發(fā)動機DA465Q缸蓋連接螺栓自動裝配裝置設(shè)計

1、本科學生畢業(yè)設(shè)計發(fā)動機（DA465Q）缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-3班 學生姓名： 呂佳文 指導教師： 林 明 職 稱： 高 工 黑 龍 江 工 程 學 院二一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's DegreeDesign of DA(465Q) Engine Cylinder Connecting Bolts Automatic Assembly DeviceCandidate：Lv JiawenSpecialty： Vehicle EngineeringClass： B

2、W07-3Supervisor：Senior Engineer. Lin MingHeilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin摘 要本文系統(tǒng)的闡述了國內(nèi)外汽車發(fā)動機自動裝配技術(shù)的現(xiàn)狀、水平及我國在此方向的發(fā)展狀況。并以東安汽車發(fā)動機為研究對象，到工廠對其生產(chǎn)線進行了參觀和實地考察。根據(jù)實際裝配與檢驗過程的工藝要求，進行了自動裝配與檢驗生產(chǎn)線可行性分析。并結(jié)合實際條件，確定了汽車發(fā)動機缸蓋裝配與檢驗工序的基準、生產(chǎn)用量和工時定額。在此基礎(chǔ)上，確立了最終的生產(chǎn)線。同時，通過對國外同類汽車發(fā)動機生產(chǎn)線參考和借鑒，針對以東安為代表的國內(nèi)

3、特定的生產(chǎn)技術(shù)與勞動條件，對其裝配與檢驗工藝規(guī)程進行了詳細設(shè)計，最終確立了一套完整的適合國內(nèi)實際情況的汽車發(fā)動機生產(chǎn)線。本文著重介紹汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計過程、方法及工作原理。重點對抓取螺栓裝置和傳動機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計和理論的分析，對其中如何實現(xiàn)螺栓的抓取和水平及垂直運動的難點問題。最終采用了機械手、氣壓缸和滾珠絲杠傳動裝置完成了上述運動，并對其進行了嚴格的理論設(shè)計計算，使其能夠精確的完成預定運動。從而使螺栓安裝實現(xiàn)了自動化，很大程度的節(jié)省了人工和時間，顯著地提高了螺栓裝配的質(zhì)量和效率。關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；缸蓋；生產(chǎn)線；機械手；連接螺栓ABSTRACTThe exposit

4、ion 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 investiga

5、te 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,

6、 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 esta

7、blished 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 emphati

8、cally. 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

9、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: Auto

10、mobile engine；The jar overlays； the production line；Manipulator；Join the bolts目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1汽車及汽車工業(yè)概述1汽車1汽車工業(yè)的發(fā)展11.2發(fā)動機的概述2發(fā)動機分類和基本構(gòu)造2發(fā)動機的工作原理2發(fā)動機缸蓋31.3汽車生產(chǎn)線4生產(chǎn)線簡介4裝配線的型式4裝配線的條數(shù)、長度及勞動量4本課題研究的主要內(nèi)容5第2章 發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線介紹62.1生產(chǎn)線概述62.2進、出氣閥的裝配72.3進出氣閥的裝配檢驗72.4進出氣閥的清洗72.5進出氣閥的清洗檢驗72.6螺栓的裝配72.7螺栓的裝配

11、檢驗7第3章 發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計83.1總體裝置的構(gòu)思83.2 螺栓抓取與安裝裝置的設(shè)計11抓取裝置的設(shè)計113.2.2 機械手的固定裝置設(shè)計133.3 螺栓安裝傳動機構(gòu)的設(shè)計14傳動機構(gòu)在豎直平面內(nèi)的運動14傳動機構(gòu)在水平平面內(nèi)的運動153.4整體支架的設(shè)計233.5平衡裝置的設(shè)計24結(jié) 論26參考文獻27致 謝28附 錄29第1章 緒 論1.1汽車及汽車工業(yè)概述汽車汽車是指能自帶能源的機動輪式無軌車輛，它是使用最廣泛的交通運輸工具。按運輸對象汽車可分為客運汽車和貨運汽車(簡稱貨車)兩大類。汽車是由上萬個零件組成的結(jié)構(gòu)復雜的機動交通工具。根據(jù)其動力裝置、運送對象和使用條件的

