1_【毕业设计论文】机油冷却器自动装备线压紧工位装备设计-全文【有对应的CAD图】

XX 大学 毕业设计(论文) 毕业设计（论文）题目 所 在学 院 专业 班级 姓名 学号 指 导老 师 年月日 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本 设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了 谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年作者签名：日期：年 月月 日日 毕业设计版权使用授权书 本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院 保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕 业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的 毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。 保密保密在年解密后适用本授权书；在年解密后适用本授权书； 本设计属于：本设计属于： 不保密不保密。 （请在以上相应的方框内打（请在以上相应的方框内打“” ） 作者签名：日期：年月日作者签名：日期：年月日 指导教师签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日 毕业设计答辩小组成员名单 姓名职称单位备注 机械设计服务(有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 组长 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计说明书 题 目 机油冷却器自动装备线压紧工位装备设计 英文并列题目 The oil cooler automatic equipment line contracts the location equipment design 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 目 录 第一章 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 课题的来源、意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 . 1 课题的来源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 1 . 2 课题的意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 第二章 总体方案设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 . 1 机油冷却器自动装配线的设计要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 . 2 装配方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 . 2 . 1 装配工艺分析与确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 . 2 . 2 装配线传送方案的比较与确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 . 3 总体方案的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第三章 压紧工位装备设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3 . 1 机油冷却器定位方案的比较与确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 . 2 机油冷却器夹紧方案的比较与确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 . 3 抽头的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 2 3 . 4 压力机的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 3 3 . 4 . 1 方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 4 . 2 气缸的选择与设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 4 . 2 . 1 压紧气缸的选择与设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 4 . 2 . 2 抽头气缸的选择与设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 . 4 . 2 . 3 旋转气缸的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 . 4 . 3 压紧工位支架的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 3 . 4 . 4 压力机压头的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 . 4 . 4 . 1 悬臂压杆的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 . 4 . 4 . 2 摆动支架的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 . 4 . 4 . 3 转块的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 . 4 . 4 . 4 压块的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 4 . 5 导套的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 4 . 5 . 1 抽头导套的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 . 4 . 5 . 2 导杆导套的设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 . 4 . 6 气缸连接件的选用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 . 4 . 7 夹紧工位结构的确定 2 6 第四章 总 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 致 谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 P L C 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。 Abstract Automobile engine in high- speed rotary would get heat. Under the high 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 temperature, a cars engine lubrication system s 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, it s 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 product including machine, electricity, gas driving etc. Keywords : oil cooler, automated assembly lines, press machine . 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 4 0 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 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 1 2 0 0 件以上。 完成单件装配平均耗时 : 8 3600 24( ) 1200 tSS = 因此装配线的任何工位耗时都不得超过 2 4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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 1 1 、1 2 和 2 4 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 2 4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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 2 4 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 2 . 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 2 - 3 机油冷却器自动装配线的总体布局图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 2 - 4 自动装配线的运动循环图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 3 - 6 螺旋槽夹紧 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： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 3 - 7 抽杆示意图 3 . 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 气缸在 0.2MPa 工作时，不考虑效率因素所能提供的压紧力为 2 4 FDF S PP = 即 求得： 6 44 9800 249.8 0.2 10 F Dmm P = 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 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 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 固 定 式 气 缸 法兰式 前法兰 MF1 式 前 法 兰 紧 固，安装螺钉受 拉力较大 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 后法兰 MF2 式 后法兰紧固， 安装螺钉受拉 力较小 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 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 - 1 0 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： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 3 - 1 1 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