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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開題報(bào)告
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
班 級(jí)：
專 業(yè)：
指導(dǎo)教師：
一 課題介紹：
1課題名稱：滾針軸承自動(dòng)裝針機(jī)設(shè)計(jì)
2課題背景：
⑴課題來(lái)源：
本課題來(lái)源于中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司（FAW）,專為CA141汽車傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的裝配過(guò)程設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝針機(jī)。自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)能有效解決人工裝針?biāo)俣嚷?，合格率低等?wèn)題，該機(jī)可裝配各種規(guī)格的滾針軸承。
⑵機(jī)床和機(jī)床自動(dòng)線：
機(jī)床和機(jī)床自動(dòng)線是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、 高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中 ，特別是汽車工業(yè)，是機(jī)床和自動(dòng)線最大的用戶。如德國(guó)大眾汽車廠在Salzgitter的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，90年代初所采用的金屬切削機(jī)床主要是自動(dòng)線(60%)、組合機(jī)床(20%)和加工中心(20%)。顯然，在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是機(jī)床和自動(dòng)線。因此，機(jī)床及其自動(dòng)線的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
使用專用自動(dòng)化機(jī)床是大批量生產(chǎn)提高生產(chǎn)率降低成本的重要途徑。專用自動(dòng)化機(jī)床往往具有投資省，見效快等特點(diǎn)，因而在大批量生產(chǎn)中被廣泛采用。自動(dòng)機(jī)床或半自動(dòng)機(jī)床主要用于軸類和盤套類零件的加工和裝配自動(dòng)化。這類機(jī)床的最大特點(diǎn)是可以根據(jù)生產(chǎn)裝配需要，在更換或調(diào)整部分零部件（例如凸輪或靠模等）后可加工不同的零件，適合于大批量少品種生產(chǎn)裝配。因此，這類機(jī)慶使用比較廣泛。
專用機(jī)床是按一種零件（或一組相似的零件）的一個(gè)加工工序而專門設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化機(jī)床。專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)和部件大都是專門和單獨(dú)制造的這類機(jī)床的，這類機(jī)床的設(shè)計(jì)制造往往時(shí)間較長(zhǎng)，投資也較大，因此采用這類機(jī)床時(shí)，必須考慮以下基本原則：被加工的工件除具有大批量的特點(diǎn)外，還必須結(jié)構(gòu)定型；工件的加工工藝必須是合理和可靠的。在大多數(shù)情況下，需要進(jìn)行必要的工藝試驗(yàn)，保證專用機(jī)床所采用的加工工藝先進(jìn)可靠，所完成的工序加工精度穩(wěn)定；在機(jī)床上采用一些新的結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)，待取得較好的結(jié)果后，方能在機(jī)床上采用；必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。只有在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上效果明顯，才能采用專用機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。
自動(dòng)線是由流水生產(chǎn)線方式發(fā)展而來(lái)的。20 年代美國(guó)Henry Ford 創(chuàng)立了汽車工業(yè)的流水線，由此揭開了現(xiàn)代流水生產(chǎn)的序幕。福特流水線的主要內(nèi)容可以包括以下兩個(gè)方面：
①實(shí)施零件和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)備和工具的專用化以及工場(chǎng)專業(yè)化。為了追求高效率和低成本，福特認(rèn)為首先要將生產(chǎn)集中于唯一最佳的產(chǎn)品型號(hào)，提出了所謂的“單一產(chǎn)品原則”，福特汽車公司曾在20 年間連續(xù)生產(chǎn)T型汽車，由此而奠定了現(xiàn)代流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。這種“單一產(chǎn)品原則”在當(dāng)今市場(chǎng)需求日益多樣化的環(huán)境下也許已不再適用，但在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件下卻適應(yīng)了美國(guó)的國(guó)情，福特汽車公司也由此而迅速發(fā)展起來(lái)。
零件標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)一步發(fā)展，目的在于提高零部件的互換性，減少零件種數(shù)和擴(kuò)大生產(chǎn)批量，零件標(biāo)準(zhǔn)化后，便于分別組織專業(yè)化工廠或車間制造，這樣可以采用高度專門化的設(shè)備和工具，從而達(dá)到生產(chǎn)的高效率。由于工人的作業(yè)活動(dòng)是不斷地重復(fù)同一作業(yè)，所以作業(yè)和操作也可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。
②創(chuàng)造了流水作業(yè)的生產(chǎn)方法，建立了傳送帶式的流水生產(chǎn)線。由于傳送帶的廣泛應(yīng)用，使得原材料均可在使用機(jī)械裝置搬運(yùn)的移動(dòng)中，加工成為各種零件。而部件裝配和汽車總裝配，則采用移動(dòng)裝配法完成。由于把生產(chǎn)工序分細(xì)，大大提高了操作熟練程度和勞動(dòng)生產(chǎn)率。作業(yè)的速度也為傳送帶的速度所規(guī)定，借助于傳送帶的應(yīng)用，使生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)作業(yè)能在同一時(shí)間進(jìn)行，并且各種零部件在各條流水線的投入和產(chǎn)出互相銜接配合，不至于發(fā)生在制品過(guò)多或不足的現(xiàn)象，恰能保證總裝配線的需要，形成同步化的流水生產(chǎn)體系。
自動(dòng)線生產(chǎn)是指工件按照一定的工藝路線，順序地通過(guò)各個(gè)工作地，并按照一定的生產(chǎn)速度(節(jié)拍)完成工藝作業(yè)的連續(xù)重復(fù)自動(dòng)生產(chǎn)的一種生產(chǎn)組織形式。自動(dòng)線生產(chǎn)的基本特征如下：
①工作地專業(yè)化程度高，在自動(dòng)線上固定地生產(chǎn)一種或幾種工件，而在每個(gè)工作地上固定完成一道或幾道工序。
②生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性，即按照節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。所謂節(jié)拍，是指自動(dòng)線上出產(chǎn)相鄰兩件制品的時(shí)間間隔。
