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机械毕业设计车辆工程

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CL01-121@发动机（DA465Q）气缸盖进、排气门组自动检验装置的设计,机械毕业设计车辆工程

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1 第 1 章 绪 论 1.1 汽车的概述 1.1.1 汽车的概念与组成 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，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，是指自带能源的机动轮式无轨车辆，它是世界上使用最广泛的交通运输工具。它由发动机、底盘、车身、电气设备四大部分组成。 其中发动机与底盘是最主要的部分。 汽车发动机分柴油机和汽油机。 底盘由如下几个部分组成：传动系、行驶系、转向系和制动系 1。 1.1.2 汽车的分类 汽车从总体上分为汽车与拖拉机两大类。 1.汽车的分类如下： （ 1） 按用途分类 可分为运输汽车和特种汽车两大类。 其中，运输汽车分类如下： 1）轿车 2）客车 3）货车 4）牵引汽车 特种汽车分类如下： 1）娱乐汽车 nts 2 2）竞赛汽车 3）特种作业汽车 （ 2） 按动力装置型式分类 1）内燃机汽车 2）电力汽车 （ 3） 按对道路条件的适应性分类 1）公路汽车 2）越野汽车 2 1.2 汽车工业的概述 1.2.1 汽车工业在机械制造业中的地位 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。 从汽车工业的长远发展情况来看，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整体竞争实力与技术水准。因此，提高汽车发动机的自动装配与检验生产线的自动化程度及其相应技术水准，是目前我们势必解决的重要难题 3。 1.2.2 汽车工业的发展 工业发达国家都十分注意汽车制造工业的发展，为了用先进技术和工艺装备汽车制造业，机械制造装备工业将势必得到优先发展。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过程中的实用比重还比较低；自动化程度基本上还基本维持在“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，但由于其缺乏存储和灵活处理信息的能力，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落后的一个缩影，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 至整个汽车工业及机械制造业的振兴。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 4。 nts 3 1.3 汽车生产线 顾名思义，生产线是指生产或其他行为方式的流水线作业。生产线包括生产、销售、物流、组织管理、服务等多种方式与环节。其中，以汽车、车用发动机、食品、服装、 电子等产品的生产线最具规模与发展潜力。 近几十年来，国内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、生产的组织管理以及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与系列化。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、满足了产品的使用性能与预期效果，满足了用户多种要求之目的 5。 1.4 发动机 1.4.1 发动机的概述 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、尺寸较小、使用方便、启动迅速等优点，所以被广泛地应用于各种机械 6。 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。 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 。 1.4.2 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。 nts 4 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7。 