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发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置设计【汽车类】【7张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 发动机DA465Q 缸盖连接螺栓自动装配装置设计汽车 cad图纸

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发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置设计

33页 16000字数+说明书+任务书+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　本文系统的阐述了国内外汽车发动机自动装配技术的现状、水平及我国在此方向的发展状况。并以东安汽车发动机为研究对象，到工厂对其生产线进行了参观和实地考察。根据实际装配与检验过程的工艺要求，进行了自动装配与检验生产线可行性分析。并结合实际条件，确定了汽车发动机缸盖装配与检验工序的基准、生产用量和工时定额。在此基础上，确立了最终的生产线。同时，通过对国外同类汽车发动机生产线参考和借鉴，针对以东安为代表的国内特定的生产技术与劳动条件，对其装配与检验工艺规程进行了详细设计，最终确立了一套完整的适合国内实际情况的汽车发动机生产线。

　　　本文着重介绍汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计过程、方法及工作原理。重点对抓取螺栓装置和传动机构进行了结构的设计和理论的分析，对其中如何实现螺栓的抓取和水平及垂直运动的难点问题。最终采用了机械手、气压缸和滚珠丝杠传动装置完成了上述运动，并对其进行了严格的理论设计计算，使其能够精确的完成预定运动。从而使螺栓安装实现了自动化，很大程度的节省了人工和时间，显著地提高了螺栓装配的质量和效率。

关键词：汽车发动机；缸盖；生产线；机械手；连接螺栓

ABSTRACT

　　The exposition domestic and international automobile engine of this text system assembles the state of development in this direction of current situation, level and our country of technology automatically. Regard automobile engine of Dongan as the research object, has gone to the factory to visit and investigate on the spot to its production line. According to assembling and examining the technological requirement of the course actually, have assembled and examined the feasibility analysis of the production line automatically.. On this basis , have established the final production line . At the same time, through consulting and drawing lessons from the similar automobile engine production line of foreign countries, direct against the domestic and specific production technology represented by Dongan and labor condition, have design in detail to that it assembled and examined the craft rules, has established a set of intact automobile engine production lines which is suitable for the domestic actual conditions finally.

　　　This text recommends the engine jar of the automobile to overlay and connect design process, method and operation principle that the bolt assembles the device automatically emphatically. To picking the design that the bolt device and transmission organization have carried on the structure and analysis of the theory especially, to how among them realize pick and horizontal and vertical difficult point issue of sport of bolt. Have adopted the manipulator , atmospheric pressure jar and ball guide screw transmission device to finish has made its completion that can be accurate book sports. Thus make the bolt install and realize automation, saving to a great extent is artificial with time, have improved quality and efficiency that the bolt assembles remarkably.

Keywords: Automobile engine；The jar overlays； the production line；Manipulator；Join the bolts

　　　摘要I

　　　AbstractII

　　　第1章绪论1

　　1.1汽车及汽车工业概述1

　　1.1.1汽车1

　　1.1.2汽车工业的发展1

　　　　1.2发动机的概述2

　　1.2.1发动机分类和基本构造2

　　1.2.2发动机的工作原理2

　　1.2.3发动机缸盖3

　　　　1.3汽车生产线4

　　1.3.1生产线简介4

　　1.3.2装配线的型式4

　　1.3.3装配线的条数、长度及劳动量4

　　1.3.4本课题研究的主要内容5

　　　第2章发动机缸盖生产线介绍6

　　　　2.1生产线概述6

　　　　2.2进、出气阀的装配7

　　　　2.3进出气阀的装配检验7

　　　　2.4进出气阀的清洗7

　　　　2.5进出气阀的清洗检验7

　　　　2.6螺栓的装配7

　　　　2.7螺栓的装配检验7

　　　第3章发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计8

　　　　3.1总体装置的构思8

　　　　3.2 螺栓抓取与安装装置的设计11

　　3.2.1抓取装置的设计11

　　3.2.2 机械手的固定装置设计13

　　　　3.3 螺栓安装传动机构的设计14

　　3.3.1传动机构在竖直平面内的运动14

　　3.3.2传动机构在水平平面内的运动15

　　　　3.4整体支架的设计23

　　　　3.5平衡装置的设计24

　　　结论26

　　　参考文献27

　　　致谢28

　　　附录29

1.2发动机的概述

1.2.1发动机分类和基本构造

　　　在汽车中最重要的是发动机，他对于汽车就像人的心脏一样重要。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，它是通过是燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的Aa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。

　　　发动机最基本的结构是由气缸、气缸盖、进气门、排气门、喷油漆（火花塞）、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等组成。

1.2.2发动机的工作原理

　　　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。如图1-1所示：　　　被吸入气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。

　　　2、压缩行程。进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。活塞到上止点时，压缩行程结束。压缩终了时，混合气温度约为600～700K，压力一般为0.6～1.2MPa。：混合气被压缩之后，密度增大，压力和温度迅速升高，为燃烧创造了良好条件.