③各道工序的工作地設(shè)備數(shù)量與該工序單件工時(shí)的比值相一致( 若不一致則需要臨時(shí)緩沖庫(kù)) 。
④工藝過(guò)程是封閉的，并且工作地設(shè)備按工藝順序排列成鏈索形式，工件在工序間作單向。
⑤工件如同流水般從一個(gè)工序轉(zhuǎn)到下個(gè)工序，消除或最大限度地減少了工件的因等待加工而耽擱的時(shí)間和機(jī)床設(shè)備加工的間斷時(shí)間，生產(chǎn)過(guò)程具有高度的連續(xù)性。
⑥工件從進(jìn)入加工工位到所有工位操作完成，均在主控制器的控制之下自動(dòng)完成，這種自動(dòng)過(guò)程不僅包括工件的流動(dòng)自動(dòng)化控制，還包括機(jī)床的加工全過(guò)程的自動(dòng)化控制。
僅滿足上述前面6項(xiàng)特征的生產(chǎn)線，只能稱之為流水生產(chǎn)線，還不能稱之為自動(dòng)生產(chǎn)線。加工設(shè)備由專用自動(dòng)化機(jī)床或組合機(jī)床組成的，能加工固定一種或少數(shù)幾種相似零件的自動(dòng)線稱之為剛性自動(dòng)線。加工設(shè)備由數(shù)控機(jī)床或加工中心等組成的可加工多品種少批量零件的自動(dòng)線稱之為柔性自動(dòng)線。
在剛性自動(dòng)化生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性、平行性、比例性、節(jié)奏性都很高，所以它具有可以提高加工設(shè)備專業(yè)化水平、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、增加產(chǎn)量、降低產(chǎn)品成本、提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平等一系列優(yōu)越性。但是反過(guò)來(lái)也有不少不利的地方，例如：由于設(shè)備高度專用化，對(duì)產(chǎn)品的變化缺乏適應(yīng)力；一旦在某處發(fā)生設(shè)備故障，就有可能導(dǎo)致全線停車，帶來(lái)較大的損失；生產(chǎn)率的調(diào)整幅度不可能很大；技術(shù)改造困難較大等等。
⑶我國(guó)軸承制造業(yè)現(xiàn)狀：
軸承是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)械基礎(chǔ)件，其技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)主機(jī)的性能和質(zhì)量有著重要的影響，被譽(yù)為機(jī)械的“關(guān)節(jié)”。改革開放以來(lái)，我國(guó)軸承產(chǎn)品水平和制造技術(shù)水平有了長(zhǎng)足進(jìn)步，與重點(diǎn)主機(jī)配套能力有了很大提高。但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)軸承制造業(yè)的整體水平還存在著相當(dāng)大的差距——組織結(jié)構(gòu)散亂差，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，生產(chǎn)集中度低；產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平低，新產(chǎn)品開發(fā)跟不上主機(jī)發(fā)展需求；制造技術(shù)落后，尺寸散差大，振動(dòng)噪聲大，性能一致性差，壽命可靠性低；產(chǎn)品檔次低，價(jià)格亂，競(jìng)相壓價(jià)爭(zhēng)市場(chǎng)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力差。為主機(jī)配套和維修的一些高技術(shù)含量的軸承主要依靠進(jìn)口，而出口軸承則主要是低檔通用軸承。軸承制造業(yè)的這種落后狀況，已經(jīng)成為制約機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。
⑷軸承裝配自動(dòng)線：
國(guó)家已將汽車制造業(yè)列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國(guó)目前的汽車保有量為2500～3000萬(wàn)輛，年產(chǎn)量170萬(wàn)輛，軸承是汽車的主要配套件，軸承制造業(yè)的發(fā)展必須與汽車制造業(yè)同步甚至超前。因此，提高軸承裝配的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度已經(jīng)迫在眉睫。軸承屬于量大面廣通用性強(qiáng)的機(jī)械基礎(chǔ)件，軸承套圈一般以軸對(duì)稱的多個(gè)回轉(zhuǎn)面、環(huán)面的相互組合為其主要的幾何特征，特別適合自動(dòng)化裝配。
軸承裝配（含軸承成品的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)包裝）自動(dòng)線一直是困擾著技術(shù)進(jìn)步的難題。在國(guó)外著名的軸承公司，這項(xiàng)技術(shù)已實(shí)際成功應(yīng)用多年。而國(guó)內(nèi)靠國(guó)外引進(jìn)，而使用效果仍不能令人滿意。因而研發(fā)軸承裝配自動(dòng)生產(chǎn)線，并與軸承的磨削自動(dòng)生產(chǎn)線有機(jī)連接，對(duì)于提高軸承的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少工序流動(dòng)中的軸承零件的數(shù)量，減少人工干預(yù)的影響、降低成本，意義是顯著的。由于軸承的品種很多，不同的品種，自動(dòng)裝配線各有特點(diǎn)，因而軸承行業(yè)對(duì)軸承裝配的數(shù)控設(shè)備的多樣性提出了要求。
⑸萬(wàn)向節(jié)滾針軸承特點(diǎn)：
目前后驅(qū)動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣的一種普通萬(wàn)向節(jié)由萬(wàn)向節(jié)叉、十字軸等基本零件構(gòu)成。十字軸裝配在萬(wàn)向節(jié)叉上做連接，十字軸的軸頭上裝有滾針軸承，當(dāng)軸頭接入萬(wàn)向節(jié)叉時(shí)，十字軸與萬(wàn)向節(jié)叉之間就可以有相對(duì)旋轉(zhuǎn)，也就產(chǎn)生了多角度變化。萬(wàn)向節(jié)叉上的花鍵連接又可以做小許的軸向移動(dòng)，這樣就適應(yīng)了夾角和距離同時(shí)變化的需要。十字軸的軸頭上裝有的這種滾針軸承，就是我們此次設(shè)計(jì)的裝配對(duì)象。
滾針軸承可分為具內(nèi)圈（NA）和不具內(nèi)圈（RNA）兩種結(jié)構(gòu)。如果機(jī)軸上的滾道可以淬硬及研磨，則宜用無(wú)內(nèi)圈的滾針軸承，由于不需內(nèi)圈，因此機(jī)軸直徑可以加大，剛性也可增加。機(jī)軸相對(duì)于軸承箱的軸向位移量則由軸向滾道寬度決定。只需將機(jī)軸滾道機(jī)削加工到適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹?，即可獲得具有較高運(yùn)轉(zhuǎn)精度的軸承配置。若機(jī)軸淬硬及研磨機(jī)軸不可能，或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用帶內(nèi)圈的滾針軸承。這時(shí)機(jī)軸對(duì)軸承箱的軸向位移限制在一定的限度內(nèi)。若需要較大的位移，可使用加長(zhǎng)型內(nèi)圈取代標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圈。滿裝滾針軸承：分為RNAV（無(wú)內(nèi)圈）、NAV（帶內(nèi)圈）兩種。不帶保持架，裝滿滾針，適用于截面高度較低，而又需承受較大載荷的場(chǎng)合。
