一種升降滾床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

一種升降滾床機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)許麗虹;許振宏【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)往復(fù)桿輸送機(jī)構(gòu)的弊端,開發(fā)高柔性化、高自動(dòng)化率的升降滾床機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)采用高速滾床與升降機(jī)構(gòu)的輸送方式實(shí)現(xiàn)白車身的高速輸送，提高生產(chǎn)效率，提升自動(dòng)化率，提高設(shè)備的重復(fù)利用率,降低制造成本.重點(diǎn)闡述了升降滾床機(jī)構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電機(jī)選型.【期刊名稱】《裝備制造技術(shù)》【年(卷)，期】2018(000)009【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P34-37)【關(guān)鍵詞】輸送;高速滾床;升降機(jī)構(gòu);滑撬;電機(jī)【作者】許麗虹;許振宏【作者單位】上汽通用五菱汽車股份有限公司廣西柳州545007;柳州莫森泰克汽車科技有限公司，廣西柳州545616【正文語種】中文【中圖分類】U468.2焊裝車間的焊裝主線一般采用往復(fù)桿輸送機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)白車身的輸送，但是該輸送方式存在輸送時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，柔性差，難于實(shí)現(xiàn)多車型共線生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，輸送線設(shè)計(jì)及加工周期長(zhǎng)，安裝調(diào)試難度大，設(shè)備通用性低等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前汽車高效、柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，開發(fā)了一種更高效的升降滾床輸送裝置來實(shí)現(xiàn)車身的輸送。1工作原理高速滾床具有輸送速度快、停止精度高的特點(diǎn)［1］。焊裝生產(chǎn)線采用升降滾床與滑橇的輸送方式，對(duì)白車身進(jìn)行高效輸送和精確定位。升降滾床機(jī)構(gòu)的工作原理是本工位的焊接工作完成后，升降滾床整體舉升，將白車身抬離焊接夾具，滑橇水平運(yùn)動(dòng)將白車身輸送至下工位，升降滾床整體下降，同時(shí)將白車身放置在焊接夾具上，機(jī)器人對(duì)白車身進(jìn)行焊接，過程示意如圖1所示。圖1升降滾床機(jī)構(gòu)工作過程2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)升降滾床主要由高速滾床、升降機(jī)構(gòu)、滑撬定位組件三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用如圖3所示。圖2升降滾床的結(jié)構(gòu)圖3升降滾床機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)2.1高速滾床高速滾床由電機(jī)、皮帶輪、支撐架、檢測(cè)開關(guān)、棍軸、導(dǎo)向輪、皮帶、皮帶張緊輪等組件組成。五組棍軸均勻布置在由矩形鋼管焊接并精加工而成的支撐架上。電機(jī)設(shè)計(jì)在滑橇前進(jìn)方向的一端，不占用兩側(cè)工裝的空間，結(jié)構(gòu)緊湊，且皮帶的受力一致性好。高速滾床的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4高速滾床的結(jié)構(gòu)高速滾床利用摩擦傳動(dòng)原理來實(shí)現(xiàn)白車身水平方向的高速輸送。電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)與電機(jī)出軸直連的皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過皮帶將動(dòng)力傳遞給支撐架上的五組棍軸，固定在棍軸上包膠棍輪與棍軸一起旋轉(zhuǎn)?；送ㄟ^撬體與包膠棍輪間產(chǎn)生的摩擦力在滾床上做高速運(yùn)動(dòng)。2.2升降機(jī)構(gòu)凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能方便地設(shè)計(jì)凸輪輪廓以實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[2]。升降機(jī)構(gòu)采用凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，將凸輪的等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯蹬_(tái)連續(xù)的升降運(yùn)動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)由升降臺(tái)、電機(jī)、減速機(jī)、凸輪擺臂、導(dǎo)向桿、安全托架、萬向聯(lián)軸器、檢測(cè)開關(guān)、底板等組成。減速機(jī)一與電機(jī)直接連接，減速機(jī)一和減速機(jī)二安裝在高精度的底座上并通過十字萬向聯(lián)軸器傳遞動(dòng)力。四組凸輪擺臂機(jī)構(gòu)直接安裝在減速機(jī)側(cè)面出軸上，保證了兩個(gè)減速機(jī)出軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)的工作原理是電機(jī)啟動(dòng)，兩個(gè)減速機(jī)帶動(dòng)四個(gè)凸輪擺臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，擺臂上的軸承將升降臺(tái)頂升。