发动机（DA465Q）缸盖进气门清洗装置说明书.doc
CL01-122@发动机（DA465Q）缸盖进气门清洗装置
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机械毕业设计车辆工程
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CL01-122@发动机（DA465Q）缸盖进气门清洗装置,机械毕业设计车辆工程
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I 摘 要 汽车是当今人类使用最广泛的交通工具。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。因此对汽车发动机自动装配生产线的研究，对提高生产线水准具有十分重要的现实意义。在对进气口清洗装置的设计中，有几个关键的问题，首先是顶开阀杆的凸轮机构的设计；其次是驱动凸轮机构转动的电动机及皮带传动部分；再次就是缸盖的固定问题，因为在进气口和出气口进行高压空气清洗时，会给气缸盖向上的力，所以要做好固定工作。一旦进气口有一些杂质或者灰尘粒，就会导致密封不严，或者漏气的现象，这样就会影响发动机的 正常工作，所以对进气口的清洗装置的设计就显得尤其关键。清洗装置的设计直接影响到发动机缸盖的密封性，对发动机的工作也有很大影响，所以设计出一套完整、完善的清洗装置是十分必要的。本文在对汽车、汽车构造、发动机的构造、分类，、工作原理、发动机气缸缸盖和生产线进行了比较详细的阐述的基础上，论述了汽车发动机缸盖生产线自动装配进气门清洗装置的设计，并对其进行了理论分析和设计计算。完成了该装置总体结构及凸轮机构、电机、带传动、气缸及清洗等主要部件的设计，为实现汽车发动机生产线自动化装置提供了参考价值。 关键词 ： 汽车发动机；缸盖；生产线；进气口清洗；东安 465Q发动机 nts II ABSTRACT The automobile is the widest means of transportation nowadays . The automation of the automobile engine assembles the automatic level of production and the degree has limited the automobile to a certain extent. So assemblly the research of the production line to the automobile engine automatically , have very important realistic meanings in improving the production line level. Washing the air inlet in the design of the device, there are several key problems, it is a design of the cam organization which backs down the valve stem at first; Secondly it is motor urging the cam organization to rotate and belt running part; fix job is another important problem, because it gives vent to the air inlet and carry on high-pressure air when washing in air inlet, will overlay upward strength for the air cylinder , so we should do the fix job well . Once the air inlet has some impurity or dust , it can not result in and sealing tightly, or the phenomenon of leaking gas, will influence the normal work of the engine like this, so it seems especially crucial to the design of the washing device of the air inlet . The design which washes the device is influenced the sealing that the engine jar covered directly, have very great influence on the work of the engine