12、不同，汽車的總體構(gòu)造可以有很大差異，但它們的基本結(jié)構(gòu)都有發(fā)動機、底盤、車身、和電器與電子設(shè)備四大部分所組成。發(fā)動機是汽車的動力裝置。底盤由傳動系、行駛系、和制動系四大部分組成。作為汽車的基體，發(fā)動機、車身、電氣設(shè)備及各種附屬設(shè)備都間接或直接地安裝在底盤上。車身用來安置駕駛員、乘客和貨物的等。汽車電器設(shè)備由電源（蓄電池、發(fā)動機）、汽油機點火設(shè)備、發(fā)動機起動電動機、照明與信號設(shè)備、儀表、空調(diào)、刮水器、收錄機、門窗玻璃電動升降設(shè)備等組成。汽車的類型很多，分類方法也很多。通常按汽車的用途可分為轎車、客車、載貨汽車、越野汽車、牽引汽車、自卸汽車、農(nóng)用汽車、專用（特種）汽車和改裝車等。汽車是作為一種交通工

13、具而產(chǎn)生的，但發(fā)展到今天已經(jīng)不能把他理解為單純的“行”的手段。因為“汽車化”改變了當代世界的面貌，它已經(jīng)成為當代物質(zhì)文明與進步的象征及文明形態(tài)的一種代表。中國汽車工業(yè)的振興也必然會使中國的面貌煥然一新，在繁榮經(jīng)濟、促進四個現(xiàn)代化、提高人民的生活水平、推動社會與地球上近四分之一的人類進步方面發(fā)揮了巨大的作用。汽車工業(yè)的發(fā)展汽車工業(yè)是加工設(shè)備工業(yè)的最大用戶，大量生產(chǎn)汽車的特殊要求，對高度專用的加工設(shè)備的設(shè)計和發(fā)展具有深遠的影響。從汽車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動機的自動化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動化生產(chǎn)水平，同時又影響到汽車工業(yè)的競爭實力與技術(shù)水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)線

14、水準，是目前我們勢必解決的問題。工業(yè)發(fā)達國家都十分注意汽車制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術(shù)和工藝裝備汽車制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)勢必得到優(yōu)先發(fā)展。對比之下，我國目前汽車制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝設(shè)備，數(shù)控機床與自動化裝配設(shè)備在汽車制造中的比重還比較低；自動化程度基本上還是“一個工人、一把刀、一個機床、一個槍”，導致了勞動生產(chǎn)率降低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；機械裝備主要是用來代替和放大人的體力，其工作盡管比人熟練和精確，并有一定的自動化程度，但由于缺乏存儲個靈活處理的信息的能力，智能化程度差，導致了生產(chǎn)率低、加工精度的進一步提高受到限制。上述情況，只

15、是我國汽車制造產(chǎn)業(yè)的一個縮影，而汽車發(fā)動機制造裝備產(chǎn)業(yè)的萎靡不振，又嚴重影響了汽車制造業(yè)、乃至整個機械制造業(yè)的振興。故振興我國汽車及其發(fā)動機制造裝備產(chǎn)業(yè)，以及自動裝配與檢驗產(chǎn)業(yè)，提高我國制造業(yè)的總體技術(shù)水平和市場競爭力，是當前進行各企業(yè)改組、改革、改造的當務(wù)之急。1.2發(fā)動機的概述 發(fā)動機分類和基本構(gòu)造在汽車中最重要的是發(fā)動機，他對于汽車就像人的心臟一樣重要。發(fā)動機就是將燃料的化學能轉(zhuǎn)換成機械能的機器。在現(xiàn)代汽車上主要應用的是內(nèi)燃機。內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過是燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其釋放出的Aa熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機和自

16、由活塞式內(nèi)燃機，也包括葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等，通常所說的內(nèi)燃機就是指活塞式內(nèi)燃機。內(nèi)燃機具有熱效率高、功率范圍廣、適應性好、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、使用方便、啟動迅速等優(yōu)點，所以被廣泛地應用于各種機械。發(fā)動機最基本的結(jié)構(gòu)是由氣缸、氣缸蓋、進氣門、排氣門、噴油漆（火花塞）、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等組成。發(fā)動機的工作原理四行程汽油機的一個工作循環(huán)包括有四個活塞行程（所謂活塞行程就是指活塞由上止點到下止點之間的距離的過程）：進氣行程、壓縮行程、膨脹行程（做功行程）和排氣行程。如圖1-1所示：圖1.1 四行程汽油機工作循環(huán)圖1、進氣行程。這個行程中，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，氣缸與化油器相通