1.4.3 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 1.18。 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 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 缸盖内部有 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 。 nts 5 图 1.1 发动机的构造 1.5 本课题所要解决的问题 本设 计所要完成的任务是汽车气缸盖进、排气门组自动检验装置的设计 。 1.6 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 9。 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nts 6 与战略意义。 1.7 预计本课题将取得的研究成果 本课题 将完成 :1、设计说明书； 2、检查装置设计图纸：（ 1）检查装置总装图；（ 2） 检查装置部件图；（ 3）检查装置零件图 。 nts 7 第 2 章 工艺设计 2.1 生产线的可行性分析 2.1.1 市场调研 我国汽车工业已有 50年的历史了，正在快速的发展成为世界的汽车大国。改革开放以来 ,特别车工业的健康发展和准备进入 WTO 起了重要的作用。 2000 年是中国汽车工业发展史上有重要意义的又一年，汽车产量突破了 300万辆大关，轿车产量突破 100万辆。 正因为汽车行业的迅猛发展，而发动机是汽车中的动力元件，也是汽车的核心 ，汽车的灵魂。目前炙手可热的词汇如“节能”、 “环保”、“大马力”等无疑都是对发动机提出的更 高 的要求。可以这么说，汽车科技的发展创新就是指发动机的发展和创新， 提高发动机的生产效率和质量就是提高了汽车的生产效率和质量。 目前， 我国有很多发动机制造厂家还停留在用手工装配发动机盖和气缸，这样无疑有很多弊端。 (1)手工的效率非常低 (2)质量不能得到保证 (3)发动机的互换性差 (4)需要人力资源 所以，我们试着去研发一种自动化生产线，这样不仅可以大大提高生产效率，还可以提高质量和互换性，同时也可以雇佣很少的人员来操作。下面是初步构想发动机装配生产线。 装配生产线，如图 2.1所示： 1 如何确定汽车及其 发动机的自动装配与检验生产线， 是一个 非常复杂的问题，它包括下述几个主要方面： (1） 产品的质量 (2） 市场的需求量 (3） 产品的名称及牌号 (4） 产品所处的地位及价格 (5） 需要获得的长期与短期销售供货能力 (6） 供货灵活性 nts 8 2 由于欧洲汽车的换代周期较长，因此对于欧洲的汽车制造商来说，产品生产线的发展战略更为重要。如下，我们就以欧洲汽车及发动机的生产线为例，进一步阐述汽车生产线的发展与战略问题。 图 2.1 装配生产线 3 与日本生产轿车制造商相比，对于类似的发动机而言，欧洲厂家的工程时数要多 70%，开发时间要长 25%。一般来说，欧洲批量生产汽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，欧洲汽车与发动机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） 进行大量的市场调查及潜在客户的研究，特别是那些即将使用换型的客户。 (2） 自换型引用过来的部件，以及自其他换 型引用过来的资料。 (3） 对目前市场地位的依赖性。 2.1.2 装配工艺 1 进排气门 的装配 2 进排气门的装配检验 3 进排气门的清洗 4 进排气门的清洗检验 5 螺栓的装配 返修 返修 返修 进排气门的装配 进排气门的装配检验 进排气门的清洗 进排气门的清洗检验 螺栓的装配 螺栓的装配检验 nts 9 6 螺栓的装配检验 (1） 进排气门的装配 发动机 气缸 盖生产好后，按顺序先安装进 、 排气门。通过震动给料器得到的整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，然后把锁片放到气门杆上有凹槽的位置。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） 进 、排 气门的装 配检验 在进、排气门组的装配完成后，需要检验锁片是否到了正确的位置。有时由于机械的失误出现一些装配错误现象，可能出现丢失一个或两个半锁片的情况，或锁片没正好嵌入 气门 杆的凹处，这些都是不合格的，那么必须返回进行 人工 处理。所以可以采用数字测长仪来检验气门是否安装合格。 (3） 进 、 排气门的清洗 由于气门要求很高的气密性，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。 (4） 进 、 排气门的清洗检验 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。 (5） 螺栓的装配 使发动机 气缸盖 盖和发动机 气 缸体的螺孔对正，放入垫片，拧紧螺杆，完成装配。 (6） 螺栓的装配检验 螺栓装配完毕后，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。 2.1.3 主要注意问题 在此，主要解决下述几个方面的问题： (1） 确定最佳的产品技术要求 (2） 去除不必要的复杂性 (3） 确定产品的商标或品牌 (4） 确定产品来法的基本过程 (5） 确定最佳产品价格 (6） 确定销售方针 nts 10 (7） 确定售后维修服务的内容 (8） 保证各部门间的密切合作 但从目前的情况来看，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。 一旦确认了正确的客户类别及其发展方向，其首要任务就是要满足这一类别产品所必须的特点。某些必须的特点可能在其他类别中也存在，虽然它们在特定的场合下已不能显示汽车、汽车发动机及其生产线的特殊性能，却是使产品具有强大竞争力的先决条件。 2.1.4 初步分析结论 基于国际先进技术的大环境，由于国内现阶段发动机自动装配与检验技术条件的相对落后，积极发展自身生产力水平是一种必然趋势。因此，发展汽车及其发动机生产线是民族汽车工业急需解决的难题；而汽 车发动机气缸盖的自动装配与检验生产线的设计与完善，必将带动以发动机为连带作用的民族制造业的全面发展。 故其结论是完全可行的 。 于此，有一种行为或者方式的应用我们必须特别注意，这就是生产线的商标或品牌战略。一种有效的商标战略可具有自强化作用，并对产品设计具有明确的 指导 意义。产品发展战略与商标战略有着不可分割的联系，良好的商标对于新产品推出具有重要意义，它确定了企业及其产品的形象，为新产品投放市场奠定了基础。对于以两种商标命名的同一种产品，由于其具有的商标效应，将获得不同的产品形象。当然，产品的特性、独特的外形 也会创造产品形象，但在产品投放市场时，决定产品形象的唯一重要因素则是其商标或牌号。 但随着时间的推移，产品质量及其相关的维护保养将最终确定产品形象。一般来说，确定产品形象的因素包括外形、舒适性、性能、耐用程度、经济性和声誉等方面，客户对这些方面的满意程度将最终确定产品形象。当然，产品的售后维修服务将对于提高与加强产品的形象也十分重要。 我们必须牢记如下三点原则： nts 11 (1） 高质量的产品和维护保养将提高的增强客户的满意程度。 (2） 客户的满意程度将确定产品的形象。 (3） 客户的满意程度将绝对企业的命运。 最 后，为实现科研的根本目的，势必将设计成果商品化 。 2.2 生产线的总体选择 2.2.1 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 nts 12 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 。 2.2.2 条数 发动机生产线一般均分为两段、三段或多段式，可以把上述几种型式有机的结合。发动机的装配与检验生产线一般需要根据产品的品种、生产纲 领和装配工艺要求，经过多种方案比较论证后再确定。 1.单一生产线的方案 (1)节拍短、作业时间短，工人操作有效工作时间比例下降，辅助时间相对增长，工时利用率低，有些装配工序很难在如此短的节拍内完成。 (2）装配线速度快，工人在快节奏下进行操作，易于疲劳，人身安全及产品质量受到影响，不便于采用机械化、自动化设备。 (3）装配线过长，实际生产中如一环节出现问题，将波及全局；另外给厂房建设、平面布置、物资供应都带来一系列问题。 (4）不便于系列化多品种生产，应变能力差。 2.多条生产线的方案 (1）可同时进行多系 列多品种的生产。 (2）装配线的长度相对较短，给厂房建设、平面布置、物资供应提供了有利条件。 (3）当市场供不应求时，可全部投入生产；当一品种产品滞销或行将淘汰时，可停止一条生产线，同时进行新型式的调整改造；如采用 3-4 条装配生产线，其中停产一条，其开工率仍为 66-75%。 (4）依次设计分期实现，避免集中投资，风险较小；另外考虑到其他因素，产量也 不会受到影响，故适合国情。 2.2.3 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。 