too, so it is very essential to design a set of intact , automobile , engine , operation principle,engine air cylinder jar overlay and production line carry on at the detailed foundation of exposition, overlay the production line to assemble into the design that the valve washed the device automatically after describing the engine jar of the automobile, Have finished the design of such main parts as this device of ensemble architecture and camorganization , electrical machinery , taking the transmission , air cylinder and washing ,etc. It has offered reference value for realizing the automatic device of production line of the automobile engine . Keyword: Automobile engine ； Production line ； The jar covering ； The air inlet washing ； Dongan Engine 465Qnts 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题背景，目的及意义 自 1886 年诞生以来，经历 115 年进入 21 社会。汽车的不断发展，大大的改变了人类生活。汽车工业和汽车技术得以发展，离不开各国人民发挥各自的智慧和才能，是世界人民共同努力的结果。汽车是法、英、德、美等国的创造发明者经过不断试验而制成的综合产物。从早期汽车发展到现代汽车，经历了 200 多年的时间。据专家估计 ,世界汽车的销售量在南朝鲜和东欧销售量猛增的影响下预计在 2011 年将增 50 。 据世界汽车时 常战略考察组调查 , 到 2011,世界汽车销售量将从 1990 年德 9 万辆增加到 747 万辆 .亚洲汽车销量将达到 120 万辆 ,几乎比1990 年上升 200 。 欧洲的 汽车销量也有大幅度的增加 .发达国家为争夺市场获得高额利润 ,加速了国际汽车工业的联合改组 ,建立跨国公司 ,组织形式向着国际化 ,集约化方向发展 ,生产方式向着大批量和多品种相结合的方向发展 .柔性生产 ,精益生产方式 ,技术上大量的推广应有新技术 ,新工艺 ,新材料的方向发展。发达国家的汽车品质性能水平的不断提高 ,产品开发周期有过去的四五年到三年 ,车型也不断推陈出新。 汽车工业在发达国家的经济发展中，起着重要支柱的作用：在产值和销售收入中，汽车工业占较大比重。汽车工业的发展必然会推动许多相关 工业部门的发展。汽车工业是综合性的组装工业，一辆汽车由千万种零、部件组成 ,每一个汽车主机厂都有大量的相关配件厂 ,所以汽车工业和许多工业部门具有密切的联系。汽车工业是高度技术密集型的工业，集中着许多科学领域里的新材料、新设备、新工艺和新技术 。 2002 年，中国汽车工业全年累计生产汽车 325 万辆，比上年同期增长 38%；销售汽车 324.8 万辆，比上年同期增长 37%。其中轿车产销均突破百万辆，分别达 109 万辆和 112 万辆，比 2001 年分别增长 55%和 56%。商用车的增长也很可观。汽车工业效益大幅度提高，完成工业增长值 1515 亿元同比增长 28.7%；完成销售收入 6465 亿元，同比增长 30.8%；完成利润总额 431 亿元，同比增长 60.94%。汽车消费成为拉动 2002 年经济增长的主要力量。 由于中国汽车工业企业与国际大汽车公司进行了全面的合资，在主要汽车生nts 2 产厂 ，主要生产制造环节的工艺装备水平有了较大的提高。相当多的合资企业生产线装备是按照跨国公司生产标准引进的。有些企业引进了柔性焊接生产线。由于合资企业是按照跨国公司要求组织生产，进入跨国公司的全球管理和质量监控体系，因此中国汽车企业在保证产品水平、质量的关键设备、工艺、管理制度等方面正在与国际接轨。 目前汽车用的发动机都是内燃机，内燃机通过燃料的燃烧，把 化学能 转化为热能 ，再将热能转化为机械能的热 动力机械 。内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，会因 节气门 开度小而造成发动机的泵气损失大，从而降低发动机的机械效率 ，影响到经济性。