滾針軸承一般只承受徑向負(fù)荷，不能承受軸向負(fù)荷。當(dāng)有軸向負(fù)荷時(shí)，應(yīng)和其它軸承組合使用，它不限制軸或外殼的軸向位移。安裝軸承時(shí)，應(yīng)注意軸和殼孔中心的平行，軸承的外圈軸線和內(nèi)圈軸線不允許傾斜，否則會(huì)使?jié)L針和滾道面的線接觸破壞。滾針軸承的極限轉(zhuǎn)速較低，在主機(jī)轉(zhuǎn)速較高的情況下，應(yīng)盡量選用帶保持架的滾針軸承。和其它類型的滾動(dòng)軸承相比，在徑向尺寸相同的情況下，滾針軸承的負(fù)荷容量最大，它的剛性較高，但摩擦力矩也較大。
⑹國(guó)內(nèi)發(fā)展：
在國(guó)內(nèi)，南通市工農(nóng)路正揚(yáng)商務(wù)有限公司已于 2005年9月23日在《商貿(mào)機(jī)會(huì)——中國(guó)軸承機(jī)械網(wǎng)》發(fā)布關(guān)于自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)（專利）的技術(shù)轉(zhuǎn)讓信息，尋求商業(yè)合作。但是使用效果仍不能令人滿意，所以我們對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行深入的專門設(shè)計(jì)研究。
3工作內(nèi)容和要求：
⑴設(shè)計(jì)要求：
① 裝針機(jī)以CA141汽車傳動(dòng)軸中的萬(wàn)向節(jié)滾針軸承為裝配件。
② 機(jī)械手每分鐘裝配成品十只。
⑵工作量：
① 主機(jī)及零部件設(shè)計(jì)4張A0圖紙（草圖）。
② 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份（20000字）。
③ 外文翻譯（5000字）。
④ 上機(jī)繪制4張A0圖紙（CAD）。
4課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)：
⑴課題重點(diǎn)：
本課題內(nèi)容為設(shè)計(jì)研究CA141汽車傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的自動(dòng)裝針機(jī)。整個(gè)裝配系統(tǒng)采用臥式裝針?lè)绞剑S承外圈采用直立狀態(tài)，開口端正對(duì)滾針進(jìn)給端，滾針采用橫向進(jìn)給方式，即采用一特殊裝配裝置使?jié)L針安排成圓周均布狀態(tài)，其圓周直徑和軸承外圈內(nèi)壁直徑相同，然后采用一推套把滾針推入軸承內(nèi)，滾針只需排入軸承內(nèi)壁即可，從而完成整個(gè)裝配過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)上述方案，本裝配系統(tǒng)采用五大機(jī)構(gòu)：滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)。滾針需要整齊的排序，此機(jī)構(gòu)采用槽隙定向的上料機(jī)構(gòu)原理，采用一特制齒形輪進(jìn)行上料，軸承外圈上料機(jī)構(gòu)采用重心偏移法定向的料斗裝置原理，具體采用特制一斜邊推塊上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料機(jī)構(gòu)采用一汽實(shí)習(xí)時(shí)所見之裝配原理，并進(jìn)一步改進(jìn)而成。為了實(shí)現(xiàn)裝配和卸料機(jī)構(gòu)中推套的運(yùn)動(dòng)，采用一圓柱凸輪擺桿機(jī)構(gòu)。由于本系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)速低，各軸之間傳動(dòng)比要求低，所以采用鏈傳動(dòng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，對(duì)本系統(tǒng)特別適用。
因此，解決滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)五大機(jī)構(gòu)的典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成為本研究課題的重點(diǎn)。
⑵課題難點(diǎn)：
本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)機(jī)床主要包含兩部分裝置：自動(dòng)裝配工件裝置和自動(dòng)裝卸工件裝置。如果設(shè)計(jì)過(guò)程中其中一部分功能不能實(shí)現(xiàn)，就只能稱之為半自動(dòng)機(jī)床，從而也就不能完成連續(xù)的加工循環(huán)，因此兩部分相輔相成，缺一不可。所以如何選擇滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)五大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的全自動(dòng)化成為了本研究課題的難點(diǎn)。
5可能用到的主要知識(shí)和技能：
機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，工程圖學(xué)，機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線知識(shí)，自動(dòng)裝配知識(shí)，機(jī)電一體化知識(shí)，AutoCAD 繪圖技能，CATIA建模能力，ANSIS有限元分析，ADAMS仿真分析等技能。
6需要自學(xué)的知識(shí)和技能：
機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線知識(shí)，自動(dòng)裝配知識(shí)，機(jī)電一體化知識(shí)，AutoCAD 繪圖技能，CATIA建模能力，ANSIS有限元分析，ADAMS仿真分析等技能。
二 工作計(jì)劃：
調(diào)研，譯文，參考資料
總體布置，草圖，開題報(bào)告
總體設(shè)計(jì)，總裝圖
部件設(shè)計(jì)，相關(guān)計(jì)算
零部件設(shè)計(jì)，論文
修改，完善圖紙、論文，準(zhǔn)備答辯
三 參考文獻(xiàn)：
1 [英] R.M.韋布， B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——料斗進(jìn)給裝置與控制系統(tǒng).上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1983.7
2 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——傳送機(jī)構(gòu).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
3 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——定向機(jī)構(gòu)與擒縱裝置. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
4 [英] R.M.韋布，B.D.喬特.自動(dòng)裝配圖集——工件移置機(jī)構(gòu).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.7
5 華中工學(xué)院機(jī)械制造教研室.機(jī)床自動(dòng)化與自動(dòng)線.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.3