　　　3、作功行程。当压缩冲程临近终了时，火花塞发出电火花，点燃可燃混合气。由于混合气迅速燃烧膨胀，在极短时间内压力可达到3～5MPa，最高温度约为2200～2800K。高温、高压的燃气推动活塞迅速下行，并通过连杆使曲轴旋转而对外做功。

　　　4、排气行程。混合气燃烧后成了废气，为了便于下一个工作循环，这些废气应及时排出气缸，所以在作功行程终了时，排气门开启，活塞向上移动，废气便排到大气中。当活塞到达上止点时，排气门关闭、曲轴转至两周，完成一个工作循环。

1.2.3发动机缸盖

　　　气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。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。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

　　　缸盖上装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

　　　气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，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。气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，其气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气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。1.3汽车生产线

1.3.1生产线简介

　　　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。对汽车发动机的自动装配生产的研究和开发具有重要的现实意义。

1.3.2装配线的型式

　　　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、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。

1.3.3装配线的条数、长度及劳动量

　　　轿车发动机生产线一般均分为两段、三段或多段式，可把上述几种型式有机的结合。装配线一般需要根据产品的品种、生产纲领和装配工艺要求，经多种方案比较论证后再确定。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提条件下，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。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。国外总装水平较高，主要是机械化自动化程度较高，故装配公司较少。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，国家建设资金不十分充裕的前提下，必须大量引进外资。因此大量采用机械化自动化设备是不现实的，故定额水平相对较低。1.3.4本课题研究的主要内容

　　　本项目研究的主要内容是“汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置”的设计。

　　　螺栓的装配：使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入螺栓，完成装配。

　　　总体装置的构思

　　　本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，酱缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。

　　　方案一首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个丝杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四连杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。

　　　方案二首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压，液压传动后电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。

　　　比较和综合烦些上述两个方案，机械手抓取螺栓的确定应用的，而方案一的四连杆机构和转轴运动的稳定性比较差，不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大不部分应用的是气压传动，用起来比较方便。

　　　设计方案为通过丝杠船东来带动机械手来完成水平运动，而用气压来完成竖直运动。具体的设计可以大致分为以下三个部分，并主要解决以下技术问题：

　　　螺栓抓取装置的设计

　　　驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。

　　　整体支架的设计。　　　本文概括地阐述了国内外汽车发动机生产线的现状和发展，着重阐述了汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计部分，重点对抓取螺栓装置和传动机构进行了结构的设计和理论的分析，确定用机械手、气压缸、滚珠丝杠配合来完成主要的运动过程，使其实现发动机缸盖连接螺栓的自动装配。

　　　根据实际装配与检验过程的工艺要求，进行了自动装配与检验生产线可行性分析。并结合实际条件，确定了汽车发动机缸盖装配与检验工序的基准，生产用量和工时定额。在此基础上，确立了最终的生产线。同时，通过对国外同类汽车发动机生产线参考和借鉴，针对以东安为代表的国内特定的生产技术与劳动条件，对其装配工艺规程进行了详细设计，最终确立了一套完整的适合国内实际情况的汽车发动机生产线　　　　