取消节气门就是提高汽油机经济性的最根本措施。但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动力输出无法控制，因此必须探索新的途径。汽油直接喷射技术就是基于这一思路。将汽油机的节气门调节动力输出，改为用喷油量控制动力输出。这样一来，采用汽油直接喷射的汽 油机与目前的电控喷射发动机相比， 燃油消耗量 可以减少 15%左右。但汽油机采用直接喷射技术后，现有的三效催化系统难以发挥作用，使发动机的 废气排放 品质下降，因此还需要重新探索新的途径。目前的混合气均质压燃理论为解决这一问题提供了很好的思路。该理论是 在汽油机上取消节气门，用喷油量调节动力输出，采用大量的高温废气混合到适当比例的燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气门下的动力输出与同时采用三效催化转化器的矛盾。同样这一理论也可以应用到柴油机上，使柴油机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边着火的扩散燃烧模式，从而使柴油机的废气排放达到最低，特别是烟度排放和 NOX 排放。目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。一旦这一新理论在实践得到应用，可以预见，今后的发动机会更加高效、更加清洁，汽车的使用将更 加安全且有利于环保。 对于发动机制造所采用的生产装备来讲，其投资费用和寿命的计算并非是件简单的事情：首先，企业要考虑在前期投入大量的资金购置生产设备；其次，在后期的使用过程中还要考虑加工过程中的使用成本和维护费用。为了适应未来的生产需求，规划发动机生产线时还要考虑，所选择的生产设备能否满足未来生产需求的变化。如何合理进行投资建设生产线，成为当前每个发动机生产厂慎重研究的课题 随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产nts 3 方 式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 先进的装配工艺 需要先进的工艺装备，工艺装备设计制造水平，对保证高效率的生产和产品的高质量至关重要，也是汽车装配技术水平的标志。改革开放以来，随着我国汽车工业的发展，我国从国外引进了大量先进的设备，使汽车工业装备水平有了很大的提高；同时，许多设备制造企业也纷纷引进技术，购买产品生产专利权及合资合作生产国内急需的装备，在机械加工、铸造、冲压、焊接、涂装等设备方面均取得了一定的进展。但从整体来说，国内的装备制造水平尚不能满足汽车工业发展的需要，几大轿车厂所用设备 70都是引进设备。就装配工艺装备而言，与其它工种设备相比由于价格 低、技术含量高 (试验设备 )，且大多为非标设备，因此设备厂家不重视装配设备的开发，所以装配设备的发展落后于其它设备的发展。 整车装配线和零部件装配线向柔性装配线方向发展，以满足多品种生产和自动化装配要求；加注设备向真空式加注设备方向发展；试验检测设备向微机控制、数字化、高精度、自动化方向发展；专用装配设备向高精度、适应性强、自动化方向发展，一台专机应能适应 2 3 种产品的生产要求，以适应多品种生产的要求：以静扭扳手和定扭矩电动扳手替代冲击式气动扳手是装配工具的发展趋势：一些产量大、零件数量少的零部件装配线趋于采 用全自动装配线：将柔性装配线和其上的各种装配专机及检测设备有机的结合一起，由同一厂家设计、制造、安装，即交钥匙工程，是以后装配设备制造的发展趋势，这样便于保证设备的制造质量，避免扯皮现象，有利手提高装配工艺装备的整体制造水平，因此，未来汽车装配专用设备生产，应向以专业化工厂的生产组织形式发展。 程中 进气门有杂质灰尘是发动机形成积碳非常直接的原因。由于进气门附有灰尘杂质，会使进气门密封不严， 从而产生了过多的积碳 .需要把气门上和缸盖里的附着的积碳处理干净后再研下气门口 ,然后重新装配 .否则积碳颗粒很容易掉在气门与 气 门口 之间 ,造成某个缸不工作的情况 。 nts 4 积碳对发动机性能有很大很直接的影响。 发动机进气道中的气体流动性能，可以影响到燃烧室中的湍流强度，火焰传播速度和燃烧速率以及燃烧持续时间，从而对发动机的动力性和经济性产生影响。当进气道中存在积炭现象时，会对进气道中气流的流动特性产生影响，通过上面的分析可以得出结论，必然会影响到发动机的动力性和经济性。 其次，由于积炭是热的不良导体，所以温度较高，在进气、压缩过不断加热混合气，从而最终提高了终燃混合气的温度；积炭本身占有一定的体积，因而提高了压缩比。其综合效果为沉积物的存在 使得爆震倾向增加。 最后，因为积炭占据了燃烧室中一定的体积，在发动机功率不变的前提下，发动机的输出功率将会降低。在汽车行驶过程中，发动机功率和汽车的行驶的阻力功率总是平衡的。