6 工業(yè)機(jī)械手圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1978
7 Techniques in automated assembling— the state of the art，12th June 1985，The Bowater Conference Centre，Knightsbridge，London，UK
8 An automated assembly system for a microassembly station，Computers in Industry，Volume 38，Issue 2，March 1999，Pages 93-102 ，A. Mardanov，J. Seyfried and S. Fatikow
9 A microrobot-based automated micromanipulation station for assembly of microsystems，Computers in Industry，Volume 36，Issues 1-2，30 April 1998，Pages 155-162，Sergej Fatikow and Mirko Benz
8
中文摘要
生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要趨向之一。近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)有較快的發(fā)展，在汽車、拖拉機(jī)、軸承、電機(jī)等工廠里設(shè)計(jì)和制造了許多自動(dòng)化機(jī)床和自動(dòng)線，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)技術(shù)水平，還改善了勞動(dòng)條件。
軸承是一種通用性機(jī)械零部件，用來(lái)支撐軸，保持軸的準(zhǔn)確位置，在我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中，起到了極大的作用。軸承的分類很多，滾針軸承就是其中很重要的一種。由于其結(jié)構(gòu)特性，滾針軸承在以往的裝配過(guò)程中，大多采用手工，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，極大限制了勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。要實(shí)現(xiàn)滾針軸承裝配自動(dòng)化已經(jīng)迫在眉睫。
本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)是專為汽車萬(wàn)向節(jié)中的滾針軸承裝配設(shè)計(jì)的，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，易于操作，維護(hù)方便，并且裝針數(shù)目準(zhǔn)確可靠，是一種比較理想的裝配機(jī)。本裝配機(jī)可以絕大部分取代人力勞動(dòng)，大大提高生產(chǎn)效率，發(fā)展前景樂(lè)觀。
關(guān)鍵詞 滾針軸承 裝配自動(dòng)化 全自動(dòng)滾針軸承裝針機(jī)
外文摘要
Title The Design Of The Automatic Assembling
Machine For Needle Bearings
Abstract
Process automation is one of the major directions in science technology at present。In recently years，the technology of automatic production has been developed quickly in our engineering industry。For example，many automatic machine tools and automatic assembling lines have been adopted in automatic industry and manufacture factories of tractor、bearing、electrical machinery。Therefore，improve the productivity and the level of technology in manufacture，at the same time，improve the work conditions of the operators。
Bearing is one of the universal machine elements。It can be used to hold the axis and keep the precise location of the axis，also bear the force given by the axis。In other words，it stands a great role in our daily manufacture。There are many kinds of bearings and needle bearing is one of the important ones。In the past，people assembled the bearings by hands because of the structure feature。Many times and workforce have been wasted，in turn，the productivity has been decreased。For the above，it is necessary to realize the automation in needle bearing assembling。
In this paper，I will design the automatic assembling machine for needle bearings used in universal Joint of automatic。The feature of the automatic assembler machine are sample in structure，easily to operate and convenient to maintain，what is more，the cost is low。Another feature of it is that the needle number to assemble is precise and reliable。All in all，the automatic assembler machine can liberate the workforce，improve the productivity。It will be an ideal automatic assembler machine and will have great potential in actual applications。
Keywords needle bearing
assembling automation
the automatic assembling machine for needle bearings
目錄
1 引言………………………………………………………………………1
1.1 設(shè)計(jì)意義及目的……………………………………………………….1
1.2 設(shè)計(jì)題目及要求……………………………………………………….1
1.3 課題內(nèi)容及工作量…………………………………………………….1
2 總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………3
2.1 課題的提出…………………………………………………………….3
2.2 總體方案……………………………………………………………….3
3 典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………..5