17、，活塞由上止點向下業(yè)點移動，活塞上方容積增大，氣缸內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度?？扇蓟旌蠚獗晃霘飧變?nèi)?；钊兄料轮裹c時，曲軸轉(zhuǎn)過半周，進氣門關(guān)閉，進氣行程結(jié)束。2、壓縮行程。進氣行程結(jié)束后，進氣門、排氣門同時關(guān)閉。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞由下止點向上止點移動，活塞上方的容積縮小，進入到氣缸中的混合氣逐漸被壓縮，使其溫度、壓力升高?；钊缴现裹c時，壓縮行程結(jié)束。壓縮終了時，混合氣溫度約為600700K，壓力一般為0.61.2MPa。：混合氣被壓縮之后，密度增大，壓力和溫度迅速升高，為燃燒創(chuàng)造了良好條件.3、作功行程。當壓縮沖程臨近終了時，火花塞發(fā)出電火花，點燃可燃混合氣。由于混合氣迅速燃燒膨脹，在極短時間內(nèi)壓

18、力可達到35MPa，最高溫度約為22002800K。高溫、高壓的燃氣推動活塞迅速下行，并通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)而對外做功。4、排氣行程。 混合氣燃燒后成了廢氣，為了便于下一個工作循環(huán)，這些廢氣應及時排出氣缸，所以在作功行程終了時，排氣門開啟，活塞向上移動，廢氣便排到大氣中。當活塞到達上止點時，排氣門關(guān)閉、曲軸轉(zhuǎn)至兩周，完成一個工作循環(huán)。發(fā)動機缸蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。缸蓋上裝有進、排氣門座，氣門導

19、管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。 氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。 氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大，由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。圖1.2發(fā)動機缸蓋見圖1.3汽車生產(chǎn)線 生產(chǎn)線簡介勞動定額水平、關(guān)鍵工序的自動化、物流與

20、倉儲、產(chǎn)品的質(zhì)量保證體系、生產(chǎn)的組織與管理等，是當前汽車與汽車發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)所共同面臨也是必需研究的主要課題之一。近幾十年來，國外汽車工業(yè)在應用微電子技術(shù)和計算機技術(shù)方面發(fā)展很快，在汽車產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、模擬分析、零部件的加工貯運、裝配試驗、生產(chǎn)的組織管理和銷售服務(wù)等方面都得到了廣泛應用，實現(xiàn)了一系列的自動化。隨著市場對汽車品種需要的多樣化。歐、美、日各大集團公司都已實現(xiàn)了多品種混線生產(chǎn)，節(jié)約了物流資金、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了用戶多種要求之目的。從轎車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動機的自動化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動化生產(chǎn)水平。因此，提高汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)線水準，是目前我們勢必解

21、決的重要難題。對汽車發(fā)動機的自動裝配生產(chǎn)的研究和開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。裝配線的型式總裝配線都需要有高架輸送和地面輸送兩種最基本的型式。其中，高架線一般包括積放式懸掛輸送機系統(tǒng)、普通懸掛輸送機和高架軌道小車。地面線一般包括滑撬式輸送系統(tǒng)、地面單鏈牽引軌道小車、地面板鏈帶隨行支架、地面板式輸送帶等類型。裝配線的條數(shù)、長度及勞動量轎車發(fā)動機生產(chǎn)線一般均分為兩段、三段或多段式，可把上述幾種型式有機的結(jié)合。裝配線一般需要根據(jù)產(chǎn)品的品種、生產(chǎn)綱領(lǐng)和裝配工藝要求，經(jīng)多種方案比較論證后再確定。裝配線的長度，在滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)、工藝要求、多品種生產(chǎn)和保證質(zhì)量的前提條件下，應盡可能縮短。平面布置可根據(jù)具體情況采用U

22、型、S型、矩型、多層等型式布置。勞動量定額水平過高或過低都將影響可行性研究和工廠設(shè)計的正確性，也關(guān)系到廠房面積、主要生產(chǎn)設(shè)備的臺數(shù)、裝配線的長度、生產(chǎn)工人數(shù)、投資及經(jīng)濟效益。所以，在可行性研究階段、尤其是在沒有產(chǎn)品圖紙時，較為準確地估算裝配線勞動量就尤為重要。國外總裝水平較高，主要是機械化自動化程度較高，故裝配公司較少。原因之一是國外的勞動力昂貴，從成本上來說，70年代1臺機器人的價格約等于5個工人的年工資，進入80年代，1臺機器人的價格只相當于2-3個工人的年工資 ，而效率卻比工人高得多。在我國，勞動力資源豐富，國家建設(shè)資金不十分充裕的前提下，必須大量引進外資。因此大量采用機械化自動化設(shè)備是