汽车的运动阻力所消耗的功率包括滚动阻力功率、空气阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而这些项直接对应的就是汽车动力性指标，所以会导致汽车的动力性能下降。 积炭的增多会导致发动机异常耗油。对汽车燃油经济性的评估，通常是根据发动机的万有特性曲线与汽车功率平衡图来进行计算。 图 1.1 发动机万有特性曲线 万有特性曲线是一组绘制有等功率和等燃油消耗率曲线，如图 1.1 所示。根据曲线可以确定发动机在一定转速 n，发出一定功率 P 时的燃油消耗率 b。计算时nts 5 根据等速行驶车速 Ua 以及阻力功率 P，在万有特性图上利用插值法可确定相应的燃油消耗率 b,从而计算出以该速度行驶时单位时间内的燃油消耗量 Qt 为： 其中 b 为燃油消耗率， g 为燃油的重度，假设燃油品质一定的情况下，燃油重度 g 为一常量。从上面对于动力性的分析中可以得到，当存在积炭现象时将会降低发动机的动力性，亦即发动机输出功率将会降低，则当汽车在以同样的等速行驶速度行驶时，为了获得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。 积炭对汽车排放影响的直观表现在汽车冒黑烟。 燃油在燃烧室中被完全燃烧时，将只会产生二氧化碳和水。 但是由于发动机燃烧时间极短，可燃混合气不是完全均匀，燃料的氧化反应不彻底，所以产生了不完全燃烧产物。一氧化碳是碳氢化合物燃料在燃烧过程中生成的中间产物。产生碳氢化合物的主要途径有：在汽缸内燃烧过程中产生；从燃烧室通过活塞与汽缸之间的间隙漏入曲轴箱的窜气；从发动机和燃油系统等处蒸发产生的汽油蒸汽。氮氧化合物的主要来源是空气中的氮气。 影响发动机排放性的因素很多，但是具体到积炭方面则主要是表现在过量空气系数对排放性的影响。由于发动机出现积炭层之后将会吸收部分燃油，从而导致进入燃烧室中的燃油减少，混合气体的浓度降 低，影响到发动机的正常启动。此时，必须增加燃油的供给量以提高混合气体的浓度，实验证明当存在积炭现象的发动机启动时，燃烧室中的混合气浓度已经超过了正常的浓度标准，导致过量空气系数变小。图 1.4 为排气污染物与过量空气系数的关系图。从图 1.2 可以看出，在过量空气系数从大变小的过程中，氮氧化合物的变化趋势是逐渐减少，而一氧化碳和碳氢化合物的含量逐渐增加。 图 1.2 排气污染物与过量空气系数的关系 nts 6 另外，由于积炭占用了燃烧室中的部分体积，从而导致了压缩比的提高，亦即燃烧室表面积和体积之比（面容比）增加，相对增加了激冷面积，增加了碳氢化合物的排放量。这种现象在发动机冷启动、怠速和暖机时对于碳氢化合物的排放量影响较大。同时压缩比的升高，使得最高燃烧温度增加，氮氧化物的排放量增加。 综上所述，在发动机装配生产线上，对发动机缸盖进气门的清洗有着非常大的必要性。汽车厂家要确保发动机出厂性能最优必须重视这个关键环节。 1.2 课题研究 现状 随着汽车工业的发展，发动机装配线正由刚性装配线向柔性装配线方向发展，柔性装配线的特点是装配节拍可以在一定的范围内自由调整，可以实现多品种混流生产并适应生产纲领的变化。又由于在装配作业时装配对象和装配工人保持相对静止状态，对保证装配的高质量及采用专门的装配设备提供了方便的条件，便于实现装配的自动化。因此国内引进的轿车发动机装配线均采用了柔性装配线( 即非同步装配线 )。 目前国内用于发动机装配非同步装配线主要型式有，纵置单滚杠式、摩擦式机动辊道式、双链滚轮式和鳞板式等。一般从美国和日本引进的发动机非同步装配线为摩擦式机动辊道式，如一汽二发和天内；从德国引进的发动机非同步装配线为纵置单滚杠式，如上海大众和一汽大众。 大总成 (中型 )非同步装配线在中国的发展，是随着引进轿车技术和国外二手设备再利用而发展起来的。北京内燃机厂和一汽第二发动机厂在 80 年代末分别引进的美国通用汽车公司 2.0L发动机生产线及美国克莱斯勒公司的 488发动机生产线， 该两条生产线上总成和分总成装配线采用的就是非同步装配线。这一时间可以说柔性装配线已经在中国中小型机械的装配生产中得以应用，以后国内新建的几个大型发动机厂，如上海大众、一汽大众、天 津内燃机厂等发动机装配生产线均采用引进的非同步装配线。 1.3 研究内容及研究方法 1.3.1 设计主要内容 本设计任务是当汽车发动机缸盖与进，排气门自动装配完成后，对进气门进行清洗，清除进气门密封表面的残留物。根据设计任务的工艺要求，本课题主要研究内容是汽车发动机缸盖清洗装置的设计，并解决以下又几个关键问题的设计： 顶开进气门阀的机构设计。 nts 7 驱动凸轮机构的装置设计。 进气口的清洗及密封圈设计。 缸盖的固定。 1.3.2 研究方法 顶开进气门阀的机构设计。可以选用凸轮机构，通过凸轮机构的转动，带动 顶杆向下顶开进气门，进而完成要求此工作要求。 驱动凸轮机构的装置设计。可以采用电动机来驱动，由于电动机一般转速较高，所以可以选用减速电动机进行驱动。电动机转动，带动皮带轮转动，皮带再经过传输，使得凸轮轴跟着转动，从而完成工作。 