3.1 滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)………………………………………………….5
3.2 軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)………………………………………………...13
3.3 裝配和卸料裝置……………………………………………………...18
3.4 凸輪機(jī)構(gòu)……………………………………………………………...20
3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………...27
4 機(jī)器的使用和維護(hù)……………………………………………………..35
4.1 機(jī)器的調(diào)整…………………………………………………………....35
4.2 機(jī)器的使用…………………………………………………………...35
4.3 機(jī)器的維護(hù)…………………………………………………………...36
5“U”形塊的加工工藝過(guò)程……………………………………………..37
結(jié)論………………………………………………………………………..42
致謝………………………………………………………………………..43
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………..44
附錄 電算程序……………………………………………………………45
圖 軸承外圈上料機(jī)構(gòu)仿真圖................................49
1 引言
1.1 設(shè)計(jì)意義及目的
1.1.1 設(shè)計(jì)意義
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完全部基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之后，并在生產(chǎn)實(shí)習(xí)和以前進(jìn)行的各種課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，進(jìn)行的一個(gè)重要而不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)。這是我們?cè)谛Ｆ陂g進(jìn)行的最后一次，也是最全面的從生產(chǎn)調(diào)研到具體設(shè)計(jì)的全面訓(xùn)練。這一次最接近于生產(chǎn)實(shí)際，是對(duì)我們?cè)诮窈蟮膶?shí)際崗位上從事設(shè)計(jì)工作的一次預(yù)演，同時(shí)培養(yǎng)我們理論與實(shí)際相結(jié)合的能力。
1.1.2 設(shè)計(jì)目的
⑴培養(yǎng)我們查閱文獻(xiàn)和使用工程手冊(cè)的能力。
⑵掌握進(jìn)行工程設(shè)計(jì)工作的一般方法。
⑶進(jìn)一步培養(yǎng)分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的獨(dú)立工作能力。
1.2 設(shè)計(jì)題目及要求
1.2.1 設(shè)計(jì)題目
滾針軸承自動(dòng)裝針機(jī)設(shè)計(jì)。
1.2.2 設(shè)計(jì)要求
⑴裝針機(jī)以CA141汽車傳動(dòng)軸中的萬(wàn)向節(jié)滾針軸承為裝配件。
⑵機(jī)械手每分鐘裝配成品十只。
1.3 課題內(nèi)容及工作量
1.3.1 課題內(nèi)容
內(nèi)容為設(shè)計(jì)研究CA141汽車傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的自動(dòng)裝針機(jī)。
1.3.2 工作量
⑴主機(jī)設(shè)計(jì)1張A0圖紙（草圖）。
⑵設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份（20000字）。
⑶外文翻譯（5000字）。
⑷上機(jī)繪制5張A0圖紙（CAD）。
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2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 課題的提出
軸承裝配（含軸承成品的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)包裝）自動(dòng)線一直是困擾著技術(shù)進(jìn)步的難題。在國(guó)外著名的軸承公司，這項(xiàng)技術(shù)已實(shí)際成功應(yīng)用多年。而國(guó)內(nèi)靠國(guó)外引進(jìn)，而使用效果仍不能令人滿意。因而研發(fā)軸承裝配自動(dòng)生產(chǎn)線，并與軸承的磨削自動(dòng)生產(chǎn)線有機(jī)連接，對(duì)于提高軸承的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少工序流動(dòng)中的軸承零件的數(shù)量，減少人工干預(yù)的影響、降低成本，意義是顯著的。
本課題研究就是其中一例，內(nèi)容為設(shè)計(jì)研究CA141汽車傳動(dòng)軸中萬(wàn)向節(jié)滾針軸承的自動(dòng)裝針機(jī)。以往滾針軸承的裝配過(guò)程為人工操作，由人工先數(shù)清滾針數(shù)目，然后裝入軸承外圈內(nèi)部。本課題就是為了解決由人工裝配帶來(lái)的繁重勞動(dòng)問(wèn)題，使由機(jī)器工作完全代替以往的人工勞動(dòng)而提出的。本裝配課題在實(shí)際解決后，即自動(dòng)裝針機(jī)實(shí)際投入使用，完全代替人工勞動(dòng)后，將會(huì)大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，更重要的是，節(jié)省了大量人力物力資源，對(duì)企業(yè)效益提高大有益處。
2.2 總體方案
經(jīng)過(guò)兩周到一汽的生產(chǎn)實(shí)際調(diào)研，結(jié)合工人的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出以下設(shè)計(jì)方案：
整個(gè)裝配系統(tǒng)采用臥式裝針?lè)绞?，軸承外圈采用直立狀態(tài)，開口端正對(duì)滾針進(jìn)給端，滾針采用橫向進(jìn)給方式，即采用一特殊裝配裝置使?jié)L針安排成圓周均布狀態(tài)，其圓周直徑和軸承外圈內(nèi)壁直徑相同，然后采用一推套把滾針推入軸承內(nèi)，滾針只需排入軸承內(nèi)壁即可，從而完成整個(gè)裝配過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)上述方案，本裝配系統(tǒng)采用五大機(jī)構(gòu)：滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)。滾針需要整齊的排序，此機(jī)構(gòu)利用電磁產(chǎn)生的微小振動(dòng)，依靠慣性力和摩擦力的綜合作用驅(qū)使?jié)L針向前運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)定向的原理，采用振動(dòng)式料斗進(jìn)行上料，軸承外圈上料機(jī)構(gòu)采用重心偏移法定向的料斗裝置原理，具體采用特制一斜邊推塊上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料機(jī)構(gòu)采用一汽實(shí)習(xí)時(shí)所見之裝配原理，并進(jìn)一步改進(jìn)而成。為了實(shí)現(xiàn)裝配和卸料機(jī)構(gòu)中推套的運(yùn)動(dòng)，采用一圓柱凸輪擺桿機(jī)構(gòu)。由于本系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)速低，各軸之間傳動(dòng)比要求低，所以采用鏈傳動(dòng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，對(duì)本系統(tǒng)特別適用。