23、不現(xiàn)實的，故定額水平相對較低。本課題研究的主要內(nèi)容本項目研究的主要內(nèi)容是“汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置”的設(shè)計。螺栓的裝配：使發(fā)動機蓋和發(fā)動機缸體的螺孔對正，放入螺栓，完成裝配。總體裝置的構(gòu)思本設(shè)計的任務(wù)是在汽車發(fā)動機缸蓋的進出氣門的氣密性檢測之后，醬缸蓋與缸體的連接螺栓自動裝入發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計的對象為東安465汽油發(fā)動機的缸蓋，其上一共有10個螺栓，對稱排列在缸蓋兩側(cè)，根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計選擇分兩次安裝螺栓，即每次5個的方案。方案一 首先用機械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個絲桿結(jié)構(gòu)來完成機械手的上下運動并用一個轉(zhuǎn)軸來完成四連桿機構(gòu)在水平面內(nèi)

24、的轉(zhuǎn)動，最后由動力裝置帶動一個絲杠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)水平面內(nèi)的運動。方案二 首先用機械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓，液壓傳動后電傳動驅(qū)動傳動機構(gòu)在導軌上來完成機械手的水平和豎直運動。比較和綜合煩些上述兩個方案，機械手抓取螺栓的確定應用的，而方案一的四連桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運動的穩(wěn)定性比較差，不能應用，而絲杠傳動由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應用，而驅(qū)動初步定為氣壓傳動，因為整個生產(chǎn)線大不部分應用的是氣壓傳動，用起來比較方便。設(shè)計方案為通過絲杠船東來帶動機械手來完成水平運動，而用氣壓來完成豎直運動。具體的設(shè)計可以大致分為以下三個部分，并主要解決以下技術(shù)問題：螺栓抓取裝置的設(shè)計驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的

25、設(shè)計。整體支架的設(shè)計。第2章 發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線介紹2.1生產(chǎn)線概述主要完成發(fā)動機的裝配工作。從機加線過來的發(fā)動機缸蓋通過電動吊裝設(shè)備放置于裝配線的托盤上托盤通過滾道依次通過裝配的各個工位，工人在每個工位上安裝相應的零件到發(fā)動機缸蓋上，最終生產(chǎn)線流程走完后發(fā)動機裝配完畢進入下一個工序。進、出氣閥的裝配進出氣閥的裝配檢驗進出氣閥的清洗進出氣閥的清洗檢驗螺栓的裝配螺栓的裝配檢驗圖2.1發(fā)動機缸蓋裝配流程圖整條裝配線的工作流程如上圖所示，在發(fā)動機上線工位操作工操作電動起重機將機加線加工好的發(fā)動機缸體吊裝到發(fā)動機生產(chǎn)線的托盤上，發(fā)動機裝配線自動然后通過滾道將托盤輸送到下一安裝工位上自動停止在該工位上，該

26、安裝工位的操作工安裝依據(jù)該發(fā)動機的型號安裝相應的零件到發(fā)動機缸蓋上然后發(fā)出指令給裝配線，發(fā)動機托盤自動的被傳輸?shù)较乱还の?，下一工位的操作工依次安裝相應的零件到發(fā)動機上，依次類推當發(fā)動機走到下線工位時該工位的操作工通過電動起重設(shè)備將安裝好的發(fā)動機吊離發(fā)動機裝配線完成發(fā)動機的生產(chǎn)。裝配線上在一定的工位安裝的轉(zhuǎn)臺，舉升臺，翻轉(zhuǎn)機等設(shè)備，將發(fā)動機進行旋轉(zhuǎn)，舉升，翻轉(zhuǎn)等操作，方便后面的操作工進行安裝。2.2進、出氣閥的裝配發(fā)動機蓋生產(chǎn)好后，按順序先安裝進出氣閥，通過震動給料器得到的陣列好的氣門放到正確的位置，機械手按順序壓住彈簧，加上墊片，然后把止動銷放到氣閥桿上有凹槽的位置。機械手松開，彈簧回彈，把墊

27、片緊緊壓到止動銷上，使止動銷底部的楔型剛好嵌入墊片中間的斜面使其緊緊鎖住。2.3進出氣閥的裝配檢驗在進、出氣閥的裝配后，需要檢驗止動銷是否到了正確的位置，可能出現(xiàn)丟失一個或兩個半止動銷的情況，或止動銷沒正好嵌入桿的凹處，.這些都是不合格的，那么必須返回進行個人處理，處理合格后再返回生產(chǎn)線檢測工序，直到合格為止。2.4進出氣閥的清洗由于氣閥要求很高的氣密性，所以必須對其進行清洗，把所有的可能存在的灰塵和雜物都清洗干凈，可以用高壓空氣清洗。2.5進出氣閥的清洗檢驗這道工序很必要，清洗后檢測氣密性是否達到要求，達到了進行下一道工序，沒達到則需要返回重新人工清洗，這里的考慮與2中相同。2.6螺栓的裝配

