率。（4）生产率最高。（5）适于西方发达国家的企业生产条件与经营管理模式，国内大多数企业几乎没有采用这种生产或装检方式。只有例如长春一汽、上海大众、哈飞、东安等国内几家规模较大的企业才有实力装备如此昂贵的生产线。 （6）充分完成时序内的出品率，可适当缩短时序时间，或55、50、45、40秒不等。1.4.2 方案的择优与拟定基于如上的方案分析与比较，对于目前国内现行的劳动力水平与实际技术等条件的限制，我们初步推荐在资金与实力不充裕的企业或厂家，适合采用半自动化装配与检验生产线（即第一方案）。但技术无国界，为了赶超世界先进国家的技术水平，并加强我国民族汽车工业与制造产业的整体竞争实力，我们有必要广泛推广自动化装配与检验生产线（即第二套方案）。但是，在借鉴发达国家先进技术水平的同时，我们需要本着实事求实、力求发展、争创效益的原则，决不能过于盲目地、完全照搬他国先进技术与设备，而应该有步骤、有策略的对其进行技术创新与装备改良，以期实现自动化装配与检验的逐渐推广与普及。同时，在不断的技术借鉴与自我更新基础之上，必须实现自我价值理念的更新与转换。至此，根据设计任务的要求与指标，即总体方案采用气缸盖自动化装配与检验生产线的设计方案（即第二方案），限于技术要求上的同步，最终确定了气缸盖连接螺栓装配自动检验装置的设计主旨。1.5 本课题的研究意义当前，国内的汽车及车用发动机的生产线水准，几乎还停留在人工化、半人工化、半机械化、半自动化的生产与装配程度。以哈尔滨东安汽车发动机厂为例，其技术水平可堪称国内发动机技术最为先进的企业，其装配与检验技术与哈飞齐名、甚至超出。其最为先进的生产线才刚刚上码不久，并未能实现全部自动装配与检验的程度。 就生产线的整体形象而言，只能利用诸如其外形、价格、尺寸、性能、质量和技术内涵来表明产品的特点。不同级别生产线的界限有互相重叠的趋势，级别界限适宜淡化。但按客户的喜爱程度来划分产品的类别则变的较为重要，为了满足每类客户的不同需要，每一基本类型的生产线及其配额数量都会不断的增加。绝大多数厂家都是根据产品性能的竞争力的分析与评估，结合其内部成本及用户的承受能力来制定产品的价格，可根据产品性能（发动机及其零部件的结构、尺寸、数量，设备的水平及选用装置等）的差异对价格进行调整。于此，基于东安465型发动机的自动装配与检验生产线技术，我们对其进行了现场技术数据调研与现场运作与流程的考察，自主设计并研发出一整套或一系列的适应目前我国现行生产条件与技术下的生产线；力求实现经济、社会价值等最优化。因此，不论是在设计理论研究上，还是在研究成果实用化与通用化方面，都具有一定的现实与战略意义。1.6 设计的预期成果本次设计，我将取得如下成果：1、设计说明书：(1)自动检查装置的总体设计；（2）自动检查装置主要部件的设计。2、图纸有：检查装置总装配图；汽缸、传感器安装总成；主要零部件图。第2章 自动检查装置的总体设计2.1 研究的主要内容本课题研究的主要内容是汽车发动机气缸盖螺栓装配的质量自动检查装置的设计，同时完成如下自动检查装置的主要部件的设计：1、整体机架的设计2、检查机构的设计3、传动机构的设计4、平衡机构的设计2.2 发动机缸盖装配生产线的工艺要求发动机缸盖装配生产线的工艺要求，主要包括以下几道工序： 汽车发动机缸盖排气门清洗 汽车发动机缸盖进气门清洗 汽车发动机缸盖排气门密封质量检查 汽车发动机缸盖进气门密封质量检查 汽车发动机缸盖进、排气门组件检查 汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配 汽车发动机缸盖连接螺栓装配质量自动检查 通过以上几道自动化的工序，达到发动机缸盖装配的标准要求。而下一部分是缸盖连接螺栓自动检查装置的具体设计过程。