綜上所述：本裝配機(jī)的總體方案合理可行。
3 典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本裝配系統(tǒng)采用五大機(jī)構(gòu)：滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)。
3.1 滾針的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)
3.1.1 自動(dòng)上料裝置類型及特點(diǎn)
自動(dòng)裝卸工件裝置通常慣稱自動(dòng)上下料裝置或自動(dòng)上料裝置。它所完成的工作包括將工件自動(dòng)安裝到機(jī)床夾具上，和加工完成后從夾具上下工件。其中的重要部分在于自動(dòng)上料過(guò)程所用的各種機(jī)構(gòu)和裝置。
根據(jù)原材料及毛坯形式的不同，自動(dòng)上料裝置有以下三大類型：
⑴卷料（或帶料）上料裝置。將線狀的，細(xì)棒狀的材料，預(yù)先繞成卷狀，在加工時(shí)將卷料裝上自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，材料從軸卷上拉出來(lái)，經(jīng)過(guò)自動(dòng)校直被送向加工位置，在一卷材料用完之前，送料和加工是連續(xù)進(jìn)行的。
⑵棒料上料裝置。當(dāng)采用棒料作為毛坯時(shí)，將一定長(zhǎng)度的棒料裝在機(jī)床上，然后按每一工件所需長(zhǎng)度自動(dòng)送料，在用完一根棒料之前，加工是連續(xù)進(jìn)行的。
⑶單件毛坯上料裝置。當(dāng)采用鍛件或?qū)袅项A(yù)先切成單件坯料作為毛坯時(shí)需要在機(jī)床上設(shè)置專門的件料上料裝置。
本裝配機(jī)的滾針和軸承外圈都屬單件成品，所以其上料機(jī)構(gòu)屬單件毛坯上料裝置。
單件毛坯自動(dòng)上料裝置根據(jù)其工作特點(diǎn)和自動(dòng)化程度的不同，可分為料倉(cāng)式上料裝置和料斗式上料裝置兩種形式。
料倉(cāng)式上料裝置是一種半自動(dòng)的上料裝置，其特點(diǎn)是不能使工件自動(dòng)定向，需要用人工定時(shí)將一批工件按照一定的方向和位置，順序排列在料倉(cāng)中，然后由送料機(jī)構(gòu)將工件逐個(gè)送到機(jī)床夾具中去。
料斗式上料裝置是自動(dòng)化的上料裝置。工人將單個(gè)工件成批任意的倒進(jìn)料斗中，料斗中的定向機(jī)構(gòu)能將雜亂堆放的工件進(jìn)行自動(dòng)定向，使之按規(guī)定的方位整齊排列，并按一定的生產(chǎn)節(jié)拍把工件送到機(jī)床夾具中去。
本裝配機(jī)基于的思想是為了完全解決以往由人工裝配的低效率問(wèn)題，是為了實(shí)現(xiàn)裝配的全自動(dòng)化，所以該上料裝置采用料斗式上料裝置。
3.1.2 兩種方案的比較選擇
生產(chǎn)中應(yīng)用的自動(dòng)定向料斗裝置有兩大類型：
⑴機(jī)械傳動(dòng)式料斗裝置。在查閱一些書籍基礎(chǔ)上，見到如圖所示之上料機(jī)構(gòu)。其工作原理是：滾針堆放在方形的料斗中，然后通過(guò)齒形輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)L針順序落入齒形輪的齒槽內(nèi)，再通過(guò)一輸料管送到裝配機(jī)構(gòu)2處。
方案一：（如圖3-1）
圖3-1 1—齒形輪 2—裝配機(jī)構(gòu)
⑵振動(dòng)式料斗。在查閱大量文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，見到如圖所示之上料機(jī)構(gòu)。其工作原理為：滾針堆放在圓盤底部，在微小振動(dòng)的作用下，沿圓盤內(nèi)壁的螺旋形料道向上運(yùn)動(dòng)，定向正確的滾針從圓盤上部的出料口進(jìn)入輸料管中。
方案二：（如圖3-2）
圖3-2 振動(dòng)式料斗
具體工作過(guò)程為：圓盤形料斗是由內(nèi)壁螺旋料道和底部呈錐形的料盤1組成。盤底做成錐體的目的在于使工件向四周運(yùn)動(dòng)，有利于走上料道。料斗的底部用連接塊14與四個(gè)板彈簧5相連接，彈簧5的下端用連接塊11固定在座盤4上。這四個(gè)傾斜安裝的板彈簧沿長(zhǎng)度方向的中線在水平面上的投影，正好與半徑為r的圓相切。一般這個(gè)分布圓的直徑2r要小于料盤1的平均直徑Dm。在盤底部中央，還固定著銜鐵13，電磁振動(dòng)器的鐵芯和線圈12則通過(guò)支承盤3安裝在座盤4上。通過(guò)三個(gè)螺釘10可以調(diào)節(jié)銜鐵與鐵芯的間隙。整個(gè)料斗裝置通過(guò)下支承盤6與用圓盤7和8組成的支座安裝在底板上。
當(dāng)電磁線圈中通入交流電，并且從零增加到最大值時(shí)，銜鐵13被吸向下，因?yàn)榘鍙椈?的下端固定，于是將產(chǎn)生彎曲變形。由于四片彈簧都是沿圓周切向置的，所以圓盤料斗1產(chǎn)生了既有上下運(yùn)動(dòng)又有切向扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)。料斗底部的工件在振動(dòng)的作用下沿螺旋料道上升，定向后的工件從出料槽15送出。
為了防止料斗的振動(dòng)傳給底板或其他裝置，也為了避免支座影響料斗的自振頻率，在座盤4和下支承盤6之間裝有三個(gè)螺旋彈簧5，并且用導(dǎo)向桿9使整個(gè)料斗裝置定心。
這種具有一個(gè)電磁振動(dòng)器的料斗結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)銜鐵和鐵芯的間隙比較方便，但須注意四個(gè)板彈簧的剛度應(yīng)當(dāng)一致。否則將對(duì)料斗的振動(dòng)產(chǎn)生不良影響。
兩種方案的比較：
方案一結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是在上料過(guò)程中存在撞擊和摩擦，容易使已經(jīng)精加工的滾針表面出現(xiàn)劃傷，影響軸承的使用性能。
同時(shí)可能發(fā)生卡死現(xiàn)象。
方案二在送料和定向過(guò)程中，沒有機(jī)械的攪拌，撞擊和強(qiáng)烈的摩擦作用，因而工作平穩(wěn)。對(duì)于已經(jīng)精加工的滾針來(lái)說(shuō)，用這種料斗是很合適的。
最后，選定方案二中振動(dòng)料斗作為滾針的上料裝置，同時(shí)采用方案一中的齒形輪作為滾針的二次定向裝置。在振動(dòng)料斗和齒形輪之間用一塑料管連接。經(jīng)過(guò)參考其它上料裝置，決定在齒形輪和裝配機(jī)構(gòu)之間采用一“S”形管道，有利于滾針的自動(dòng)上料。
3.1.3 振動(dòng)料斗的設(shè)計(jì)
⑴振動(dòng)器
采用電磁振動(dòng)器，尺寸參照BK-150控制變壓器鐵芯的硅鋼片尺寸,振動(dòng)器的鐵芯和銜鐵間隙取0.4～1mm。
振動(dòng)器的線圈接入經(jīng)過(guò)半波整流的交流電，此時(shí)振動(dòng)頻率為50HZ。經(jīng)過(guò)半波整流后，頻率雖然降低一半，但振動(dòng)節(jié)奏分明，料斗振幅加大，而且更易保證料道降移的加速度高于升移的加速度，有利于滾針向上滑行，因而能保證較高的送料生產(chǎn)率。
如圖3-3為振動(dòng)器的電路圖，電路中的半波整流器采用耐壓400伏特以上，最大允許電流0.5～5安培的整流二極管。
圖3-3 振動(dòng)器的電路圖
⑵支撐彈簧
支撐彈簧的主要參數(shù)為截面尺寸和傾斜角Ψ。
應(yīng)用類比法初步確定板彈簧的截面尺寸為16mm，厚度為2.5mm，材料為65Mn，在調(diào)試過(guò)程中再作適當(dāng)?shù)男拚?
