FZ-400立式半球阀阀座装配机设计-方案论证报告

机电工程学院毕 业 设 计 方 案论 证 报 告设计题目: FZ-400 立式半球阀阀座装配机设计 工作装置设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 20 年 3 月 20 日目 录1 调研小结 .12 课题的提出 .13 研制装配机设备的目的和意义 .13.1.研制装配机设备的目的 .13.2.研制装配机设备的意义 .14 装配机国内外发展现状 .25 装配机总体设计方案 .35.1.装配机总体布局方案论证及选择 .35.2.装配机主轴升降系统设计 .45.3. 装配机加卸载主传动系统设计 .45.3.1 齿轮变速器及其工作原理 .45.3.2 主轴传动系统中电机功率的确定 .55.4.装配机的工作原理 .5论证结果 .6参考资料 .611 调研小结2012 年 2 月 25 号，我们一行人在指导老师的带领下来到了郑州黑马实业有限公司进行实地的考查与调研。之前的许多设想都感觉不太实际，而黑马公司是生产各种口径半球阀的一个公司。在这里我们了解了半球阀的零件的生产、装配以及产品的检测。重点的了解了我所要设计的半球阀阀座的装配。通过此次的参观，我终于对自己的设计有了方向，了解了自己的设计将要注意什么问题。同时，我让我开阔了自己的视野，不再局限于理论上的东西，让我受益良多。2 课题的提出在对半球阀的装配中，半球阀的最后的密封起到至关重要的作用。而目前国内的许多的企业，他们在对一些中高压的半球阀最后的密封装配中往往都是采用了手动的方式进行装配。这样一来，不仅工作的效率非常低，而且往往达不到所要要求的密封。所以，我们提出了用这样的一种自动装配机来代替原有的手工装配。通过不同传动链的切换，用快速拧进，慢速拧紧，飞轮冲压的方式，并通过工控机来实现拧紧力的准确控制，并实现生产的现代化。极大的提高了半球阀的制造水品和生产效率。3 研制装配机设备的目的和意义3.1.研制装配机设备的目的就目前国内的绝大多数制造中高压、高精密半球阀的企业来说，其对半球阀阀座进行密封装配时依然是采用了手动或者简单的机械操作。这样就使得效率很低，而且很多时候不能达到拧紧的要求。对其具体的拧紧力也是无法正确、准确的得到测出。这样不仅要耗费很大的劳动力，其装配的效率也是非常的差。如若出现了装配的而错误也是需要繁琐的步骤才能修正。故而，提出了装配机设备的研制。此装配机研制的目的就是通过自动的机器对阀座进行拧紧操作。通过不同的传动链和飞轮实现不同的拧紧速度以及最后的冲压。从而可以得到较为精准的拧紧力。装配机的研制可以大大的提高了工作效率，减少装配工作的难度以及其中的失误。希望借以提高产品的制造水品以及实现现代生产的自动化。3.2.研制装配机设备的意义此装配机的研制可以改变原有的手工装配的模式，同时可以大大的提高其2所生产产品的质量和效率。通过不同的级数变速来实现拧紧，这样一来，我们就可以通过工控装置进行自动的数据记录。并且，不仅仅在本产品实现现代化的装配，同时其机器的形式与工作原理等可以运用到许多的同行业的产品中。这可以为我国的现代化事业做出应有的贡献。在本产品的设计和研制中用到了许多的东西，如零件的开发、夹具的设计、各种参数的计算和分配，这都值得类似机械开发的借鉴。本装配机的研发具有非常大的经济价值，同时也有很大的推广价值，其必将带来巨大的经济效应。4 装配机国内外发展现状机械制造业是一个国家最基础的行业，也决定了一个国家制造业的整体水平，起步早，但发展又最令人担忧，比如现在中国的汽车工业相比机械制造业来说无论是产品质量还是生产效率都要高得多，当然这也是因为机械行业的特性起了决定性的因素。 面对越来越激烈的国际市场竞争，我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已经落后，加上资金不足，资源短缺，以及管理体制和周围环境还存在许多问题，需要改进和完善，这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。随着我国改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。