升降臺(tái)通過4組導(dǎo)向桿進(jìn)行精確導(dǎo)向，確保升降的平穩(wěn)。到位檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到升降臺(tái)上升到位后，電機(jī)抱閘，保持升降臺(tái)的停止位置不變。在維修時(shí)，將安全托架撐起，可以保證設(shè)備在斷電狀態(tài)下維修維護(hù)的安全。升降機(jī)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的凸輪擺臂機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單，零件易于加工，且加工精度易于控制。2.3滑橇定位機(jī)構(gòu)通過接近開關(guān)和機(jī)械機(jī)構(gòu)定位相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)滑撬的精確定位。在滾床側(cè)面設(shè)計(jì)有軸承，對(duì)滑橇進(jìn)行導(dǎo)向，控制滑橇的X向偏移，同時(shí)保證滑撬輸送的平穩(wěn)。在升降滾床上設(shè)計(jì)定位銷，同時(shí)在滑橇上設(shè)計(jì)定位孔，通過定位銷和定位孔的配合，保證滑橇在X、Y兩個(gè)方向上的重復(fù)定位精度。滑撬定位的工作原理是滑橇通過接近開關(guān)檢測(cè)其到位后停止，滾床上的定位銷上升并伸入滑橇的定位孔中，對(duì)滑橇精確定位，定位精度可達(dá)到±0.15mm，其精度能夠滿足白車身的焊接要求?；司_定位的結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6滑橇精確定位的結(jié)構(gòu)3電機(jī)選型計(jì)算3.1高速滾床電機(jī)選型高速滾床的電機(jī)選用變頻減速電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。所有電機(jī)通過PLC統(tǒng)一調(diào)整變頻器來調(diào)整滑橇速度?；羷蛩偎俣鹊挠?jì)算公式如下：，為工位節(jié)距（m）；a1為加速段加速度（m/s2）；t1為加速段時(shí)間（s）；V2為勻速速度（m/s2）；t2為勻速時(shí)間（s）；a3為減速段加速度（m/v）；t3為減速段時(shí)間（s）.工位節(jié)距S=6m，加速時(shí)間t1=1s，勻速時(shí)間t2=3.8s，減速時(shí)間t3=1.2s.由式（1）（2）可計(jì)算得滑橇勻速速度為1.22m/s.滾床與滑橇不存在打滑現(xiàn)象，故滾床包膠輪外徑的線速度為1.22m/s.滾床上的皮帶輪與電機(jī)上的皮帶輪直徑相同，其傳動(dòng)比為1:1，包膠輪和皮帶輪均通過鍵連接在傳動(dòng)軸上，其轉(zhuǎn)速相同。電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：V1為包膠輪外徑線速度；R1為包膠輪外徑（m）；n1為包膠輪轉(zhuǎn)速（r/s）；n2為滾床皮帶輪轉(zhuǎn)速（r/s）；n3為電機(jī)皮帶輪轉(zhuǎn)速（r/s）。白車身重量為500kg，滑撬重量為800kg，電機(jī)效率為0.8，功率安全系數(shù)為1.5，摩擦系數(shù)取0.1.電機(jī)功率計(jì)算如下：P1為實(shí)際消耗功率（kW）；p為摩擦系數(shù)（取0.1）；m1為白車身質(zhì)量（kg）；m2為滑橇質(zhì)量（kg）；V為滑橇勻速速度（m/s）；P為電機(jī)功率（kW）；q為電機(jī)效率；s為電機(jī)安全系數(shù)。電機(jī)的輸出扭矩主要是用來克服滑橇與滾輪之間的摩擦力，故計(jì)算公式如下：M為電機(jī)輸出扭矩（N?m）；m1為白車身質(zhì)量（kg）；m2為滑橇質(zhì)量（kg）；M為滾輪與滑橇的摩擦系數(shù)（取0.1）；R為皮帶輪外徑（m）。3.2升降機(jī)構(gòu)電機(jī)選型升降減速機(jī)的計(jì)算跟水平電機(jī)的計(jì)算方法基本相同，所不同的是升降臺(tái)的速度與減速機(jī)的輸出速度是成三角函數(shù)關(guān)系的。圖7所示為凸輪擺臂的速度分解圖。圖7中的1為升降臺(tái)，2為凸輪擺臂。V1為升降臺(tái)升降速度（m/s）;V為擺臂線外端速度（m/s）;a為速度夾角；n為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速（r/s）;R為凸輪擺臂外端半徑（m）。圖7凸輪擺臂速度分解圖白車身重量為500kg，滑撬重量為800kg，升降臺(tái)的質(zhì)量為700kg，電機(jī)效率為0.8，功率安全系數(shù)為1.5.電機(jī)功率計(jì)算如下：P1為實(shí)際消耗功率（kW）;m1為白車身質(zhì)量（kg）;m2為滑橇質(zhì)量（kg）;m3為升降臺(tái)質(zhì)量（kg）;V為升降臺(tái)速度（m/s）;P為電機(jī)功率（kW）;q為電機(jī)效率；s為電機(jī)安全系數(shù)。電機(jī)的輸出扭矩主要是用來克服重力力，計(jì)算公式如下：M為電機(jī)輸出扭矩（N?m）;m1為白車身質(zhì)量（kg）;m2為滑橇質(zhì)量（kg）;m3為升降臺(tái)質(zhì)量（kg）;R為凸輪擺臂的外徑（m）。SEW品牌電機(jī)能耗低，性能優(yōu)越，振動(dòng)小，噪音低［3］，所以電機(jī)品牌選用SEW.根據(jù)以上公式、數(shù)據(jù)計(jì)算，并考慮電機(jī)安裝維護(hù)的方便性，高速滾床電機(jī)型號(hào)為R57DRE132S4BE5HRTH，升降機(jī)構(gòu)電機(jī)型號(hào)為S97DRS132M4BE11HR.4結(jié)束語本設(shè)計(jì)采用升降式高速滾床與滑撬的輸送方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的往復(fù)桿輸送機(jī)構(gòu)，減少白車身的輸送時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種車型柔性化生產(chǎn)，提升車間自動(dòng)化率，廠房、公用動(dòng)力設(shè)施和通用設(shè)備一次性投入，設(shè)備利用率高。本設(shè)計(jì)已經(jīng)成功運(yùn)用