2.3 设计的目的由于国内的劳动力资源丰富，在我国很多的汽车厂家，都没有实现汽车生产线的自动化。就目前而言，上海大众汽车生产线的自动化程度是比较高的。在做这个设计之前我们特地来到哈尔滨东安汽车公司进行了实地调研。车间目前大部分还是半自动化程度。工人也都分别站在传送带的两端进行手工操作，发动机装配给工人带来较大的工作量，而且存在装配带来的不安全隐患。相对发动机自动化装配生产线而言，自动化更加安全，带来的劳动力也少的多，更加符合这个飞速发展社会的要求，更具有现代化的气息，也更能体现一个国家的现代化程度，因为汽车生产线现代化的程度不仅仅代表一个国家的汽车工业，也更多的代表着一个国家的科技水平和一个国家的现代化工业水平。因此研究汽车发动机缸盖螺栓装配自动检查装置的设计具有非常重要的现实意义，更符合社会发展的要求。汽车发动机缸盖连接螺栓装配自动检查装置的设计，是完全自动化的检查装置，检查时间为60秒。没有连接螺栓自动检查装置的生产线，主要凭借工人的肉眼来检查螺栓安装的正确性，不仅工作单调，而且容易产生疲劳，进而容易导致生产事故。而自动化的检查装置完全可以弥补这一不足。同样可以做到检查的准确性和可靠性，大大地节约了劳动力资源。其缸盖的示意图如图2.1所示。本设计就是要检查螺栓和垫圈安装的正确性。图2.1 螺栓与缸盖连接示意图1-m10内六角螺栓 2-垫圈 3-缸盖2.4 连接螺栓自动检查装置的构思本生产线是为东安465发动机缸盖而设计。发动机的缸盖共有10个螺栓孔分别分布在缸盖的两侧，设计的任务是检查上一道缸盖连接螺栓的安装工序中，垫圈和螺栓的安装是否正确，综合所有可能出现的安装错误，大致会出现五种情况： 只有两个垫圈没有螺栓 没有垫圈也没有螺栓 只有一个垫圈没有螺栓 没有垫圈只有螺栓 有两个垫圈没有螺栓如图2.2所示。正确安装的方式是只有一个垫圈和一个螺栓，而检查各种情况的时间不得超过60秒，又根据设计的要求和各种人力资源及经济因素的考虑，需要设计一套自动装配机构来完成此项任务。鉴于实际装配过程可能出现的几种错误情况，我们应当找出最实际、最实用而又最经济的设计想法。为此在翻阅了大量的关于检查检测装置的设计资料，了解到了众多的检查方法后，通过各种方案优化比较的综合分析，最后决定设计方案是：设计一个能够通过动力在支架上自由滑动的传感器来完成检查检测任务，其结构图见图2.3。图2.2 连接螺栓可能出现的安装错误 图2.3 自动检查装置结构图 1整体机架 2平衡机构 3传动机构 4检查机构 5为缸盖 6 传送带 2.5 本章小结本章主要介绍了此次设计的目的和连接螺栓自动检查装置的构思。本章提出了垫圈和螺栓可能出现的安装错误，大致出现的五种情况。针对这一情况有了初步想法并决定了设计方案是：设计一个能够通过动力在支架上自由滑动的传感器来完成检查装置的任务。 第3章 自动检查装置主要部件的设计3.1 检查装置的设计3.1.1 检查装置的原理螺栓的装配过程中会出现五种错误的情况，而正确的装配是只有一个垫圈和一个螺栓。所要检查的螺栓是螺栓头高为10mm，垫圈的高度是2mm，总高度是12mm。因此我们可以利用螺栓头和垫圈的总高度来确定装配是否正确。本设计利用数字测长传感器由上而下到达螺栓头的高度来确定安装是否正确。向系统输入正确装配时螺栓头和垫圈的总高度12mm，以一个螺栓和一个垫圈时，螺栓头上端为基准，因此就可以判断其他的高度是错误的安装。其传感器的简图如图3.1所示，传感器的性能指标见表3.1。