参考文献

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内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行周剩余周学生姓名吕佳文院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-3班指导教师姓名林明职称高级工程师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称HF3型车门左边框焊接总成的自动焊接装置设计指导教师填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置设计院系名称: 汽车交通与工程学院专业班级: 车辆 07-3班学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 2011年3月11日指导委员会审查意见：签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计开题报告学生姓名系部汽车工程系专业、班级车辆工程07-3指导教师姓名职称高工从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状汽车发动机装配的自动化程度，在一定程度上先知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选水准，是目前我们必须要解决的重要难题，近十余年，工业发达国家在产品需求多样化，产品精度不断提高和新技术不断发展的推动下，装配作业自动化技术得到了迅速的发展。自动装配线的制造和应用也进入了一个新的历史时期。目前国外自动装配线制造以美国、日本等最为发达。其他国家，如联邦德国、法国、英国、苏联、捷克、瑞士等也发展很快。当代具有代表性的主要厂家有：美国Cross公司、日本的东芝机械与三协精机、法国的Renault公司、苏联的明斯克自动线工厂等。自动装配设备的使用也以美国和日本为领先。据介绍，美国在1983年已拥有自动装配机近五十万太，占美国机床拥有量的8%左右。日本现役装配机也在二万台以上。在机械装配过程中,基础件和装配件的传送、给料和装配作业可部分地或全部地实现半自动化或自动化。机械装配自动化的主要目的是：保证产品质量及其稳定性，改善劳动条件，提高劳动生产率，降低生产成本。装配自动化的一般要求是：产品的生产批量较大；产品结构的自动装配工艺性好，如装配工作有良好的可分性，零件容易定向、定位，零件间联接多用胶接和焊接代替螺纹联接，避免使用垫片等调整件；采用自动化装配后应具有较好的经济效果。装配作业的自动化程度往往需要经过技术经济分析来确定。2、工业机器人的应用及其自动装配线工业机器人由于可在一次动作循环中灵活完成各种动作，从而代替了装配机中许多复杂部件的功能，使装配机本身复杂程度大大降低。工业机器人有固定程序的，也有计算机控制的。由于计算技术的不断发展与完善，采用计算机控制似乎已成为当前发展的方向，其经济效益也为实践证明是十分显著的。如日本第二精工社利用STM-1000型机器人装配汽车喇叭，其废品率较人工装配时降低了一半，资金收回仅用3年。在一些工作条件恶劣、劳动强度大的作业中，它可使工作效率成倍提高。如汽车制造业冲的车身焊接作业在美国、日本、法国等几乎全部采用机器人，可24小时连续工作，生产效率提高了34倍。由于机器人具有动作灵活性，抓手和工具系统的万能性及准确性，全部采用工业机器人组成的装配线，已经出现.3、自动装配技术的发展方向发展具有柔性及可进行多品种装配的自动装配线由于自动装配线的供料装置、装配工作及其控制系统结构复杂及动作频繁、互锁严格等原因而经常发生故障，降低了装配线的工作效率。故近代装配线中，各装配工位间和分装与总装间采用柔性连接的非同步输送装置趋势已成为发展方向。现代社会由于对产品需求多样化，必须使产品不断更新。为此，能进行中小批量多品种装配的自动装配线得到重视与发展。这一类型装配线只稍作调整即可对“同族”性产品进行自动装配。一般来说，它具有以下特征：广泛采用“功能模块式结构技术”以适应产品变化时能方便进行调整；采用柔性连接的传输方式以适应多品种和各工位节拍时间的变化需要；采用多个自由度装配机器人、利用电子计算机控制，可对任意不同对象进行预订计划的装配，装配程序也可利用动作一次做示范作业循环，然后将程序贮存到控制计算机中，从而简化程序的重新调整。4、目的、依据和意义微型及普及型汽车在我国有很大市场，从0.9到1.6L，价格适合我国国情，适合正在发展的中国的现况。发动机是汽车的重要零件之以，随着现在的设计加工制造技术的发展，发动机的装配方法及技术手段等也在不断发展，确定装配工艺与装夹方案及设计，从而达到对发动机装配工艺进一步的更深了解；该毕业设计可以加强常用工具AutoCAD软件的使用与掌握；加快了解汽车企业生产装配工艺设计，制造及应用的过程。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容根据实际装配与检验过程的工艺要求，进行了自动装配与检验生产线可行性分析。并结合实际条件，确定了汽车发动机缸盖装配与检验工序的基准，生产用量和工时定额。在此基础上，确立了最终的生产线。同时，通过对国外同类汽车发动机生产线参考和借鉴，针对以东安为代表的国内特定的生产技术与劳动条件，对其装配与检验工艺规程进行了详细设计，最终确立了一套完整的适合国内实际情况的汽车发动机生产线。（1）分析零部件图，运用各种知识，机械设计原理选择装配路线，据实际生产条件确定工艺方案及确定几个关键问题（如：关键机构，装置，等）（2）通过分析拟定必要的保证清洗要求的设计内容：螺栓抓取装置的设计，驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计，整体支架的设计。（3）通过分析设计符合实际的缸盖连接螺栓自动装配装置总体结构设计（4）通过分析，对检查装置进行了结构的设计和理论的分析（5）完成二维和三维装配图；（6）要有对相关项目进行理论分析和设计计算。（7）图纸和说明书要符合规范，标准化，清晰。2、本课题研究的主要内容本项目研究的主要内容是“汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置”的设计。并主要解决以下技术问题：1 螺栓抓取装置的设计2 驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。3 整体支架的设计螺栓的装配使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入垫片，拧紧螺杆，完成装配。总体装置的构思本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，酱缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。方案一首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个丝杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四连杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。方案二首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压，液压传动后电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。比较和综合烦些上述两个方案，机械手抓取螺栓的确定应用的，而方案一的四连杆机构和转轴运动的稳定性比较差，不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大不部分应用的是气压传动，用起来比较方便。设计方案为通过丝杠船东来带动机械手来完成水平运动，而用气压来完成竖直运动。具体的设计可以大致分为以下三个部分：1 螺栓抓取装置的设计2 驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。