当今，制造业的世界格局已经和正在发生重大的变化，欧、亚、美三分天下的局面已经形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。所有这些又给我们带来了难得的机遇。挑战与机遇并存，我们应该正视现实，面对挑战，抓住机遇，深化改革，以振兴和发展中国的机械制造业为己任，励精图治，奋发图强，以使我国的机械制造业在不太长的时间内赶上世界先进水平。目前，我国的装配行业大都是以手工和简单的机械为主，生产水平落后，生产效率低下。而国外的许多大型的企业均配有自动装配机，自动装配机的运用大大的提高了生产效率。这主要是由于国内的许多的企业对技术的投入不足，而且生产技术比较的落后。所以就导致了比国外的同行业要落后。尽管如此，我们却也在不断的引进新的技术。再加上国内有着许多的重工业基地，以及其生产产品的成本比较的低，所以，国内还是有很大的市场和发展空间。通过不3断地引进国外的先进技术，同时不断的创新和开拓新的市场，我国的装配机行业必将也得到长足的发展。5 装配机总体设计方案如下图就是立式装配机的整机的工作原理示意图。整机包括有机床床身、主轴升降系统、加载主轴传动系统、工控系统、扭矩测量系统、工作台等部分组成。其主要的工作原理是电机 1 通过带轮 2 由经变速器 3 分为两条传动链，变速器的变速是通过同步控制气缸 4 进行的。然后通过联轴器 5 传递到蜗轮减速器 6 进而传递到主轴 8，带动加载头 9 进行拧紧的工作。主轴升降系统 7 是利用一个微型的气压缸来实现主轴的升降。本立式装配机的装卡工作台的导轨可以实现工件 10 的纵向移动。工作台上安装托架 11, 其可绕中心轴转动，加载头施加于旋压螺套的扭矩，则通过托架 11 传递给扭矩测量装置 13。这样可以比较精准的控制所工作的扭矩。图 1 立式装配机工作原理图1-电动机； 2-带传动； 3-齿轮变速器； 4-同步器控制气缸； 5-联轴器； 6-蜗杆减速器；7-主轴升降系统； 8-主轴； 9-加载头； 10-工件； 11-转动托架； 12-工作台； 13-扭矩测量装置； 14-床身5.1.装配机总体布局方案论证及选择本设计主要涉及到两个运动，即加载头为拧紧阀座的回转运动和主轴的进给运动。主轴的进给是直线运动，而回转是圆周运动，所以，就有了一下的两4个方案：方案一，就如图 1 所显示的那样，工件固定不动，通过气缸实现主轴的直线运动，通过传动装置来实现加载头的圆周运动，把加载头与主轴做成一个整体，这样就只是加载头的一个复合运动来实现工作的目的。方案二，主轴向下进行直线运动，而工件则进行回转运动，从两个方面进行独立的运动，从而实现拧紧的目的。方案一，只需要考虑一个方面的运动，结构简单，运动也比较好控制。而方案二则是要考虑到两个物体的运动，操作不便，而且整体的运动困难，不好实现。故，综合考虑，选择方案一，即选用如图 1 所示的原理为最终的方案。5.2.装配机主轴升降系统设计如图 1 所示，半球阀的阀座装配机是利用装置 7 也即是气缸的活塞的上下往复运动来实现主轴 8 的上升和下降的。但是在气缸和主轴之间又加上了一个活动的气缸头，这样就使主轴在转动时，气缸并不转动。要实现工件的阀座的快速而较快的拧紧，首先需要使主轴快速的下降到一个大致的位置。开始旋转时的转速会比较高，这时受工控机的控制，主轴会进行小幅度的移动。到了最后的拧紧装配阶段时，主轴同样要向下进行微量的位置补偿。而到拧紧力到达某一个值时，说明装配结束，这时主轴就需要快速的上升。装配机采用带磁性开关的气缸，磁性开关安装在气缸缸筒的外侧，如此一来就可以实现主轴在装配过程中的一系列运动。5.3. 装配机加卸载主传动系统设计5.3.1 齿轮变速器及其工作原理在本设计中变速箱起到至关重要的作用，通过它的变速才能最终得到不同的拧紧力以及最后的飞轮冲压拧紧。如图 2 所示的齿轮变速器的原理图，可以看到其主要有链条传动链，即第一条链 A2 到 A4 和第二条传动链 z1 到 z4 。二者之间可以相互的切换。