图3.1 传感器1-导线 2-传感器 表3.1 传感器的性能指标传感器型号测定范围分辨率使用温度使用湿度测头重at-110-5.0+5.0mm10m-10+80（但不结冰）3585%（但不结雾水）约150g3.1.2 数字侧长传感器个数的选择由于检查的时间为60秒，需要检查的螺栓数目为10个，这里存在一个传感器数目优化的问题，有三个方案可以考虑： 利用10个传感器同时检查 利用1个传感器，分10次检查 利用5个传感器，分2次检查方案：由于时间是60秒，10个一起检查时间有剩余，多余的时间被浪费，况且10个传感器的费用大。方案：费用上很经济，但是由于时间是60秒，所以在时间上是很紧张。方案：通过5个传感器分步在缸盖的两侧检查，时间和费用上达到折中。通过综合的分析方案最为优越，故选择方案。3.1.3 检查机构的连接和固定在螺栓的检查机构中出现了以下几种问题： 螺栓孔的大小是11，而检查机构中所选取传感器的触头小于11；在检查既没有垫圈也没有螺栓时触头会插到螺栓孔中。 由于是利用每次一起检查5个螺栓的机构，而这5个螺栓的装配又不能保证一定是正确的装配，于是就出现了检查的螺栓的高度不同，因此传感器不能一同接触到螺栓的顶部。 怎样保持5个传感器移动的一致性，怎样能够做到更经济地使用等问题。鉴于以上的问题设计了如下图3.2所示机构。图中1表示为厚度为20mm的45钢的钢板，将5个传感器分别固定在钢板上这样来保证一致性，也节省了分别用5个动力装置的费用，鉴于在检查过程中整个检查机构要受到力的作用，所以钢板与检查机构（也就是1与3）的连接是刚性连接；图中构件2为弹簧，利用弹簧的伸缩保证每个传感器接触到螺栓，以达到检查的目的，另外在整体抬升的时候保证可以将下面的装置弹开。而弹簧由特制的构件11和构件4来固定，当构件5滑到最底端时弹簧为自然长度；图中构件5为阶梯形的管套，其连接如图所示，而固定由构件3上的8销来固定，构件5可以与构件3之间是滑动配合，并能够在一定的范围内滑动，而阶梯管套的阶梯下端又有两种选择：一种选择是实心的钢柱，另一种是图中所示的钢管，比较而言第一种更耐用但自重增加，更重要的是在安装7构件时加工很难。而第二种只需要加工一个内螺纹即可容易的安装上构件7；图中7为替代传感器的构件，其直径是大于11的，这样保证不会探入到螺栓头部的内六角孔中；图中构件6是传感器接触的平台，并用一个螺栓在侧面将其固定在构件5上；图中9为数字测长传感器；图中10为固定传感器的构件。检查的过程就是整体向下移动，构件7接触到螺栓，弹簧被压缩，构件6上升接触传感器，通过传感器的伸缩量来确定螺栓安装正确与否的任务。图3.3 钢板与活塞杆连接示意图图3.2 检查机构钢板与提升钢板的活塞杆连接在这里有两个方案可以考虑： 活塞杆与连接5个检查机构的钢板，可以像导柱一样采用刚性连接。 可以设计一个较为精确的机构来把活塞杆与钢板连接。比较分析可知： 方案可以保证检查时较高的精确性，但对于钢板来说，以有两个导向是刚性连接，再在钢板上加工孔时较困难。且安装时较难。 方案由于已经有导向与钢板是刚性连接，在检查的这个过程中，精度已经完全可以达到保证，故设计一个机构，如上图3.3所示。图中1为设计的连接活塞杆和钢板的机构；2为钢板；3为活塞杆。首先，将活塞杆车成与机构1相配合的螺纹并与之连接，然后在活塞的端部加以垫圈和螺母旋紧。因为有导向柱是刚性连接，所以这个机构还可以保证活塞杆在上下运动时，有一定的摆动而不影响检查的准确性。综合两种方案可以一目了然的看到优缺点，方案更适合整个装置的设计思路，故选择方案。所涉及到弹簧的选择计算如下：取d=0.8mm 经过查表得： d2=14mm d1= d2-d=13.2式中：d弹簧丝直径； d1弹簧内径； d弹簧中径。查表确定有效圈数：n=7圈，自由高度为：h0=pn+2d=36.5mm，适应载荷为kd=34.44n。3.2 整体机架的设计3.2.1 机架形式的确定由于所需要检查的螺栓是m10内六角螺栓，因此对机架有着较高的要求。