3 整体支架的设计三、技术路线（研究方法）首先，明确目标，我要做的是什么，研究的课题目的，意义参考例1：纸上谈来终觉浅，观察实物，在头脑中留下深刻印象，闭上眼睛就能想出它的结构收集同类机构的资料，研究分析其工作原理，优缺点在原有的基础上，进行创新，改革在实物的基础上进行合理化构思。初步拟定设计方案，请老师批评指点完成设计，cad出图，制造样品机，进行生产效果，效率测试如果，机构生产效率低，精度差，则需要查缺补漏，改进不足如果，机构合格则批量生产，投入生产中四、设计（论文）完成后应提交的成果1、相关零部件三维视图；2、二维装配图与三维各1套3、装置的主要零部件图6张以上；4、设计说明书一份（1.5万字以上）4、所有设计资料的电子文稿五、进度安排（1）熟悉设计任务书，并了解相关材料（网上查阅），准备资料，填写开题报告；第13周（3月3日3月23日）（2）熟悉零部件图纸（提出有相应问题），熟练掌握CAD2004以上版本及装配工艺学：第45周（3月24日4月6日）（3）据自己所学知识及工厂或其它装配厂提出设计方法，确定设计方案及设计内容，有改进解决问题的方法简单方案草图（说明问题），辅助工具excel、word和CAD要有一定使用能力:第67周（4月7日4月20日）（4）螺栓抓取装置的设计，驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计，整体支架的设计及中期检查；第89周（4月21日5月3日）（5）二维装配图与三维的设计：第1011周（5月4日5月18日）（6）进行理论分析和设计计算及装置的主要零部件图设计：1214周（5月19日6月8日）（7）总结设计及编写说明书，后期检查审核及修改不足：第1516周（6月9日6月22日）（8）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月23日6月 29日）六、参考文献1 齐志鹏主编.汽车传感器和执行器的原理与检修.北京：人民邮电出版社，20062 腾伯乐主编.中国汽车工业50年回顾与跨世纪展望.武汉汽车工业大学学报，2008.21（5）3 邱宣怀主编.机械设计.第四版.北京：高等教育出版社，20074 吴宗泽.罗圣国主编.机械设计课程设计（第二版）.北京：高等教育出版社，20065 富成科.机械制造基础M.人民教育出版社，1991.16 徐灏.机械设计手册M.机械工业出版社，2002.87 成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2002.118 熊志旺.SEAT发动机曲轴的结构及工艺性能分析研究D.南京理工大学，20049 臧杰.闫岩主编.汽车构造.北京：机械工业出版社，2005.710 戴同.CAD/CAPP/CAM基本教程.北京：机械工业出版社，199711 盛晓敏.邓朝辉，先进制造技术.北京：机械工业出版社。200012 费仁员.Stefan Hesse （德）刘德忠.装配自动化.机械工业出版社.2007.713 王宝玺.贾庆祥主编.汽车制造工艺学.北京：机械工业出版社.2007.314 Zoran Kunica Bozo Vranjes. Towards automatic generation of plans for automated assembly International Journal of Production Research.1999.515 C. Pan; S. S. Smith; G. C. Smith. Automatic assembly sequence planning from STEP CAD files. International Journal of Computer Integrated Manufacturing.2006.12七、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置的设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 BW07-3班学生姓名：指导教师：职称：黑龙江工程学院二一一年六月摘要本文系统的阐述了国内外汽车发动机自动装配技术的现状、水平及我国在此方向的发展状况。并以东安汽车发动机为研究对象，到工厂对其生产线进行了参观和实地考察。根据实际装配与检验过程的工艺要求，进行了自动装配与检验生产线可行性分析。并结合实际条件，确定了汽车发动机缸盖装配与检验工序的基准、生产用量和工时定额。在此基础上，确立了最终的生产线。同时，通过对国外同类汽车发动机生产线参考和借鉴，针对以东安为代表的国内特定的生产技术与劳动条件，对其装配与检验工艺规程进行了详细设计，最终确立了一套完整的适合国内实际情况的汽车发动机生产线。本文着重介绍汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计过程、方法及工作原理。重点对抓取螺栓装置和传动机构进行了结构的设计和理论的分析，对其中如何实现螺栓的抓取和水平及垂直运动的难点问题。最终采用了机械手、气压缸和滚珠丝杠传动装置完成了上述运动，并对其进行了严格的理论设计计算，使其能够精确的完成预定运动。从而使螺栓安装实现了自动化，很大程度的节省了人工和时间，显著地提高了螺栓装配的质量和效率。关键词：汽车发动机；缸盖；生产线；机械手；连接螺栓ABSTRACTThe exposition domestic and international automobile engine of this text system assembles the state of development in this direction of current situation, level and our country of technology automatically. Regard automobile engine of Dongan as the research object, has gone to the factory to visit and investigate on the spot to its production line. According to assembling and examining the technological requirement of the course actually, have assembled and examined the feasibility analysis of the production line automatically. On this basis , have established the final production line . At the same time, through consulting and drawing lessons from the similar automobile engine production line of foreign countries, direct against the domestic and specific production technology represented by Dongan and labor condition, have design in detail to that it assembled and examined the craft rules, has established a set of intact automobile engine production lines which is suitable for the domestic actual conditions finally.This text recommends the engine jar of the automobile to overlay and connect design process, method and operation principle