变速箱中装有同步器，其输入轴与齿轮 4 之间装有同步器的花键毂，花键毂以其内花键分别与输出轴和同步器的结合套作滑动连接，输出轴是通过一个滚针轴承套在输入端的轴齿轮里。当同步器向左拨动时，输入轴和输出轴连在一起在图中所示即为 A2 的动力经过同步器直接传到 A4，此时的传动比为 1，加载头为高速旋转。当同步器向右拨动时，动力从输入轴 A25经过传动链，再通过花键毂 4 传到输出轴 A4 上，这时变速器的传动比为16，加载头低速旋转。而同步器 4 的拨动是由气缸带动拨叉 5 的滑动实现的。图 3 齿轮变速器工作原理1-大带轮（飞轮） ；2-电磁摩擦离合器；3-滚针轴承；4-同步器花键毂；5-拨叉5.3.2 主轴传动系统中电机功率的确定对于本次所设计的 DN400 来说，若去低速拧紧时的工作压力 p =2.5Mpa,则计算所得到的在低速时加载头的拧紧力矩 T0=29.73kN.m。如果完全的依靠系统中的减速装置，则可以得出所需要的功率 P0 =6.4kW。考虑到最后还要用到飞轮进行冲压，所以，最终选择的电机的功率为 11kW。5.4.装配机的工作原理本装配机是以电动机作为主要的动力来源，以压缩空气作为辅助的动力来源。电机的动力通过三角带传到齿轮减速箱，再通过电磁离合器传到蜗轮蜗杆变速箱，然后带动主轴，进而带动加载头进行旋转工作。同时气缸带动主轴进行上下的移动，主轴与气缸轴之间用气缸接头连接，气缸轴并不转动。装配机在工作时主要是有三个阶段组成，第一个阶段是主轴快速下降到某一个位置，同时，加载头开始高速旋转，此时的转速为 32.67rpm，通过工控机控制当拧紧力矩达到门槛扭矩后，主轴自动切换成低速状态，进行第二阶段，此时的转速为 2.04rmp。当拧紧力矩又达到一定数值时，进入低速阶段，电磁离合器断开，飞轮通过短暂的蓄能后，在电磁离合器连接的一瞬间对工件进行冲击，如此一来拧紧的循环就正常的终止。在高速转动时，通过电机的转速和此时的转速可以确定带轮的传动比为63，蜗轮蜗杆减速器的传动比为 15。当进行低速旋转是，可以得到总的传动比为 720，减速器的总传动比为 16，分配两对齿轮的传动比为 4。同样可得进行转换时其初值扭矩：T1 =1.86kN.m；中值扭矩：T2 =29.7kN.m。在装配的过程中，每一个环节都是通过工控机进行控制和操作的。如果在工作中出现了卡扣现象，则工作人员也可以通过工控机控制电机反转等来解决这个问题。可以观察工控机的数值判断其是否达到要求，进而进行后面的操作。论证结果一种机械装置的设计，我们所要考虑的最主要的东西是其性能的好坏，其次是它的经济适用性以及它的环保等一系列的问题。通过实际的参观考察以及对现有模型的分析，进行创新设计、优化设计，最终得到全方面的理想的产品。本次所设计的 FZ-400 立式阀座装配机，主要有涉及到两个运动，即加载头为拧紧阀座的回转运动和主轴的进给运动。主轴的进给是直线运动，而回转是圆周运动，所以，就有了一下的两个方案：方案一，就如图 1 所显示的那样，工件固定不动，通过气缸实现主轴的直线运动，通过传动装置来实现加载头的圆周运动，把加载头与主轴做成一个整体，这样就只是加载头的一个复合运动来实现工作的目的。方案二，主轴向下进行直线运动，而工件则进行回转运动，从两个方面进行独立的运动，从而实现拧紧的目的。方案一，只需要考虑一个方面的运动，结构简单，运动也比较好控制。而方案二则是要考虑到两个物体的运动，操作不便，而且整体的运动困难，不好实现。故，综合考虑，选择方案一，即选用如图 1 所示的原理为最终的方案。本设计主要是采用两个减速装置，即有离合器的变速器以及蜗轮蜗杆减速器进行逐步的减速，同时，在最后冲压的时刻采用飞轮冲压，以及用工控机进行全程的控制，不仅减少了人力，提高了工作效率， 而且可以实现精准控制，具有很好的现代化性能，也有很好的经济性和可发展性。参考资料1 机械设计手册编委会.机械设计手册，单行本，机架、箱体及导轨.北京:机7械工业出版社，2007.2 宋效法，刘善标新型氧化铝工业用阀双偏心式半球阀J轻金属2000（2）：1719.3 唐艺.新编汽车构造M.北京：机械工业出版社，2000.176-178.4 实用机械设计手册编写组编.实用机械设计手册.北京:机械工业出版社,1995.5 曲