机架不仅要有较高的稳定性还需要有较高的精确性，有两种方案机架可供选择，如下图3.4所示：方案1悬臂梁式支架 方案2四钢柱式机架图3.4 机架形式方案1悬臂梁式机架，节省材料，经济；占用空间较小；自重较轻；便于移动。但对机架的材料要求较高，稳定性和精确性相对较低。方案2四钢柱式机架，占用空间较大；自重较大；不便于移动。但是稳定性和精确性较高。鉴于该检查装置对机架的要求，综合地比较两者的优缺点，最终确定选用四钢柱式的机架。机架的材料确定为45号钢，厚度为h=40mm。3.2.2 挠度的计算由于整个检查机构的重量都要作用于机架的上钢板，所以上钢板会有微小的形变，于是需要计算上钢板的挠度，来检查检查机构的重量会不会对整个装置的检查过程带来影响。为了保证上钢板能精准地支撑整个装置工作，所以对上钢板进行挠度的计算。上钢板的受力情况可以简化成如下面图3.5所示的力学模型：图3.5 上钢板的受力情况讨论这一简支梁的弯曲变形。利用平衡方程求得支反力为： 查机械设计手册的挠度的计算公式得到以下参数：最大转角为： （3.1） （3.2） 最大挠度： =0.0016809mm （3.3）最大挠度发生在跨度中间。f 钢板受力e 弹性模量i 惯心距l 钢板两柱间的距离经过计算可见钢板的挠度，不会影响到导轨的平行度。因此所选用的钢板符合整个机构的要求。3.3 传动机构的设计传动系统的设计要求具有稳定性和精确性，本设计中采用的是轨道和气压传动。传动的方式有很多，经过筛选有以下几种： 电动机（电传动） 液压缸（液压传动） 机械传动 气压缸（气压传动）综合以上几种传动方式，机械传动结构复杂，占用空间大；电传动的配管配线复杂，且受温度影响大，防潮性差等。最后决定选用广泛使用的气压传动。气压传动使用安全、维护简单、动作速度快、与液压方式相比启动方式可在高温下使用、适于短距离传动等。 图3.6 导轨其中由机械设计手册查得导轨的型号为rsr 20n，见上图3.6所示，导轨的性能指标见表3.2。整个装置需要两个气压缸：一个是顶部整体检查机构的气压缸；一个是保证检查机构能够在轨道上滑动的水平气压缸。两个气压缸都须选用双作用气压缸。由于气压缸只能提供推力和拉力，不能保证准确性能，所以要在上钢板安装导向柱，在这里出现一个导向柱数目的问题，根据检查的精度要求，综合分析后，决定用两个导向柱来确保检查机构的准确性。表3.2 导轨尺寸型号mwlkwwmfrsr20n254666.517.5131560缸盖零件图中，装配螺栓的位置尺寸，如下图3.7所示。图3.7 缸盖轨道的长度选择为： l=800mm顶部气压缸的行程为：s=90mm水平气压缸的行程为：s=78mm通过支架上的水平气压缸来完成检查机构的水平移动，然而只有水平方向气压缸是不能保障移动的准确性的，所以在轨道的两段需要安装一个冲击吸收定位器，两个冲击吸收定位器之间的距离根据检查机构移动的距离来确定。由上图所测可知，两排螺栓的距离为l=78mm，故两冲击吸收定位器之间的距离也为78mm。顶部气压缸的选择：估算整个检查机构及固定钢板的重量：m=45.779kg，故选用600n左右的气压缸。由机械设计手册选取qgb80150-前法兰型双作用气缸气缸的基本尺寸如下： d d1=30mm p=0.5mpa 式中： d0缸径 d1活塞杆直径 p气缸工作压力水平气压缸的选择：估算水平的推力：其中钢对钢的滑动摩擦系数为：0.050.1轨道上的重量大约为：m=104.1377+45.779=149.9167kg， （3.4）故水平的估算推力大约为：f=149.9167100.1=149.9167n （3.5）故选用200n左右的气压缸。