that the bolt assembles the device automatically emphatically. To picking the design that the bolt device and transmission organization have carried on the structure and analysis of the theory especially, to how among them realize pick and horizontal and vertical difficult point issue of sport of bolt. Have adopted the manipulator , atmospheric pressure jar and ball guide screw transmission device to finish has made its completion that can be accurate book sports. Thus make the bolt install and realize automation, saving to a great extent is artificial with time, have improved quality and efficiency that the bolt assembles remarkably.Keywords: Automobile engine；The jar overlays； the production line；Manipulator；Join the bolts目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1汽车及汽车工业概述11.1.1汽车11.1.2汽车工业的发展11.2发动机的概述21.2.1发动机分类和基本构造21.2.2发动机的工作原理21.2.3发动机缸盖31.3汽车生产线41.3.1生产线简介41.3.2装配线的型式41.3.3装配线的条数、长度及劳动量41.3.4本课题研究的主要内容5第2章发动机缸盖生产线介绍62.1生产线概述62.2进、出气阀的装配72.3进出气阀的装配检验72.4进出气阀的清洗72.5进出气阀的清洗检验72.6螺栓的装配72.7螺栓的装配检验7第3章发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计83.1总体装置的构思83.2 螺栓抓取与安装装置的设计113.2.1抓取装置的设计113.2.2 机械手的固定装置设计133.3 螺栓安装传动机构的设计143.3.1传动机构在竖直平面内的运动143.3.2传动机构在水平平面内的运动153.4整体支架的设计233.5平衡装置的设计24结论26参考文献27致谢28附录29第1章绪论1.1汽车及汽车工业概述1.1.1汽车汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具。按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车(简称货车)两大类。汽车是由上万个零件组成的结构复杂的机动交通工具。根据其动力装置、运送对象和使用条件的不同，汽车的总体构造可以有很大差异，但它们的基本结构都有发动机、底盘、车身、和电器与电子设备四大部分所组成。发动机是汽车的动力装置。底盘由传动系、行驶系、和制动系四大部分组成。作为汽车的基体，发动机、车身、电气设备及各种附属设备都间接或直接地安装在底盘上。车身用来安置驾驶员、乘客和货物的等。汽车电器设备由电源（蓄电池、发动机）、汽油机点火设备、发动机起动电动机、照明与信号设备、仪表、空调、刮水器、收录机、门窗玻璃电动升降设备等组成。汽车的类型很多，分类方法也很多。通常按汽车的用途可分为轿车、客车、载货汽车、越野汽车、牵引汽车、自卸汽车、农用汽车、专用（特种）汽车和改装车等。汽车是作为一种交通工具而产生的，但发展到今天已经不能把他理解为单纯的“行”的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。中国汽车工业的振兴也必然会使中国的面貌焕然一新，在繁荣经济、促进四个现代化、提高人民的生活水平、推动社会与地球上近四分之一的人类进步方面发挥了巨大的作用。1.1.2汽车工业的发展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。从汽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，同时又影响到汽车工业的竞争实力与技术水平。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问题。工业发达国家都十分注意汽车制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备汽车制造业，机械制造装备工业势必得到优先发展。对比之下，我国目前汽车制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺设备，数控机床与自动化装配设备在汽车制造中的比重还比较低；自动化程度基本上还是“一个工人、一把刀、一个机床、一个枪”，导致了劳动生产率降低，产品质量不稳定；机械装备主要是用来代替和放大人的体力，其工作尽管比人熟练和精确，并有一定的自动化程度，但由于缺乏存储个灵活处理的信息的能力，智能化程度差，导致了生产率低、加工精度的进一步提高受到限制。上述情况，只是我国汽车制造产业的一个缩影，而汽车发动机制造装备产业的萎靡不振，又严重影响了汽车制造业、乃至整个机械制造业的振兴。故振兴我国汽车及其发动机制造装备产业，以及自动装配与检验产业，提高我国制造业的总体技术水平和市场竞争力，是当前进行各企业改组、改革、改造的当务之急。1.2发动机的概述 1.2.1发动机分类和基本构造在汽车中最重要的是发动机，他对于汽车就像人的心脏一样重要。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，它是通过是燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的Aa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。发动机最基本的结构是由气缸、气缸盖、进气门、排气门、喷油漆（火花塞）、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等组成。1.2.2发动机的工作原理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。如图1-1所示：图1.1 四行程汽油机工作循环图1、进气行程。这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下业点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。可燃混合气被吸入气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。2、压缩行程。进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。活塞到上止点时，压缩行程结束。压缩终了时，混合气温度约为600700K，压力一般为0.61.2MPa。：混合气被压缩之后，密度增大，压力和温度迅速升高，为燃烧创造了良好条件.3、作功行程。当压缩冲程临近终了时，火花塞发出电火花，点燃可燃混合气。由于混合气迅速燃烧膨胀，在极短时间内压力可达到35MPa，最高温度约为22002800K。高温、高压的燃气推动活塞迅速下行，并通过连杆使曲轴旋转而对外做功。4、排气行程。混合气燃烧后成了废气，为了便于下一个工作循环，这些废气应及时排出气缸，所以在作功行程终了时，排气门开启，活塞向上移动，废气便排到大气中。