28、使發(fā)動機蓋和發(fā)動機缸體的螺孔對正，放入墊片，擰緊螺桿，完成裝配。2.7螺栓的裝配檢驗必須檢驗是否裝配正確。有時由于機械的失誤出現(xiàn)一些裝配錯誤現(xiàn)象，如沒有放墊圈，沒有放螺栓，放了兩個墊圈等。所以可以采用數(shù)字測長儀來檢驗螺栓是否安裝合格。第3章 發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計3.1總體裝置的構(gòu)思本設(shè)計的任務(wù)是在汽車發(fā)動機缸蓋的進出氣門的氣密性檢測之后，將缸蓋與缸體的連接螺栓自動裝入發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的螺栓孔內(nèi)。設(shè)計的對象為東安465汽油發(fā)動機的缸蓋，其上一共有10個螺栓，對稱排列在缸蓋兩側(cè)，見圖3.1所示。根據(jù)任務(wù)書上規(guī)定的60秒每件的生產(chǎn)能力，本設(shè)計選擇分兩次安裝螺栓，即每次5個的方案。圖3.

29、1 發(fā)動機缸蓋示意圖通過對本次設(shè)計對象東安465發(fā)動機缸蓋的測繪和在東安工廠發(fā)動機缸蓋生產(chǎn)線的參觀和實地考察，以及對國內(nèi)外相關(guān)發(fā)動機生產(chǎn)線的研究和參考，發(fā)現(xiàn)我國發(fā)動機生產(chǎn)線的自動化的程度低于國外，特別是缸蓋與缸體連接螺栓自動安裝部分，我國主要還靠人工來完成，而國外已經(jīng)實現(xiàn)了自動化。這就更加說明了實現(xiàn)螺栓自動安裝的重要意義。通過查閱大量有關(guān)汽車發(fā)動機生產(chǎn)線方面和自動化裝置方面的資料，初步確定了以下兩套裝配方案：方案1 首先用機械手來完成螺栓的抓取和放下，其次用一個四桿結(jié)構(gòu)來完成機械手的上下運動并用一個轉(zhuǎn)軸來完成四桿機構(gòu)在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，最后由動力裝置帶動一個絲杠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)水平面內(nèi)的運動。方案

30、2 首先用機械手來抓取和放下連接螺栓，其次依靠氣壓、液壓傳動或電傳動驅(qū)動傳動機構(gòu)在導軌上來完成機械手的水平和豎直運動。比較和綜合分析上述兩個方案，機械手抓取螺栓是確定應用的。而方案1的四桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)軸運動的穩(wěn)定性比較差不能應用，而絲杠傳動由于穩(wěn)定性和精度比較高可以應用，而驅(qū)動初步定為氣壓傳動，因為整個生產(chǎn)線大部分應用的是氣壓傳動，用起來比較方便。綜上所述，本著既實用又經(jīng)濟的設(shè)計理念，分別在兩個方案中取其精華，確定了最終的設(shè)計方案為通過絲杠傳動來帶動機械手來完成水平運動，而用氣壓傳動來完成其豎直運動。具體的設(shè)計可以大致分為以下三個部分：螺栓抓取裝置的設(shè)計驅(qū)動螺栓抓取裝置的傳動機構(gòu)的設(shè)計。整體支架的

31、設(shè)計。汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置結(jié)構(gòu)見圖3.2所示圖3.2 連接螺栓自動裝配裝置結(jié)構(gòu)圖1.整體支架 2.氣缸固定鋼板 3.氣壓缸 4.電動機 5.平衡機構(gòu) 6機械手7. 機械手固定鋼板 8.定位導柱 9.導軌3.2 螺栓抓取與安裝裝置的設(shè)計3.2.1抓取裝置的設(shè)計要抓取的螺栓為GB/70.12000M10×80的內(nèi)六角圓柱頭螺栓，如圖3.3所示。圖3.3內(nèi)六角圓柱頭螺栓螺栓的抓取可以有兩種方法:（1）用機械手來抓取螺栓。(2)用電磁鐵來吸附螺栓。對比兩個方案發(fā)現(xiàn)如果用電磁鐵來吸附螺栓，由于發(fā)動機缸蓋在螺栓裝配工序之前已經(jīng)安裝上了控制進、排氣門的閥桿和彈簧。而這兩種零件會對電磁