进气口的清洗及密封圈设计。在进行清洗时，要保证清洗装置和进气口之间的密封性，这样才能使清洗时，高压空气完全用来清洗进气门的残留物。 缸盖的固定。因为在进气口两边的清洗装置工作时，会给缸盖向上的力，容易使缸盖错位而不能进行正常的清洗。 nts 8 第 2 章 汽车 概述及 DA465Q 发动机简介 2.1 汽车概述 2.1.1 汽车的构造 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。 汽车是法、英、德、美等国的创造发明者经过不断试验而制成的综合产物。从早期汽 车发展到现代汽车，经历了 200 多年的时间。 汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分主成。 发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数汽车都采用往复活塞式内燃机，它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点 火系（汽油发动机采用）、起动系等部分组成。 底盘的作用是接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。 车身的作用是为驾驶员提供工作的场所，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操作条件，以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。典型的货车车身包括车前钣制件、驾驶室、车厢等部件。 电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。此外，在现代汽车上愈来愈多地装用各种电子设备：微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等，显著地提高了汽车的性能。 2.1.2 汽车 发动机的构造 根据组成发动机各部分零部件的作用不同，发动机主要有八大部分（柴油机污点火系）所组成，分别是： 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 nts 9 7. 点火系统 8. 启动系统 2.1.3 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。 2.1.4 发动机的工作原理 四行程汽油机的工作原理： 四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程 和排气行程的顺序不断循环反复的，如图 2.1。 (a) 进气 (b) 压缩 (c) 作功 (d) 排气 图 2.1 汽油机工作原理图 2.1.5 发动机气缸盖 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nts 10 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。 汽油机燃烧 室常见的三种形式，见图 2.2。 图 2.2 燃烧室形式 (1)半球形燃烧室 半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化。 (2)楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于 楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。 (3)盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。 2.2 生产线 2.2.1 生产线的概况 半球形 楔形 盆形 nts 11 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惯犯应用，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，对汽车发动机生产线的研究具 有十分重要的现实意义。 2.2.2 生产线的形式 无论国内还是国外，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、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；但造价高。 2、普通悬挂输送机 国内使用历史长，价格相对较低。主要缺 点是不便于多品种空间春运，工件上下需要配置升降设备。 3、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。 4、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。 