当活塞到达上止点时，排气门关闭、曲轴转至两周，完成一个工作循环。1.2.3发动机缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。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。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气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，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。气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，其气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气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。图1.2发动机缸盖见图1.3汽车生产线 1.3.1生产线简介劳动定额水平、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。对汽车发动机的自动装配生产的研究和开发具有重要的现实意义。1.3.2装配线的型式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、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。1.3.3装配线的条数、长度及劳动量轿车发动机生产线一般均分为两段、三段或多段式，可把上述几种型式有机的结合。装配线一般需要根据产品的品种、生产纲领和装配工艺要求，经多种方案比较论证后再确定。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提条件下，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。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。国外总装水平较高，主要是机械化自动化程度较高，故装配公司较少。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，国家建设资金不十分充裕的前提下，必须大量引进外资。因此大量采用机械化自动化设备是不现实的，故定额水平相对较低。1.3.4本课题研究的主要内容本项目研究的主要内容是“汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置”的设计。螺栓的装配：使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入螺栓，完成装配。总体装置的构思本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，酱缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。方案一首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个丝杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四连杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。方案二首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压，液压传动后电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。比较和综合烦些上述两个方案，机械手抓取螺栓的确定应用的，而方案一的四连杆机构和转轴运动的稳定性比较差，不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大不部分应用的是气压传动，用起来比较方便。设计方案为通过丝杠船东来带动机械手来完成水平运动，而用气压来完成竖直运动。具体的设计可以大致分为以下三个部分，并主要解决以下技术问题：螺栓抓取装置的设计驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。整体支架的设计。第2章发动机缸盖生产线介绍2.1生产线概述主要完成发动机的装配工作。从机加线过来的发动机缸盖通过电动吊装设备放置于装配线的托盘上托盘通过滚道依次通过装配的各个工位，工人在每个工位上安装相应的零件到发动机缸盖上，最终生产线流程走完后发动机装配完毕进入下一个工序。进、出气阀的装配进出气阀的装配检验进出气阀的清洗进出气阀的清洗检验螺栓的装配螺栓的装配检验图2.1发动机缸盖装配流程图整条装配线的工作流程如上图所示，在发动机上线工位操作工操作电动起重机将机加线加工好的发动机缸体吊装到发动机生产线的托盘上，发动机装配线自动然后通过滚道将托盘输送到下一安装工位上自动停止在该工位上，该安装工位的操作工安装依据该发动机的型号安装相应的零件到发动机缸盖上然后发出指令给装配线，发动机托盘自动的被传输到下一工位，下一工位的操作工依次安装相应的零件到发动机上，依次类推当发动机走到下线工位时该工位的操作工通过电动起重设备将安装好的发动机吊离发动机装配线完成发动机的生产。装配线上在一定的工位安装的转台，举升台，翻转机等设备，将发动机进行旋转，举升，翻转等操作，方便后面的操作工进行安装。2.2进、出气阀的装配发动机盖生产好后，按顺序先安装进出气阀，通过震动给料器得到的阵列好的气门放到正确的位置，机械手按顺序压住弹簧，加上垫片，然后把止动销放到气阀杆上有凹槽的位置。机械手松开，弹簧回弹，把垫片紧紧压到止动销上，使止动销底部的楔型刚好嵌入垫片中间的斜面使其紧紧锁住。2.3进出气阀的装配检验在进、出气阀的装配后，需要检验止动销是否到了正确的位置，可能出现丢失一个或两个半止动销的情况，或止动销没正好嵌入杆的凹处，.这些都是不合格的，那么必须返回进行个人处理，处理合格后再返回生产线检测工序，直到合格为止。2.4进出气阀的清洗由于气阀要求很高的气密性，所以必须对其进行清洗，把所有的可能存在的灰尘和杂物都清洗干净，可以用高压空气清洗。2.5进出气阀的清洗检验这道工序很必要，清洗后检测气密性是否达到要求，达到了进行下一道工序，没达到则需要返回重新人工清洗，这里的考虑与2中相同。2.6螺栓的装配使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入垫片，拧紧螺杆，完成装配。2.7螺栓的装配检验必须检验是否装配正确。有时由于机械的失误出现一些装配错误现象，如没有放垫圈，没有放螺栓，放了两个垫圈等。所以可以采用数字测长仪来检验螺栓是否安装合格。第3章发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计3.1总体装置的构思本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，将缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，见图3.1所示。根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。图3.1 发动机缸盖示意图通过对本次设计对象东安465发动机缸盖的测绘和在东安工厂发动机缸盖生产线的参观和实地考察，以及对国内外相关发动机生产线的研究和参考，发现我国发动机生产线的自动化的程度低于国外，特别是缸盖与缸体连接螺栓自动安装部分，我国主要还靠人工来完成，而国外已经实现了自动化。这就更加说明了实现螺栓自动安装的重要意义。通过查阅大量有关汽车发动机生产线方面和自动化装置方面的资料，初步确定了以下两套装配方案：方案1 首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个四杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。