32、鐵有一個吸引力，這樣就會大大影響螺栓抓去的穩(wěn)定性，如果在生產(chǎn)線上就會造成事故，從而影響工作效率。綜上所述，選擇（1）方法，用機械手來抓取和安裝螺栓。根據(jù)螺栓的尺寸來選擇機械手，機械手的型號為SHG06，由于選擇的機械手不能直接抓取螺栓，必須設(shè)計一個小的鋼質(zhì)構(gòu)件和接受配合使用才能抓取螺栓，機械手和鋼質(zhì)構(gòu)件配合在一起后尺寸如圖3-4所示。圖3.4 機械手抓取螺栓示意圖1氣動機械手 2為螺栓抓取鋼爪 3螺栓氣動機械手與抓取鋼爪用螺釘連接在一起，當裝置抓取閉合時氣動機械手卡抓之間距離為20mm,張開時為22mm.機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。

33、機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，194

34、8年又開發(fā)了機械式的主從機械手。 機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人。現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以

35、保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。控制系統(tǒng)是

36、通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)

37、展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。 機械手的固定裝置設(shè)計 由于一次是5個機械手同時抓取5個螺栓，所以這就要求5個機械手的同步性，而且機械手位置精度要求也必須非常的高，因為螺栓在安裝通孔的上方位置有一點偏差就會造成螺栓放置不到螺栓孔內(nèi)，從而導致安裝失敗，還有可能使下一步的螺栓安裝檢測設(shè)備受損，所以必須設(shè)計一個固定裝置。其結(jié)構(gòu)尺寸見圖3.5所示：圖3.5 機械手固定鋼板示意圖3.3 螺栓安裝傳動機構(gòu)的設(shè)計3.3.1傳動機構(gòu)在豎直平面內(nèi)的運動由于螺栓的抓取、提升和下降、松開可以是同一個行程，而且發(fā)動機缸蓋組裝生產(chǎn)

38、線上大部分用氣壓來完成工作。所以，選擇豎直面內(nèi)的傳動用氣壓傳動。氣壓缸的運動只是在豎直面能保證其運動的位置精度，但是在水平面內(nèi)無法保證位置精度，所以要在安裝氣壓缸的水平鋼板上安裝豎直方向的導向柱，這樣就能夠保證水平平面內(nèi)的位置精度了。氣壓缸的選擇：估算氣壓缸所承受的載荷：由機械設(shè)計手冊選取QGCX25100F1前法蘭型雙作用示氣壓缸，氣缸基本尺寸如下： 缸徑D=25mm活塞桿直徑d=12mm氣缸工作壓力P=0.5Mp氣缸行程S=100mm引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質(zhì)在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉(zhuǎn)化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力氣缸種類氣壓傳動中將壓縮

39、氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有作往復直線運動的和作往復擺動的兩類。作往復直線運動的氣缸又可分為單作用、雙作用、膜片式和沖擊氣缸 4種。 單作用氣缸：僅一端有活塞桿，從活塞一側(cè)供氣聚能產(chǎn)生氣壓，氣壓推動活塞產(chǎn)生推力伸出，靠彈簧或自重返回。 雙作用氣缸：從活塞兩側(cè)交替供氣，在一個或兩個方向輸出力。 膜片式氣缸：用膜片代替活塞，只在一個方向輸出力，用彈簧復位。它的密封性能好，但行程短。 沖擊氣缸：這是一種新型元件。它把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞高速(1020米/秒)運動的動能，借以作功。沖擊氣缸增加了帶有噴口和泄流口的中蓋。中蓋和活塞把氣缸分成儲氣腔、頭腔和尾腔三室。它廣泛用于下料、

40、沖孔、破碎和成型等多種作業(yè)。作往復擺動的氣缸稱擺動氣缸，由葉片將內(nèi)腔分隔為二，向兩腔交替供氣，輸出軸作擺動運動，擺動角小于 280°。此外，還有回轉(zhuǎn)氣缸、氣液阻尼缸和步進氣缸等。 轉(zhuǎn)矩 S=1.97×10-3Kg/m2 （3.5）=ml22×A2×10-6+S×A2=2.168×10-3Kg/m2 （3.6）式中：絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 ；載荷的轉(zhuǎn)動慣量角加速度： （3.7） （3.8） 電動機的固有轉(zhuǎn)動慣量加速時： （3.9） 勻速時： （3.10） 減速時： （3.11）由 （3.12）式中：功率，；轉(zhuǎn)速，；實際轉(zhuǎn)矩，；根據(jù)計算得功率和初

41、步確定的同步轉(zhuǎn)速由機械設(shè)計手冊查得：Y系列三項異步電動型號為 Y8014，見表3-2。表3-2電動機參數(shù)表型號額定功率/kW轉(zhuǎn) 速/(r/min)功率因數(shù)cos額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量凈 重/kgY801-40.5513900.762.20.002117軸承的選擇滾珠絲杠工作時要采用一端為固定端、另一端為自由端，所以選擇采用一個深溝球軸承放在自由端，一對角接觸球軸承放在固定端。由機械設(shè)計手冊查得；深溝球軸承代號 6306，角接觸球軸承代號7206C，見表3-3。表3-3 軸承參數(shù)表新軸承代號外形尺寸/mm安裝尺寸/mmdDBdDarrdDr7306C30721944.659.4151.10.63765