依据计算可选取qgb63-前法兰型双作用气缸，其基本尺寸如下：缸径：d=63mm活塞杆直径：d=20mm工作压力：p=0.5mpa3.4 螺栓连接计算3.4.1 水平汽缸螺栓的链接和校核：因为水平的汽缸刚经为63mm，汽缸的最大工作压力为0.5mpa，所以汽缸的作用力为f=psf=3.140.56321000000/1000000=6231n所以螺栓受到的剪切力为6231n计算所需满足此力的螺栓的直径计算安全系数为1.2所以剪切力为62311.2=7477n受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：（1） 预紧力计算公式： （3.6）（2） 校核计算公式： （3.7）（3） 设计计算公式： （3.8）（4） 许用应力计算公式： （3.9）式中： 横向载荷，n； 螺栓预紧力，n； 可靠性系数，取1.11.3；m接合面数；f接合面摩擦因数，根据不同材料而定。钢对钢时，为0.15 左右； 螺纹小径，从表中获取； 螺栓屈服强度，mpa，由螺栓材料机械性能等级决定； 安全系数，按表3.3选用。表3.3预紧螺栓连接的安全系数材料种类静载荷动载荷m6m16m16m30m30m60m6m16m16m30m30m60碳钢433221.3106.56.56.510合金钢5442.52.57.55567.5受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图3.8所示： 图3.8受横向载荷紧螺栓连接所以受轴向载荷预紧螺栓连接计算计算结果：横向载荷 fa = 6.3 kn 螺栓机械性能等级 = 6.8螺栓屈服强度 = 480 mpa安全系数 ss1 = 3.5螺栓许用应力 = 137.14 mpa可靠性系数 kf = 1.2接合面间摩擦因数 f = 0.15接合面数 m = 1应选用的螺栓： 螺栓受剪直径 d1 = 26.211 mm所以必须用四个m8连接水平汽缸校核：受横向载荷预紧螺栓连接校核计算结果 横向载荷 fa = 6.3 kn 螺栓机械性能等级 = 6.8 螺栓屈服强度 = 480 mpa 安全系数 ss1 = 3.5 螺栓许用应力 = 137.14 mpa 可靠性系数 kf = 1.2 接合面间摩擦因数 f = 0.15 接合面数 m = 1 螺栓预紧力 fp = 50.40 kn 螺栓公称直径 md = m30 螺栓小径d1 = 26.211 mm 螺栓计算应力 = 121.82 mpa 校核计算结果： 满足3.4.2 竖直气缸螺栓的连接和校核因为竖直的汽缸刚经为80mm，汽缸的最大工作压力为0.5mpa，所以汽缸的作用力为f=psf=3.140.58021000000/1000000=1048n所以螺栓受到轴向拉力为10048n计算所需满足此力的螺栓的直径受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图3.9所示：图3.9受轴向载荷紧螺栓连接受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本公式： 强度校核计算公式： （3.10）许用应力计算公式： (3.11)式中： 轴向载荷，n； 螺栓小径，mm，查表获得； 相对刚度，按表1选取； 尺寸因数，按表2查得； 制造工艺因数，切制螺纹 ，滚制、搓制螺纹 ； 受力不均匀因数，受压螺母 ，受拉螺母； 缺口应力集中因数，按表3查得； 抗压疲劳极限，按表4选取； 安全因数，控制预紧力 ，不控制预紧力 。