nts 12 5、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。 6、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。故只适用于大一品种的大量生产，造价相对较高。 7、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。 2.2.3 发动机装配线 发动机 是汽车领域技术最密集的关键部件，在 汽车 发动机装配过程中，由于被装配零件的多样性、工艺的繁琐性，汽车发动机 装配线 就显得尤为重要。汽车发动机装配线是一个对发动机顺序装配的流水线工艺过程，每个工位之间是流水线生产，因此 ,每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。合理地规划发动机装配线可以更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。 汽车发动机 装配线主要包括总装线、分装线、工位器具及线上工具等。在总装线和分装线上，目前国内普遍采用柔性输送线输送工件，并在线上配置自动化装配设备以提高效率。柔性输送线主要有：摩擦辊道和启停式动力辊道两种。装配线上的自动化设备主要有自动打号机、拧紧机、自动翻转机以及其它专用装配设备等，可大大提高装配线的装配能力。 目前， 装配线 普遍采用现场总线控制方式，通过现场分布 I/O 统一控制装配线的运行及完成各工位间的通讯。组建现场信息监控系统采用以太网等方式，完成装配线上的信息采集、排产下达、工位监控及装配提示等功能。 发动机装配在其生产过程中是不可缺少的重要步骤，而合理地规划发动机装配线可以更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。在现代化的发动机生产装配线中，成熟的装配工艺、设备选择、质量控制及物流方式均值得人们去借鉴。 在发动机生产中，装配线是发动机最终状态、最终 结构、最终精度的展示，对确保发动机的精度、质量至关重要。一条发动机装配线要保证发动机的装配技术条件，实现高精度；要保证装配节拍，实现高效率；要多机型同时装配，实现高柔性；要有效地控制装配精度，实现高质量。要实现以上几个方面必须从生产线的规划开始着手。 2.3 东安 465Q 发动机 nts 13 2.3.1 东安动力集团有限公司 哈尔滨东安汽车动力股份有限公司 (简称 东安动力 )于 1998 年在上 交所上市，公司始终贯彻 “ 质量第一，用 户至上 ” 的方针，重视技术进步，不断更新和调整产品结构，公司研制生产的发动机型号不断更新，市场占有率不断提高，已累计产销超过了 300 万台，现已成为国内著名的微型汽车发动机及变速器研制生产基地之一。 2009 年 11 月 10 日，东安动力由 中 国航空工业集团公司 整体划归 中国兵器装备集团公司 ，成为 中国长安汽车集团 的全资子公司。 公司经过多年的发展逐渐形成了适应市场需求的产品体系，主要分发动机、变速器、零部件及铸造产品等四部分，现已具备年产发动机 40 万台、变速箱 50万台的能力。其生产的 DA465Q、 DA465Q-1A、 DA468、 DA471 等各系列发动机排量分布在 1.0-1.3 升的黄金 区间，前、后驱各系列电喷发动机的排放达到了国 、国 标准，是国产微车、微（经）轿车首选机型，产销量及出口量处于国内领先地位；其生产的 DABS10-4 系列、 DABSA10F、 DABS14R、 DABS10-2/D 系列、 DABS09-3/D系列变速器，可以与排量为 0.8L-1.3L 的发动机进行匹配，为上述发动机及东安三菱的 4G1、 4G9 等发动机配套的变速器齿轮和差速器齿轮，年产能达 48 万台套。其下属铸造厂，从事铸造行业已有近 60 年历史，年产铝合金铸件 6000 吨，灰铸铁件、球墨铸铁件 30000 吨，多年来一直为东安动 力、东安三菱、沈阳三菱、沈阳新光、北京现代等提供优质铸件。 公司拥有具有国际先进水平的缸体生产线 4条、缸盖生产线 3 条、系列齿轮生产线 10 条及变速器壳体生产线、热处理生产线、试车生产线和锻铸造生产线，并利用自身能力建设了国内较高水平的曲轴粗、精加工生产线，凸轮轴生产线，差速器壳体生产线，并拥有前后驱发动机及变速器总成装配生产线各 2 条。 近年来，公司先后荣获了 “ 优秀产品荣誉称号 ” 、 “ 中国最佳企业形象 ” 、“ 中国名牌产品 ” 、 “ 全国用户产品质量满意、售后服务满意示范单位 ” 、 “ 五一劳动奖状 ” 、 “ 优秀供应商 ” 、 “ 中国企 业信息化 500 强 ” 、 “2004 年度中国汽车零部件百强企业 ” 等荣誉称号。 公司不断学习新的行业理念，不断加强自身建设，先后通过了 ISO/TS16949国际质量体系认证，环境管理体系认证和职业健康安全管理体系认证。 公司部分产品如图 2.3 为例。 