支撐彈簧的傾斜角Ψ決定于螺旋料道的振動(dòng)升角β的大小。經(jīng)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)半波整流時(shí)取β=20°～25°，β角不宜過(guò)大或過(guò)小，β角較小時(shí)，工件向前的分速度大，但瞬時(shí)騰空的作用減小，適宜于精密、細(xì)小的工件送料；β角較大時(shí)，騰空拋擲的作用加強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致降低送料平均速度，產(chǎn)生較大的噪聲。于是取β=20°。對(duì)于圓盤形料斗，一般支撐彈簧固定點(diǎn)的分布圓直徑2r比料斗的中徑Dm要小，所以支撐彈簧的傾斜角Ψ不等于β角，為了得到選定的β角，須用下式換算：
tgΨ=Dmtgβ/2r
即： Ψ=arctg(Dmtgβ/2r)=arctg(327tg20°/310)=21°
⑶圓盤料斗
圓盤料斗應(yīng)盡量做得輕巧些，一般都用鑄鋁制成整體式，然后將螺旋料道車出。
圓盤料斗的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是：螺旋料斗的升角α、升距t和中徑Dm。
①螺旋料斗的升角α， 升角α愈小，工件的平均速度愈高，但料道的螺旋圈數(shù)增多。當(dāng)工件的高度或直徑較大時(shí)還會(huì)使料斗直徑顯著增大。α值也不能太大，當(dāng)增加到某一極限值αmax時(shí)，工件將不能向上滑移。根據(jù)相關(guān)分析工件在料道上滑移的條件可知，α角的極限值與β角和摩擦系數(shù)μ有關(guān)，從經(jīng)驗(yàn)公式可得：
tgαmax<μtg(β-α)μtgβ
即： αmax〈arctg(μtgβ)
所選取的α值應(yīng)比αmax小，一般α=1°～5°。取α=3°。
②料道螺旋升距t：應(yīng)保證兩層料道之間不讓工件直立通過(guò)，其升距可按下式?jīng)Q定：
t=1.6L+S=1.618+9=38（毫米）
式中L──工件在料道上的長(zhǎng)度（毫米）；
S──料道板的厚度（毫米）。
③螺旋料道的中徑Dm和料道外徑D：中徑Dm取決于升角α和升距t：
Dm=t/(tgα)=38/（3.14tg3°）=327（毫米）
圓盤料道的外徑：
D=Dm+b+2e=327+9+24=344（毫米）
式中b──料道的寬度（毫米）；
e──料斗壁厚（毫米）。
3.1.4 “S”形輸料槽曲率半徑的確定
當(dāng)滾針在輸料槽中運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止其在下滑時(shí)直立，造成卡死現(xiàn)象，其曲率半徑有一定的要求。
如圖3-4所示：采用反推法，先求出工件能夠在彎管中順利通過(guò)的半徑。如圖工件能通過(guò)彎道的曲率半徑為：
R=(R-s)+L/4
由此可得
R=s/2+L/(8s)
式中 R──輸料槽轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑
L──工件長(zhǎng)度
式中弧高s應(yīng)根據(jù)輸料槽直槽部分B來(lái)考慮選取。如果輸料槽的直槽部分與圓弧部分做成一樣寬的話，則
B=d+c+s
式中d──工件的直徑
c──必須的最小間隙，可以用工件的直徑d作為公稱尺寸，取其6─7級(jí)精度的公差數(shù)值
根據(jù)本工件滾針的自身特性，取s=2mm，則工件可以順利通過(guò)彎道的半徑R為：
R=s/2+L/(8s)=2/2+18/(82)=21.5
式中L=18mm
顯然，使?jié)L針在輸料槽中不會(huì)直立的彎道半徑R<21.5，結(jié)合其自身結(jié)構(gòu)取R=16mm。
圖3-4 “S”形輸料槽
3.2 軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)
與滾針的上料機(jī)構(gòu)相比，軸承外圈的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)多了軸承外圈的進(jìn)一步定向要求。軸承外圈的圖樣如圖3-5：
圖3-5 軸承外圈簡(jiǎn)圖
根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)特性，其為一端開口，一端封閉的碗形結(jié)構(gòu)，所以裝配時(shí)必須要求其開口端正對(duì)裝滾針端。所以該上料機(jī)構(gòu)必須有二次定向要求。
3.2.1 料斗裝置定向方法
通常料斗裝置的定向方法有以下幾種：抓取法、槽隙定向法、型孔選取法和重心偏移法。
⑴用抓取法定向的料斗裝置
在這種料斗中，利用運(yùn)動(dòng)著的定向機(jī)構(gòu)抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來(lái)并定向排列。常用的定向機(jī)構(gòu)有桿、銷、鉤子等，適用于帶孔的套狀、碗狀和環(huán)狀零件。
⑵用槽隙定向的料斗裝置
在這種料斗中，用專門的定向機(jī)構(gòu)攪動(dòng)工件，使工件在不停的運(yùn)動(dòng)中落進(jìn)溝槽成縫隙實(shí)現(xiàn)定向。定向機(jī)構(gòu)可以作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這一類料斗的應(yīng)用范圍較廣，可用于螺釘、螺帽、片狀、圓環(huán)以及各種帶頭部的工件。
⑶用型孔選取法定向的料斗裝置
在這種料斗中，利用定向機(jī)構(gòu)上一定形狀和尺寸的孔穴對(duì)工件進(jìn)行篩選，只有位置和截面相應(yīng)于型孔的工件，才能落入孔中而獲得定向。這種定向機(jī)構(gòu)大多系作連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
⑷用重心偏移法定向的料斗裝置
對(duì)于一些在軸線方向重心偏移的工件，可以利用這一特性，使重端倒向一個(gè)方向；對(duì)于某些重心偏移不太明顯的工件，則在料斗中用一些簡(jiǎn)單的構(gòu)件人為地造成重心偏移，借以使之定向。
3.2.2 兩種方案的比較選擇
本裝配機(jī)用的軸承外圈有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：①形狀為碗形；②軸線上重心偏移。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)，此上料機(jī)構(gòu)有兩種方案。
方案一：采用抓取法定向的料斗裝置。如圖3-6所示，為鏈帶式料斗裝置，適用于碗狀、蓋狀和環(huán)狀零件的自動(dòng)定向。裝著銷4的鏈帶1，在連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，堆放在料斗3中的工件被銷子4掛住后再被鏈帶向上，然后順次進(jìn)入輸料槽5。工件上行時(shí)，當(dāng)軸承外圈開口朝下時(shí)，工件正好被銷4卡住而能隨鏈帶上行，當(dāng)開口朝上時(shí)，工件就不能上行。所以此結(jié)構(gòu)正好可以實(shí)現(xiàn)軸承外圈的定向。