2.2.4 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nts 13 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。 2.3 生产线的方案选择 2.3.1 气缸盖自动装配与检验生产线的总体方案选择 根据 2.2 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、成本 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生 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nts 14 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。 2.3.2 自动检验装置的方案选择 发动机缸盖装配生产线主要包括以下几道工序： 1. 进、排气门组的自动装配； 2. 进、排气门组的装配质量自动检验； 3. 进、排气门组的清洗； 4. 进、排气门组密封质量自动检验； 5. 连接螺栓自动装配； 6. 连接螺栓装配质量的自动检验。 我设计的是发动机气缸盖进、排气门组自动检验装置。 在进、排气门组装配完成后，需要检验锁片是否到了正确的位置。可能出现丢失一个或两个半锁片的情况，或锁片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 人工 处理。处理合格后再返回生产线检测工序，直到合格为止。这里我初步有 3个方案。 (1）用磙子，通过人手动把托盘拉离生产线，修理后重新把托盘推进生产线进行进、排气门组的检验工序。 (2）用磙子通过某种方法使托盘带动发动机 气 缸盖一台接一台的在磙子上排好，大概排满的时候，用一个行程开关或一个传感器发出信号，则专门工人来修理，然后再通过人手动送回生产线。 (3）用机械手实现。发动机有问题时，机械手接到一个信号，把发动机和托盘一nts 15 起抓离生产线，放到一边，统一维修，然后再一个一个抓回生产线 ，重复进、排气门组的自动检验工序。 比较一下 (1) 的好处是省电，设备简单，但完全人工，需要有专人负责。发动机有问题立刻手动拉离生产线。 (2) 设备相对复杂， 但不需要专门用人看管，半自动化，集中修理，不宜出事故。 (3)设备复杂，造价高，但对人的要求十分灵活。 根据对任务 的构思与初步估算，针对气门组的尺寸计算、检测方式、空间布置方式 及相关标准件的选择等，初步拟定出如 2.2.1 所适用的方案： 1. 气门组手动化检验生产线 (1）该生产线的人工劳动程度比较大，一般采用肉眼检验的方法，不会对发动机部件产生例如 因机械撞击等工艺与质量的影响。 (2）由于在检验与修复过程中全部采用人为的动作，其检验精度最高。 (3）具有人力劳动投入大、高新设备投入少、成本投入少等优点。 (4） 其缺点就是自动化水平十分低下，生产率受到很大影响。 2. 气门组半自动化检验生产线 该生产线的人工劳动介入比较少，只须在检验工序的前一步骤装备必要的自动装配机构，例如模拟凸轮轴机构的装配过程等。 (1）由于人为因素的介入比重减少，其检验精度有所下降。 (2） 具有人力投入少、高新设备投入适中、成本投入适中等优点。 (3）但其生产率水平仍受其自动 化程度影响，或高或低。 3. 气门组自动化检验生产线 (1）该生产线的人为劳动量几乎为零，容易产生例如机械碰撞产生的质量等问题，除了需要对不合格安装部件进行人工的返修，其它的工序与步骤几乎实现自动化。 (2）由于高新装备的增多，其检验精度极其精确。 (3）其成本十分昂贵。 (4）其生产率极高，但存在一定的随机故障率。 2.4 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nts 16 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，最终确定了气缸盖进、排气门组自动检验装置的设计主旨。 2.5 本章小结 本章主要介绍了本课题设计之前的市场调研，得出结论本设计是可行的，并制定了一系列的研究方案。 主要是对 气缸盖自动装配与检验生产线的总体方案选择 ，其次是检验装置方案的选择。最终选出最佳的方案。 nts 17 第 3 章 自动检验装置的设计 3.1 构思与分析 3.1.1 气缸盖的构造 1.气缸盖 发动机的气缸分为缸体与气缸盖两大部分，其中缸体主要提 供发动机的动力输出，而气缸盖主要提供发动机的动力来源。它将输入的燃料以化学能转化成热能形式、进而转化成发动机的动力，以实现汽车的动力与预期功用。 其构造见图 3.1。 图 3.1 气缸盖的构造 2.