nts 14 图 2.3 东安集团部分产品 2.3.2 DA465Q 发动机 此系列发动机为直列四缸发动机，多用于小排量汽车，如哈飞民意哈飞路宝昌河北斗星爱迪尔等品牌微型轿车动力匹配。如图 2.4(a)、 (b) DA465Q发动 机主要性能参数 为例。 图 2.4 DA465Q 发动机主要性能参数（ a） nts 15 图 2.4 DA465Q 发动机主要性能参数 (b) 2.4 本章小结 本章 详细介绍了汽车及汽车发动机概况，对发动机各性能加以介绍以及对东安动力集团、 DA465Q 发动机主要性能参数进行阐述。 nts 16 第 3 章 清洗装置 总体及 主要部件设计 3.1 清洗目的及清洗方式的确定 生产线的清洗工序的目的是将残留在发动机进气口通道及气阀密封表面上的杂质、灰尘等清洗掉，确保气阀密封可靠，以保证发动机的正常工作。 国内的发动机生产线 的清洗工序大部分还是比较传统的人工清洗，因为国内的劳动力相对过剩。但随着科技的不断进步，自动化的生产线必将取代人工操作。本课题设计是由气缸推动清洗装置来完成自动清洗。 清洗方式采用高压空气吹入法。这种方法就是对进气口通入高压空气，随着高压气流的流动，将杂质或尘土等吹掉。用高压空气清洗是比较传统也比较典型的清洗方式。本方法既可以保证清洗质量，而且也比较节省能源。 3.2 缸盖进气门清洗装置设计 根据以上的构思和任务书的要求，完成汽车发动机缸盖进气门清洗装置的设计。该装置大体上由以下几个部分组成 :气缸、电动机、 皮带轮、凸轮机构、清洗装置、托盘、支架 、提升装置等。 该装置的工作过程如下：电动机驱动，经过减速器带动皮带轮转动，凸轮轴随着皮带轮一起转动，使顶杆作上下往复运动，而缸盖的气门阀杆也跟着上下运动，使进气门往复开闭，这时，两端的清洗装置通过气缸的作用，到达工作位置对进气门通入高压空气，进行清洗。如图 3.1。 3.3 凸轮机构设计 当发动机到达清洗工序时 ,由于发动机上的凸轮轴并为安装 ,所以在进行这部分工作时 ,需要设计出一套完整、完善的凸轮机构 ,以使进气口阀打开 ,当各阀打开后。再通入高压空气使得通道中的一些杂质 (灰尘 ,碎屑等 )被吹掉 ,从而达到清洗的目的。 1.凸轮机构的类型按形状分为： (1)、盘式凸轮 它是凸轮的基本形式。这种凸轮是一个绕固定轴线转动并具有变化半径的盘形零件。 (2)、移动凸轮 当盘型凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。 nts 17 (3)、将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮。 盘式凸轮和移动凸轮与从动件之间的的相对运动为平面运动，而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动，所以前二者属于平面凸轮机构，后者属于空间凸轮机构。 A进气B1 气缸 2 电动机 3 皮带轮 4 凸轮机构 5 工件 6 清洗装置 7 托盘 8 提升装置 9 支架 图 3.1 进气门清洗装置 2.凸轮按从动件的端部形状分： nts 18 (1) 尖顶从动件 尖顶能与任何的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意预期的运动规律。但尖顶与凸轮轮廓是点接触，磨损快，故只宣用传力不大的的低速凸轮机构。 (2) 滚子从动件 滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故耐磨损，与顶尖从动件相比可以承受较大的载荷，应用最普遍。 (3) 平底从动件 这种从动件与凸轮轮廓表面接 触的端面为一平面。显然它不能与凹形的凸轮轮廓相接触。它的优点是凸轮对从动件的始终垂直于平底的平面，故传动效率高，而且从动件的底面与凸轮之间易于形成楔形油膜，利于润滑，故常用于高速传动。 3.按从动件的运动形式分 (1) 直动从动件 从动件相对机架作往复直线运动。 (2) 对心从动件 从动件的导线延长线通过轴心。 (3) 偏置从动件 从动件的导路延长线不通过轴心，有偏距。 (4) 摆动从动件 从动件相对机架作往复摆动。 按照设计思路要求，凸轮机构的选择上按形状要求应选为盘形凸轮机构，按从动件的端部形状应为平底 从动件，按从动件的运动形式应为直动从动件。 4.进行盘形凸轮机构设计时，有两种方案可选择： (1) 方案 1 凸轮的凸起部分在同一个位置。 （ 2） 方案 2 凸轮的凸起部分在不同位置。 方案图见图 3.2。 图 3.2 凸轮轴 方案1方案2nts 19 对比两个方案来说，我感觉还是应该选用方案 1，因为我这部分时要清洗进气口，凸轮的凸起在同一位置时，四个阀口同时打开，四个进气口可以同时进行清洗，这样在规定的时间内工作效率会比较高，加工制造也比较方便，简单。 3.3.1 凸轮机构基本尺寸设计 凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构 。