方案2 首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压、液压传动或电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。比较和综合分析上述两个方案，机械手抓取螺栓是确定应用的。而方案1的四杆机构和转轴运动的稳定性比较差不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大部分应用的是气压传动，用起来比较方便。综上所述，本着既实用又经济的设计理念，分别在两个方案中取其精华，确定了最终的设计方案为通过丝杠传动来带动机械手来完成水平运动，而用气压传动来完成其竖直运动。具体的设计可以大致分为以下三个部分：螺栓抓取装置的设计驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。整体支架的设计。汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置结构见图3.2所示图3.2 连接螺栓自动装配装置结构图1.整体支架 2.气缸固定钢板 3.气压缸 4.电动机 5.平衡机构 6机械手7. 机械手固定钢板 8.定位导柱 9.导轨3.2 螺栓抓取与安装装置的设计3.2.1抓取装置的设计要抓取的螺栓为GB/70.12000M1080的内六角圆柱头螺栓，如图3.3所示。图3.3内六角圆柱头螺栓螺栓的抓取可以有两种方法:（1）用机械手来抓取螺栓。(2)用电磁铁来吸附螺栓。对比两个方案发现如果用电磁铁来吸附螺栓，由于发动机缸盖在螺栓装配工序之前已经安装上了控制进、排气门的阀杆和弹簧。而这两种零件会对电磁铁有一个吸引力，这样就会大大影响螺栓抓去的稳定性，如果在生产线上就会造成事故，从而影响工作效率。综上所述，选择（1）方法，用机械手来抓取和安装螺栓。根据螺栓的尺寸来选择机械手，机械手的型号为SHG06，由于选择的机械手不能直接抓取螺栓，必须设计一个小的钢质构件和接受配合使用才能抓取螺栓，机械手和钢质构件配合在一起后尺寸如图3-4所示。图3.4 机械手抓取螺栓示意图1气动机械手 2为螺栓抓取钢爪 3螺栓气动机械手与抓取钢爪用螺钉连接在一起，当装置抓取闭合时气动机械手卡抓之间距离为20mm,张开时为22mm.机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。3.2.2 机械手的固定装置设计由于一次是5个机械手同时抓取5个螺栓，所以这就要求5个机械手的同步性，而且机械手位置精度要求也必须非常的高，因为螺栓在安装通孔的上方位置有一点偏差就会造成螺栓放置不到螺栓孔内，从而导致安装失败，还有可能使下一步的螺栓安装检测设备受损，所以必须设计一个固定装置。其结构尺寸见图3.5所示：图3.5 机械手固定钢板示意图3.3 螺栓安装传动机构的设计3.3.1传动机构在竖直平面内的运动由于螺栓的抓取、提升和下降、松开可以是同一个行程，而且发动机缸盖组装生产线上大部分用气压来完成工作。所以，选择竖直面内的传动用气压传动。气压缸的运动只是在竖直面能保证其运动的位置精度，但是在水平面内无法保证位置精度，所以要在安装气压缸的水平钢板上安装竖直方向的导向柱，这样就能够保证水平平面内的位置精度了。气压缸的选择：估算气压缸所承受的载荷：由机械设计手册选取QGCX25100F1前法兰型双作用示气压缸，气缸基本尺寸如下：缸径D=25mm活塞杆直径d=12mm气缸工作压力P=0.5Mp气缸行程S=100mm引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力气缸种类气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸 4种。单作用气缸：仅一端有活塞杆，从活塞一侧供气聚能产生气压，气压推动活塞产生推力伸出，靠弹簧或自重返回。双作用气缸：从活塞两侧交替供气，在一个或两个方向输出力。膜片式气缸：用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位。它的密封性能好，但行程短。冲击气缸：这是一种新型元件。它把压缩气体的压力能转换为活塞高速(1020米/秒)运动的动能，借以作功。冲击气缸增加了带有喷口和泄流口的中盖。中盖和活塞把气缸分成储气腔、头腔和尾腔三室。它广泛用于下料、冲孔、破碎和成型等多种作业。作往复摆动的气缸称摆动气缸，由叶片将内腔分隔为二，向两腔交替供气，输出轴作摆动运动，摆动角小于 280。此外，还有回转气缸、气液阻尼缸和步进气缸等。气缸作用将压缩空气的压力能转换为机械能，驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。气缸分类直线运动往复运动的气缸、摆动运动的摆动气缸、气爪等。 3.3.2传动机构在水平平面内的运动1、导轨的选择导轨(daogui)guide rail:金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、火车的铁轨等等都是导轨的具体应用。还有就是导轨可以用于任何需要带滑动滑动的机器或设备上面，如有用于电梯导轨，还有就是窗帘上有时也会用到它。图3.6直线导轨随着现代制造技术的不断发展，使得传统的制造业发生了巨大的变化，数控技术、机电一体化和工业机器人在生产中得到了更加广泛的应用。同时机械传动机构的定位精度、导向精度和进给速度在不断提高，使传统的导向机构发生了重大变化。自 1973年开始商品化以来，滚动直线导轨副以其独有的特性，逐渐取代了传统的滑动直线导轨，在工业生产中得到了广泛的应用。适应了现今机械对于高精度、高速度、节约能源以及缩短产品开发周期的要求，已被广泛应用在各种重型组合加工机床、数控机床、高精度电火花切割机、磨床、工业用机器人乃至一般产业用的机械中。滚动直线导轨副的性能特点定位精度高。滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。可将机床定位精度设定到超微米级。同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。磨损小。对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易。适应高速运动且大幅降低驱动功率。采用滚动直线导轨的机床由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使机床所需电力降低80%，节能效果明显。可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。承载能力强。滚动直线导轨副具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩载荷，如承受上下左右方向的力,以及颠簸力矩、摇动力矩和摆动力矩。因此，具有很好的载荷适应性。在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。而滑动导轨在平行接触面方向可承受的侧向负荷较小，易造成机床运行精度不良。组装容易并具互换性。传统的滑动导轨必须对导轨面进行刮研，既费事又费时，且一旦机床精度不良，必须再刮研一次。滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或导轨或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。如前所述，由于滚珠在导轨与滑块之间的相对运动为滚动，可减少摩擦损失。通常滚动摩擦系数为滑动摩擦系数的2%左右，因此采用滚动导轨的传动机构远优越于传统滑动导轨。滚动直线导轨副的选用方法。滚动直线导轨副具有承载能力大、接触刚性高、可靠性高等特点，主要在机床的床身、工作台导轨和立柱上、下升降导轨上使用。我们在选用时可以根据负荷大小，受载荷方向、冲击和振动大小等情况来选择。受力方向。由于滚动直线导轨副的滑块与导轨上通常有4列圆弧滚道，因此能承受4个方向的负荷和翻转力矩。