配气机构 配气机构是发动机实现其正常工作的必备机构，发动机通过配气机构的运动带动活塞的往复运动，进而实现其吸气、排气、做功等一系列的动作与功能。 其布置方式见图 3.2。 图 3.2 配气机构的布置方式 nts 18 图 3.3 垂直布置 图 3.4 倾斜布置 3.1.2 气门组的 结构 1.气门组的布置方式 气门组的布置方式有垂直与倾斜两种，而倾斜布置角度又分 60度 、 70度、 75度、80度等几种方式。 其垂直与倾斜（ 70度）布置方式，分别见图 3.3与图 3.4： 2. 弹簧座的固定方式 弹簧座是气门组的重要固定与夹紧装置，在弹簧预紧力的作用下，锁片 4、气门阀 1、以及弹簧座 3 实现紧密配合，即自锁。弹簧座可大致分为正向与反向两种固定方式。其中，正向固定一般为与水平垂直 90 度“上大下小”方式，而反向固定为与水平垂直 90度“下小上大”方式。 其固定方式，见图 3.5的 a 与 b。 图 3.5 弹簧座的固定方式 nts 19 3.锁片及锁片套 在弹簧座的自锁机构中，为了更加的保证配合的精度，有时需要在弹簧座中加入一锁片套，利用锁片套与锁片之间的紧密配合，来达到更高的技术要求。 锁片与锁片套的结构分别见图 3.6和图 3.7。 图 3.6 锁片 图 3.7 锁片套 3.2 自动检验装置的设计 3.2.1 自动检验装置的图样确定 图 3.8 气缸盖进、排气门自动检验装配图 nts 20 根据 2.3 的方案设计与 2.1的构思与 分析，充分考虑东安 465型发动机的结构特征，鉴于东安发动机厂现有的气缸盖进、排气门组自动检验装置，确定了本设计任务所需要拟定的气缸盖进、排气门组自动检验装置的设计图样。 其装配图见图 3.8。 3.2.2 发动机进、排气门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： 1.汽车发动机 气 缸盖排气门 清洗 2.汽车发动机 气 缸盖进气门 清洗 3.汽车发动机 气 缸盖排气门 密封质量检查 4.汽车发动机 气 缸盖进气门密封 质量 检查 5.汽车发动机气缸盖进、排气门组件检查 6.汽车发动机 气 缸盖连接螺栓 自动装配 7.汽车发动机 气 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，达到发动机进、排气门装配的标准要求。而第五部分是气缸盖进、排气门组自动检查装置的具体设计过程。 3.2.3 发动机进、排气门组自动检验装置的构思 根据 3.1.2 弹簧座的正向与反向布置方式、以及锁片与锁片套间的配合关系，考虑其可能存在的装配位置，分析如下： 1.锁片正确安装 2.只装上一个锁片 3.只反装一个锁片 4.锁片一正一反安装 5.两个锁片都反装 6.两个锁片都未装 其中，为了保证正确的装配与安装位置，必须明确其它 几种位置的尺寸数据，以避免因安装误差引起的产品装配质量问题，规避在自动检验过程中发生更多的发动机返修，会导致例如延误装配时序、增大次品率、加大人工返修率，进而增加成本投入等一系列的可能问题。 nts 21 3.2.4 几种位置尺寸的计算 图 3.9 位置尺寸的计算 进、排气门组安装与配合的位置尺寸大致有如上的 6 种形式，其中有 4 种方式已精确计算出来（以图纸装配形式显示其尺寸计算），另外 2种尺寸必不在这 4种尺寸之内，或大于或小于如上 4 种尺寸区间。只要出现如上述 4 种 尺寸数据中的除正确安装之外的任何一种尺寸，我们就视其为安装不合格；反之，则视为安装合格。 具体尺寸见图 3.9。 3.3 自动检验装置的选型 3.3.1 传感器的类型 1. 传感器的备选类型方案： (1） 压力探针传感器 (2） 数字传感器 (3） 三维坐标检测仪（丝杠传动） 2. 传感器的选择 根据 3.2.3进行的尺寸计算，可确定传感器的检测数据区间为（ -50 +50mm） ,鉴于实施进、排气门组自动检验的装置，确定采用数字传感器的检测方案。 选择如见表 3.1。 nts 22 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+5.0mm 10 m -10+80 （但不结冰） 35 85% （但不结雾水） 约 150g 3.3.2 导轨的选型 1. 导轨的步进方案： (1） 丝杠传动式 (2） 机械摩擦式导轨 2. 导轨的驱动方案： (1） 液压控制 (2） 气动控制 (3） 机械控制 (4） 电力控制： 1） 直流电控制 2） 交流电控制 3） 混合电控制 3. 导轨的选择 根据 3.2.3的尺寸计算，最 终确定采用丝杠传动步进式气压控制导轨。 初步考虑的选型问题： (1） 是否需要丝杠传动式 不需要考虑电机型号。 (2） 是否考虑导轨的机械摩擦 摩擦系数为 0.1. 选择导轨型式为 RSR 15WN 。 其型号见图 3.10。 nts 23 图 3.10 导轨的型式 3.3.3 传感器的检测方案 1. 传感器的固定方案 (1） 固定在机械手臂上 (2） 固定在机械手指上 (3） 布置在导轨前端 2. 传感器的检验方案 (1） 单个检验 每次只检验 1个气门顶部。 (2） 单组检验 每次只检验 2个或 4个气门顶部。 (3） 同时检验 同时检验 8 个气门顶部。 根据 3.4.2 相应的导轨计算与型号选择，合理利用空间并降低成本，确定选用布置在导轨前端、同时检验的传感器型号。 其型号见装配图 3.1。 3.3.4 气缸的选型 具体计算如下： 1. 估算气压缸的承受的载荷 ： 由机械设计手册选取 QGCX 63 250 F1 前法兰式双作用气压缸 2.气缸基本尺寸如下： nts 24 D=63mm d=25mm P=0.5Mp 式中： D-缸径 d-活塞杆直径 P-气缸工作压力 3.4 自动检验装置的空间布置方案 3.4.1 检验的布置方案 1. 同时检验 (1） 可移动布置在同一侧，定向进行 8 个气门阀的检验。 (2） 固定布置在两侧，同时进行 8个气门阀的检验。 2. 单组检验 (1） 可移动布置在同一侧，逐次进行 2 或 4个气门阀的检验。 (2） 固定布置在两侧，分阶次地进行 4 个气门阀的检验。 3. 方案选择 考虑到步进工序时间为 60秒，为了更好的利用时间、不能延误后一工序的检验与装配时序，最终确定采用固定在两侧同时检验的布置方案。 3.4.2 支架的布置方案 1. 布置方案 (1） 水平固定 布置比较烦琐，但需要自动检验平台或支架本身的空间旋转（需电机驱动）。 方案暂不予考虑。 (2） 垂直固定 布置比较合理。仍需要自动检验平台或支架本身的空间旋转（需电机驱动）。 属于适中型方案。 (3） 倾斜固定 只需支架竖直倾斜 20度角。 是最佳方 案。 故确定采用支架倾斜固定的方案。 nts 25 3.4.3 机架的设计 1经过综合考虑决定用矩形管，因为矩形管综合性能最好，而且空心矩形管内腔力容易设置其他零件。 2因为检测的反动机为 V 形六缸或者 V 形八缸发动机，发动机气缸的夹角为 40度。为了节省资源，我们做成六缸和八缸通用的检测设备，所以机架座安装座的角度为 （ 180-40） /2=70度 3该汽缸内径为 25mm， 工作压力为 0.15 0.8Mpa。 所以该汽缸的最大推力为 F=0.8*0.0252*3.14*1000000=1570N 为了确保检验机构能够安全可靠地 工作，必须对检验机构的支架进行强度的计算。支架的受力情形可化成力学模型 ， 属于静不定 问题，其支反力难于求得，于是我们考虑最坏情况，即简化成以下模型。 讨论这一简支梁的弯曲变形， 利用平衡方程求得其支反力为： 221 FNN 根据载荷情况 ： AC 段 ： 11 2 xFM 20 1 lx CB 段 ： 22 222 lxFxFM lxl 22 由此，强度曲线方程应分成两段来积分， AC 段 ： 20 1 lx 111 2 xFME IV （ 3.1） 1211 4 CFxEI V （ 3.2） 111311 12 DxCFxEI V （ 3.3） nts 26 CB 段： lxl 22 22 2222 lxFxFME I V （ 3.4） 2EIV 22222 224 ClxFxF （ 3.5）22232322 6212 DxClxFFxE I V （ 3.6） 以 上积分中出现四个积分常数，需要四个条件来确定。由于其曲线是一条连续光滑曲线，因此，在 AC 和 CB 两段的分界截面 C 处，两端应有相同的倾角和强度， 即 221 lxx 时， 21 VV ， 21 VV 在 （ 3.1）、 （ 3.2）、 （ 3.3） 、（ 3.4） 中 ，令221 lxx 并利用上述的连续条件为： x1=0 时， V1=0 (a) x2=L 时， V2=0 (b) 将 （ a） 带入 （ 3.2） 得： D1=D2=0 将 （ b） 带入 （ 3.5） 得 ： C1=C2=16431222 FllF 把所求得的四个积分常数代回式 （ 3.1）、 （ 3.2） 、（ 3.3）、 （ 3.4） 中得转角方 程、强度与挠曲线方程如下： r a dEIFlBA 420.012103021016 103098216 3 222 （ 3.7） 22 4348 xlEIFxV 20 1 lx （ 3.8） nts 27 最大挠度： maxf EIFl483 mm420.0 最大挠度发生在跨度中间 。 可见，要根据其强度和倾斜角度，就应该增加支架的长和宽，近而增加惯性矩的值，以达