本设计中的凸轮机构尺寸如图 3.2。 图 3.3 凸轮机构基本尺寸 3.3.2 凸轮的最大压力角 因本设计选用平底从动件，故要计算凸轮与从动件 的压力角。压力角就是在从动件与凸轮的接触点上，从动 件所受正压力与其速度之间所夹的锐角。 最大压力角位置如下图所示 ,是由 AUTO CAD 生成的 . 最大压力角 =30， 见图 3.4。 3.3.3 凸轮机构运动线图 凸轮机构的运动线图如图 3.4 所示： 图 3.5 凸轮机构运动线图 角度270241119 36018090图 3.4 压力角 nts 20 3.3.4 凸轮的材料及热处理 凸轮材料及热处理要求见表 3.1。 表 3.1 凸轮材料及热处 理要求 凸 轮 从动件接触端 低 速 轻 载 材 料 热处理，极限应力 材 料 热处理 45 调质 220 260HBC 5107020 H BSH 45 表面淬火 40 45HRC 3.3.5 凸轮的强度校核及许用应力 凸轮的强度校核及许用应力的计算： 21 /2/ mmNbFZ HPEH (3.1) HRHHP SNNZ /6 00 (3.2) 由公式 (3.1)、 (3.2)得 2121 /2418.0 EEEEZ E 8.189EZ 式中： EZ 综合弹性指数； 1E 弹性模量； 2E 弹性模量； F 凸轮与从动件在接触处的法向力（ N）； b 凸轮与从动件的接 触宽度； 1 凸轮轮廓在接触处的曲率半径（ mm）； 根据机械设计手册查得： 50 10NnTN 60 (3.3) 由公式 (3.3)得： N=14400 2.1HS 带入各个参数后 ，由 (3.1)、 (3.2)、 (3.3)得： 26 5 /5.5862.1/144 00/10510 mmNHP 2/88.11 318152/20 08.18 9 mmNH 22 /5.586/88.113 mmNmmN HPH nts 21 因此，符合要求。 3.4 电动机选择 3.4.1 电动机的功率计算 9550TnPW (3.4) 8 rFT (3.5) 式中： T 扭矩 F 载荷力 r 凸轮半径 8 阀杆个数 WP 电动机功率 n 转速 由公式 (3.4)得： KWnTP W 25.09550/100249550/ 由公式 (3.5)得： NmrFT 24108152008 3 3.4.2 电动机型号选择 由于功率和转速都不是很高 ，而一般的发动机的输出轴的转速都比较大，而单独设计减速器，又会使结构上过于繁琐，而且还需要大量的设计和计算。所以选用减速电动机即可以使结构简单，又可以省下多余的设计精力，经济性上也比较合适。 图 3.6 YCPJ 系列三相异步电动机 根据实际的需要，选择 YCJP 系列齿轮减速三相异步电动机，参数如下： nts 22 额定功率 0.55KW 机座号 YCPJ130 输出转速 100r/min 配用电机 Y801-4 输出转矩 48.32Nm 选用的 YCPJ 系列齿轮减速三相异步电动机如图 3.6 3.5 带传动设计 带传动要完成电动机和凸轮机构之间的传动，所以要进行带型的选择及参数计算。 3.5.1 带传动的选择 根据实际结构的要求，由 选择单面梯形齿同步带 ,L 轻型 ,节距 mmPb 525.9,公称长度 mmL P 33.314 ,齿数 33bZ，参数如下： /2 40 S/mm 4.65 th/mm 1.91 sh/mm 3.60 r /mm 0.51 ar /mm 0.51 a/mm 0.381 带的参数示意图见图 3.6。 图 3.7 带参数示意图 3.5.2 带传动的设计计算 1） 设计功率 : PKPAd (3.6) 由公式 (3.6)得： KWPKP Ad 935.055.07.1 2 nts 23 2） 根据1,nPd(带轮转速 100r/min),由手册 中表8-1-13 可以选出带的类型为 L 型 (轻型 )。 3） 带轮节圆直径 : 11 ZPd bp (3.7) 由公式 (3.7)得： mmZPd bp 10014.3 33525.911 4） 校核带速 : 100060 11 ndv p(3.8) 由公式 (3.8)得： smndv p /523.0100060 10010014.3100060 11 smvsmv /4035/523.0m a x 所以符合要求。 5）轴间距 : 21021 27.0 pppp ddadd (3.9) 由公式 (3.9)得： mmamm 2 0 01 4 0 0 根据要求尺寸如下： mma 2171 , mma 3622 , mma 2333 . 6）基本额定功率 : 10 0020vqvTP a (3.10) 根据 中表 8-1-76 查得 : 基准宽度 mmbs 4.250 ； 许用工作压力 NTa 244； 单位长度 mKgq /095.0
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