导轨承受能力随滚道中心距增大而加大。负荷大小。滚动直线导轨不同规格有着不同的承载能力，可根据承受负荷大小选择。为使每副滚动直线导轨均有比较理想的使用寿命，可根据所选厂家提供的近似公式计算额定寿命和额定小时寿命，以便给定合理的维修和更换周期。还要考虑滑块承受载荷后，每个滑块滚动阻力的影响，进行滚动阻力的计算，以便确定合理的驱动力。预加负载的选择。根据设计结构的冲击、振动情况以及精度要求，选择合适的预压值。滚动直线导轨副的现状。目前，国外生产滚动直线导轨副的厂商主要集中在美国、英国、德国及日本等国家。国内在滚动直线导轨副的制造方面还处于初始阶段，与国外相比，仍有差距，主要表现为：品种少、产量小、使用寿命低，噪音大，加工工艺也不如国外先进。以南京工艺装备制造厂、广东凯特精密机械有限公司为代表的国内企业，正在努力缩小这种差距，他们的部分产品已经具有国际先进水平。直线滚动导轨副的发展趋势。滚动直线导轨副的新类型、新功能目前在不断涌现，并正在向组合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向发展。用滚珠保持的滚动直线导轨副。THK公司采用滚珠保持架与滚珠构成一体，保持滚珠平稳的进行循环运动，消除了滚珠间的相互摩擦，开发了噪声低、免维修、寿命长、速度可达300m/min的超高速直线运动的SSR导轨副，并已开始推广。该导轨副实现了100m/min 运动速度下噪声小于50dB，摩擦波动幅度减少到以往产品的1/5。另外，通过了一次加油脂2cm3，运行2800km 的试验。今后带滚珠保持架的直线运动导轨副将逐渐成为高档数控机床选用的主流。直线电动机和直线导轨并用。采用一体化直线电动机的滑台系统具有结构紧凑、运行中动力大的特点。同时滑台系统的定位精度也有所提高。SKF直线系统有限公司与Pratec直线电动机制造厂进行合作，并于1996年已开始推广一体化的直线电动机滑台系统产品。HIWIN智慧型PG系列直线导轨。PG系列整合线性滑轨及编码器于一体，大幅增加空间效益。兼具线性滑轨高刚性及磁性编码器高精度之优点。内藏式尺身及感应读头，不易受外力破坏。讯号感应属非接触性，产品寿命长。可做长距离之量测 (磁性尺身部份可达30m)。量测特性，不因含油、水、粉尘及切削屑之恶劣工作环境而改变；另对震动、噪音及高温之环境亦可胜任。分辨率佳。安装容易。混合工作台。日本研制了一种新型的滚动直线导轨副工作台，它具有一套滑动电磁块装置，可在定位加工时吸到导轨上以增加摩擦力，从而提高了系统的抗振性能，所以它又称为混合工作台(hybrid table system)。新材料制造的滚动直线导轨副。由于用户要求的多样化及使用环境的不同，出现了用新材料制造的滚动直线导轨副。例如，采用不锈钢制作的产品，其导轨轴、滑块、钢球、密封端和保持器均采用不锈钢材料制作，而反向器采用合成树脂，故耐腐蚀性提高。对于要求高温和真空用途时，反向器可以采用不锈钢材。此外，用陶瓷材料制造的滚动直线导轨副将会得到开发应用。目前，在恶劣环境即高粉尘浓度、强酸、强碱和高腐蚀场合使用直线导轨还有一定的局限性。但随着直线导轨技术的日益完善，以及直线导轨具有高速性与控制性等诸多突出的优点，以及丰富的类型和功能，可以预期，此机构作为一个功能部件将越来越多地用在数控机床等机械设备上。首先应该确定螺栓安装机构在水平面内运动所需的导轨，这里根据估算压在导轨上整个机构的重量，由此来选择导轨。图3.6 导轨示意图由机械设计手册查得导轨的型号为RSR 20N，其结构及尺寸见图3.6，表3-1所示。表3-1 导轨尺寸型号MWLKWWMFRSR20N254666.517.51315602、水平传动机构的设计选择一个传动机构来推动螺栓安装机构在导轨上的往复运动，这里有几种传动方案：1气压传动 2电传动 3液压传动由于缸盖的螺栓安装分两次进行，也就是有两个不同的行程，如果用气压传动的话就需用两个气压缸，那样的话就涉及到两个气压缸的转换使用问题，机构就会很复杂；电传动用一个电动机带动滚珠丝杠转动，使螺旋运动变为直线运动推动螺栓安装机构在导轨上运动，可以任意改变行程，不存在气压缸的行程固定问题；而以液压传动比较不适合这套发动机生产线，因为它基本都用气压传动，并且液压传动也存在预期气压传动一样的行程问题。综上所述，采用电传动。滚珠丝杠的选择根据机械设计手册选择：DKH40233如下图3.7所示。图3.7 滚珠丝杠滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。滚珠每一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈；外循环每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等几种。（1）外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。外循环滚珠丝杠螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、插管式和螺旋槽式。常用外循环方式(a)端盖式；（b）插管式；（c）螺旋槽式,所示是端盖式，在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。插管式，它用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由于管道突出螺母体外，径向尺寸较大。螺旋槽式，它是在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。（2）内循环：内循环滚珠丝杠。内循环均采用反向器实现滚珠循环，反向器有两种类型。圆柱凸键反向器，它的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的圆键1定位，以保证对准螺纹滚道方向。扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，用镶块的外轮廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。 2、高精度的保证滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3、微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。 5、高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。精度公差:P5 .P7 电动机的选择初步确定螺栓安装装置的最大水平行程为1000mm，时间为2s。则运动速度：（3.1）丝杠转速：（3.2）式中：l滚珠丝杠的导程，mm；参数计算：外部载荷的转矩外部载荷m=21Kg （3.3）（3.4）式中：Fa外部荷重，Kg；效率；速比A=1；钢对钢的动摩擦系数=0.1；转矩（3.5）（3.6）式中：丝杠的转动惯量；载荷的转动惯量角加速度：（3.7）（3.8）电动机的固有转动惯量加速时：（3.9）匀速时：（3.10）减速时：（3.11）由（3.12）式中：功率，；转速，；实际转矩，；根据计算得功率和初步确定的同步转速由机械设计手册查得：Y系列三项异步电动型号为 Y8014，见表3-2。表3-2电动机参数表型号额定功率/kW转速/(r/min)功率因数cos额定转矩转动惯量净重/kgY801-40.5513900.762.20.002117轴承的选择滚珠丝杠工作时要采用一端为固定端、另一端为自由端，所以选择采用一个深沟球轴承放在自由端，一对角接触球轴承放在固定端。由机械设计手册查得；深沟球轴承代号 6306，角接触球轴承代号7206C，见表3-3。表3-3 轴承参数表新轴承代号外形尺寸/mm安装尺寸/mmdDBdDarrdDr7306C30721944.659.4151.10.637651630630721944.859.21.137651联轴器的选择电动机和滚珠丝杠之间要保

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