42、1630630721944.859.21.137651聯(lián)軸器的選擇電動機和滾珠絲杠之間要保證作同步回轉(zhuǎn)運動必須緊密地聯(lián)在一起，這就需要聯(lián)軸器的作用才能我完成同步回轉(zhuǎn)運動。根據(jù)傳動要求由機械設(shè)計手冊選得：GcL1型鼓型齒示聯(lián)軸器3.4整體支架的設(shè)計本設(shè)計的目的是螺栓的裝配，即把M10×90的內(nèi)六角圓柱頭螺栓放入內(nèi)徑是11mm的孔中，這就對安裝機構(gòu)的位置精度非常高，也就是說對固定安裝機構(gòu)的支架有很高的要求，支架不僅要有較高的穩(wěn)定性還應有較高的精確性，有兩種支架可以選擇，即四角鋼柱式支架及懸臂梁式支架。圖3.8四角鋼柱式支架與懸臂梁式支架經(jīng)過分析可知，懸臂梁式支架具有節(jié)省材料，經(jīng)濟；占用空

43、間較?。蛔灾剌^輕；便于移動等特點，但對支架的材料要求較高，穩(wěn)定性和精確性相對較低。而四角鋼柱式支架占用空間較大，重量較大，笨重不便于移動，但它的穩(wěn)定性和精度較高。由于本設(shè)計的要求較高的穩(wěn)定性和精度，所以選擇四角鋼柱式支架作為螺栓自動裝配裝置的整體支架，支架的材料為45號鋼。上下鋼板厚為40mm，支柱直徑為50mm。由于整個檢查機構(gòu)的重量都要作用與支架的上鋼板，所以上鋼板會有一個微小的變形，于是需要計算上鋼板的撓度是否影響機構(gòu)的工作，但是由于設(shè)計的螺栓抓取機構(gòu)、固定機構(gòu)、氣缸、導柱及氣缸固定鋼板的重量相對于上鋼板的厚度比較小，所以說上鋼板的撓度非常微小，而且上鋼板兩邊固定的導軌還對鋼板起到加強筋

44、的作用，使得鋼板的變形更加微乎極微，不會對整個螺栓安裝裝置的工作帶來影響，所以不用計算撓度，四角鋼柱式支架可以使用。3.5平衡裝置的設(shè)計整個螺栓自動安裝裝置在工作過程中最根本的要求是高度的準確性和穩(wěn)定性，因此 需要有一個平衡機構(gòu)來消除外界環(huán)境因素對支架的穩(wěn)定性和精度的影響。具體結(jié)構(gòu)見如圖3-9所示：圖3.9平衡裝置示意圖圖中1為帶凸臺的柱體，將1的下段完全嵌入3中，1與3之間為緊配合，然后再焊接使其固定。圖中2 為M20的螺母，作用是調(diào)節(jié)平衡。圖中4為鑲嵌的塑料塊，將與地面接觸。該機構(gòu)安裝在支架的底部，每個支柱下用兩個機構(gòu)對稱支撐，用來起到平衡的作用，使支架不會因地面的平整程度影響螺栓安裝裝置

45、的工作，因此平衡裝置的應用使整個裝置對外界環(huán)境的要求降低了很多，能夠更加廣泛的被應用。結(jié) 論本文概括地闡述了國內(nèi)外汽車發(fā)動機生產(chǎn)線的現(xiàn)狀和發(fā)展，著重闡述了汽車發(fā)動機缸蓋連接螺栓自動裝配裝置的設(shè)計部分，重點對抓取螺栓裝置和傳動機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計和理論的分析，確定用機械手、氣壓缸、滾珠絲杠配合來完成主要的運動過程，使其實現(xiàn)發(fā)動機缸蓋連接螺栓的自動裝配。根據(jù)實際裝配與檢驗過程的工藝要求，進行了自動裝配與檢驗生產(chǎn)線可行性分析。并結(jié)合實際條件，確定了汽車發(fā)動機缸蓋裝配與檢驗工序的基準，生產(chǎn)用量和工時定額。在此基礎(chǔ)上，確立了最終的生產(chǎn)線。同時，通過對國外同類汽車發(fā)動機生產(chǎn)線參考和借鑒，針對以東安為代表的