表3.4螺栓连接的相对刚度垫片材料金属（或无垫片）皮革铜皮石棉橡胶0.20.30.70.80.9表3.5尺寸因数 螺栓直径d12162024303642485664 10.870.80.740.650.640.600.570.540.53表3.6缺口应力集中因数 螺栓材料 /mpa4006008001000 33.94.85.2表3.7抗压疲劳极限 材 料10q235-a354540cr 120150120160170220190250240340所以受轴向载荷紧螺栓（动载荷）校核计算结果:工作载荷 fc = 1.01 kn 相对刚度 = 0.25螺栓材料 = q235-a螺栓抗拉强度 b = 440 mpa螺栓屈服强度 s = 240 mpa抗压疲劳强度 1t = 140 mpa尺寸因数 = 1制造工艺因数 kt = 1受力不均匀因数 ku = 1缺口应力集中因数 k = 3.9安全系数 sa1 = 2螺栓许用应力幅 a = 17.95 mpa应选用的螺栓： 螺栓小径 d1 = 3.242 mm 汽缸才用4个m6内六角螺栓连接竖直汽缸螺栓校核：受轴向载荷预紧螺栓（动载荷）校核计算结果:工作载荷 fc = 1.01 kn 相对刚度 = 0.25螺栓材料 = q235-a螺栓抗拉强度 b = 440 mpa螺栓屈服强度 s = 240 mpa抗压疲劳强度 1t = 140 mpa尺寸因数 = 0.74制造工艺因数 kt = 1受力不均匀因数 ku = 1缺口应力集中因数 k = 3.9安全系数 sa1 = 2螺栓许用应力幅 a = 13.28 mpa螺栓公称直径 md = m24螺栓小径 d1 = 20.752 mm螺栓计算应力幅 b= 0.37 mpa校核计算结果： ba 满足3.5 平衡机构的设计本检查机构设计的基本要求是保证其准确和平稳性。因此在设计的时候特别地注意了平衡性的问题。在整个装置的设计最后设计了一个平衡的机构，如图3.10所示。 图中1为带凸台的柱体，将1的下段完全嵌入3中，1与3之间为紧配合，然后再焊接使其固定。图中2 为m20的螺母，作用是调节平衡。图中4为镶嵌的塑料块，将与地面接触。该机构安装在支架的底部，可以分别调节高度，用来起到平衡的作用，因此整个检查装置对地面的要求不是很高，更方便安装和使用。 图3.10平衡机构至此，方案构思及各个机构已详细的介绍完，下面图3.11是整个机架的结构图。 图3.11 机架结构简图3.6 本章小结本章讲述了自动检查装置主要部件的设计，其中包括检查机构的设计、整体机架的设计、平衡机构的设计；机架挠度的计算、螺栓的相关计算。通过设计、选型、计算及比较最终确立了设计方案。结 论本文着重的阐述了汽车发动机缸盖连接螺栓装配质量自动检查装置的设计的全过程，其检测原理、传动方案体现了此机器的先进性，解决了生产实际中的效率与质量的矛盾。五个检查触头的设计，既经济又提高了检查机构的速度，大大节省了检查时间；平衡机构的设计，使检查过程中，对环境和地面的要求大大降低，提高了经济效益。在设计过程中，涉及到了很多关于机械连接和机械传动方面的问题。就此通过查阅大量的书籍和刊物，了解比较了各类传动方式和连接方式。本设计就采用了气压传动，通过电传动、液压传动、机械传动和气压传动的比较，最终确立了使用安全、快捷、维护简单、适合短距离传动的液压传动。本设计中为了是检查装置运动设计了直线滑动导轨，有效的帮助了检查装置在机架上的滑动。在设计中还专门设计了调节平衡的平衡机构，有效的保持了整个装置的准确性和平稳性。在设计中最主要的部分是检查机构的设计，检查装置为传感器，则传感器的连接和固定至关重要，本文就重点讲述了检查机构的连接和固定。由于设计中有很多螺栓连接，因此对的一螺栓的一系列计算进行了了解，本文中也进行了部分计算。在此设计期间丰富了汽车与汽车的发展史、汽车文化与环境、发动机的构造与原理等方面的知识，同时增加了对发动机自动装配与检验生产线的知识与技术积累；尤其是针对