46、國內(nèi)特定的生產(chǎn)技術(shù)與勞動條件，對其裝配工藝規(guī)程進行了詳細設(shè)計，最終確立了一套完整的適合國內(nèi)實際情況的汽車發(fā)動機生產(chǎn)線參考文獻1陳家瑞汽車構(gòu)造M第三版北京：人民交通出版社，1995.102楊玉如發(fā)動機與汽車理論M北京：人民交通出版社，1998.113機械設(shè)計師手冊編寫組機械設(shè)計師手冊M機械工業(yè)出版社，1998.24濮良貴，紀名剛機械設(shè)計M西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室，2000.55吳宗澤機械設(shè)計實用手冊M化學工業(yè)出版社，1999.76孫桓，陳作模機械原理高等教育出版社，1995.97成大先機械設(shè)計手冊單行本機構(gòu)第四版M北京：化學工業(yè)出版，2001.8 8成大先機械設(shè)計手冊單行本氣壓傳動M

47、北京：化學工業(yè)出版社，2001.59李貴軒設(shè)計方法學M北京：機械工業(yè)出版社，1996.410王先逵機械制造工藝學M北京：機械工業(yè)出版社，1998.1111Rajput R KElements of Machanical EngineeringMKatson PublHouse，1985.512Orlov PFundamentals of Machine DesignMMoscow：Mir Pub，1987.513Hindhede IUffe Machine Design FundamentalsA Practical ApproachMNew York：wiley，1983.714Patton

48、 WJMechanical Power TransmissionJNew Jerky：Printic-Hall，1980.515 Sors LFatigue Design of Machine ComponentsMOxfordPergamon Press，1995.1致 謝本設(shè)計是在林明老師的細心指導和嚴格要求下完成的，在課程設(shè)計的過程中得到了老師熱心的幫助在本課程設(shè)計技術(shù)資料少的情況下，林老師親自帶領(lǐng)我們到工廠進行參觀、實地考察，帶回第一手資料，使我們能夠更好的完成本次設(shè)計林老師在學術(shù)上一絲不茍，精益求精， 為我們解決許多實際困難，使我們少走了許多彎路，在此次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束之際，我謹向尊

49、敬的指導教師林明老師對我的教導和幫助表示由衷的感謝。本人同過這次畢業(yè)設(shè)計從分的了解汽車發(fā)動機的有關(guān)知識，特別是發(fā)動機生產(chǎn)線的部分得到全面的了解。而且通過此次設(shè)計使我學習到了將理論知識轉(zhuǎn)化為實際工作的方法，這將對我以后的工作有很大的幫助。三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回顧這幾個月的學習、設(shè)計，讓我受益非淺，使我了解了許多新的知識，新的內(nèi)容，不僅使我開闊了視野，而且使我鞏固了以前所學的知識，進一步提高了自己的綜合能力。在設(shè)計過程中，林老師為我創(chuàng)造了一個寬松的學習與研究環(huán)境，沒有林老師的教導與幫助，本論文是不可能順利完成的。林老師吃苦耐勞、鍥而不舍的工作精神、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的知識和謙遜的品格永遠值

50、得我學習。最后，在此畢業(yè)設(shè)計和即將結(jié)束之時，對林老師以及在設(shè)計過程中給予我?guī)椭呐笥押屯瑢W表示真心地感謝。APPENDIXCar assembly technique situation and the development trend of the market forecastabstract the article expounds auto, engine, transmission, and other key parts assembly process equipment manufacture level of general situation and the presen

51、t situation, and for the next five years of automotive assembly process equipment demand forecasting is analyzed. (priceless cows back I don't need to hesitate) 1. The engine, transmission, rear axle of key parts and whole vehicle assembly process equipment 1.1 engine assembly process equipment

52、With the rapid development of China's automotive industry, especially in the technology and the introduction of foreign second-hand equipment to make the engine of recycle, assembly equipment level increased significantly. Engine assembly technology and equipment are divided into five types: ass

53、embly and points assembly assembly line; Move over load equipment; Automatic tight equipment; Special assembly equipment and testing equipment. 1.1.1 engine assembly line type and development (mainstream capital real purpose, analysis found that the best profit opportunities!) Every domestic engine

54、manufacturing enterprise the engine assembly line type more, can be reduced to roughly; Free groove + double chain bridge car type; Free groove + anti-shear traction ground track car type; Free groove + take with the ground plate stent; Free groove + anti-shear traction ground track car type + take

55、with the stent board type; Hanging chain, etc. All of these are the main assembly line for compulsory water (continuous or batch), and the operation of the main assembly object is consistent with the synchronization), is called (synchronous assembly line or rigid assembly line. Along with the development of the car industry, engine assembly line is from rigid to the flexible assembly line assembly line direction development, flexible assembly line is characteristic of the assembly can beat within a