圖3-6 帶式料斗簡(jiǎn)圖
方案二：根據(jù)此軸承外圈重心偏移的特性，采用側(cè)邊刮板式料斗進(jìn)給裝置。其簡(jiǎn)圖如圖3-7。其工作原理為：當(dāng)推板向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)料堆時(shí)，由于堆板1頂部的形狀如圖，堆板的厚度做成軸承外圈寬度的1/2，由于軸承外圈的重心偏向封口端，所以當(dāng)工件的開口端向左，即封閉端朝向料斗時(shí)，工件由于重力作用而掉入料斗；只有那些開口朝右，即封口端背向料斗時(shí)，工件才能被推板攜帶向上運(yùn)動(dòng)。由于推板頂面是一個(gè)傾斜面，所以定位正確的工件被推倒一定高度，即超過(guò)出料口時(shí)，工件便順著輸料道輸出到裝配位置。為了防止推板在上行時(shí)被卡死，本裝配機(jī)選用了導(dǎo)向性好的燕尾槽結(jié)構(gòu)，即把墊板2做成帶燕尾的槽，推板1在其中上下滑動(dòng)。由于本機(jī)構(gòu)對(duì)其導(dǎo)向精度不做要求，因此在加工時(shí)不要苛求。
圖3-7 側(cè)邊刮板式料斗簡(jiǎn)圖
兩種方案的比較：
方案一采用鏈帶式上料機(jī)構(gòu)，有其一定的優(yōu)點(diǎn)。但其整個(gè)結(jié)構(gòu)較大，比較適合于大型的機(jī)器。其二，由于其帶輪為圓形，在工件由銷上進(jìn)入輸料道中時(shí)，工件由于自身重力作用，有翻轉(zhuǎn)、錯(cuò)位的可能。其三，當(dāng)輸料道中裝滿工件時(shí)，由鏈帶上行的工件將無(wú)處貯存。因此，需另加一自動(dòng)釋放多余工件的裝置。
而方案二整個(gè)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，巧妙的設(shè)計(jì)推板的形式后，它能簡(jiǎn)便并準(zhǔn)確的給工件定向，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)判斷控制過(guò)程。工件由推板進(jìn)入輸料道時(shí)，由于推板形狀和輸料道形狀相似，可以避免翻轉(zhuǎn)、錯(cuò)位現(xiàn)象。當(dāng)輸料道中裝滿工件時(shí)，在推板上準(zhǔn)備到輸料道中的工件，可以隨著推板一起下行，再回到料斗中，不需另加任何裝置，因而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
綜上所述，方案二更適合于本裝配機(jī)，采用方案二之結(jié)構(gòu)。另外，方案二側(cè)邊刮板式料斗裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，為了盡可能增大其行程，減小其結(jié)構(gòu)，采用對(duì)心曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，其示意簡(jiǎn)圖如圖3-8：
：
圖3-8 對(duì)心曲柄滑塊上料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3.3 裝配和卸料裝置
裝配工藝過(guò)程是機(jī)械制造過(guò)程中必不可少的一環(huán)。在大批和大量生產(chǎn)中，常需完成大量而復(fù)雜的裝配操作，裝配工人往往在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)重復(fù)單純的、勞動(dòng)強(qiáng)度較大的工作，與切削加工過(guò)程相比，勞動(dòng)生產(chǎn)率要相對(duì)低的多。使裝配過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不僅可以使工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化的重要組成部分。在大批和大量生產(chǎn)中，產(chǎn)品的裝配過(guò)程常常組織在流水線上進(jìn)行，并采用各種機(jī)械化裝置來(lái)完成那些勞動(dòng)量最大和最繁重的工作。本裝配機(jī)裝配裝置和卸料裝置由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)為一體。其工作簡(jiǎn)圖如圖3-9：
圖3-9 裝配和卸料裝置簡(jiǎn)圖
其工作原理為：軸4的左端部作成長(zhǎng)為滾針長(zhǎng)度的一段軸，周邊均布與滾針形狀相似的齒形槽。當(dāng)滾針由滾針的上料機(jī)構(gòu)輸送過(guò)來(lái)后，軸4旋轉(zhuǎn)一周后，每個(gè)齒形槽中裝有一滾針。另外，由軸承外圈上料機(jī)構(gòu)輸出的工件進(jìn)入“U”形塊1中；然后推套5運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)滾針進(jìn)入軸承外圈內(nèi)部。彈性擋塊2形狀如圖示。當(dāng)推套推動(dòng)滾針向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，它和軸承外圈有一起向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，而擋塊2恰恰給它一適當(dāng)阻力，使?jié)L針在完全裝入軸承之前，軸承不會(huì)向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滾針完全裝入軸承后，推套5繼續(xù)前行，由于擋塊2是斜面形狀的，軸承前行時(shí)壓著擋塊，使之縮入“U”形塊1內(nèi)，軸承被推出“U”形塊，掉入“U”形塊1左邊的下料道中，完成整個(gè)裝配和卸料過(guò)程。
此裝置可以提出幾點(diǎn)疑點(diǎn)，在此作一解答：
疑點(diǎn)1：在實(shí)際裝配時(shí)，滾針和軸承外圈內(nèi)部有油，油液有一定粘度，即有一定的粘力，所以在滾針裝入軸承后，推套在回退時(shí)，有可能粘在滾針和軸承退回，這如何解決？
答：這主要依靠擋塊2的作用。在裝配完成后，推套推著滾針和軸承前行，當(dāng)它壓在擋塊2并且完全推過(guò)擋塊2之后，擋塊在彈簧力作用下隨即推出復(fù)位，把裝配好的軸承擋在左邊，當(dāng)推套回退時(shí)，軸承也不會(huì)隨著退回。
疑點(diǎn)2：推套推動(dòng)裝配完好的軸承掉入下料道時(shí)，軸承可能滾動(dòng)下行，當(dāng)它到達(dá)地面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊力，有可能使裝配好的滾針從軸承中脫落，則問(wèn)題如何解決？
答：此問(wèn)題可以把下料道的寬度做的大些，即它的寬度要大于軸承外圈的直徑，這樣當(dāng)軸承被推出“U”形塊的長(zhǎng)度大于其偏心時(shí)，軸承即在重心作用下產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，正好翻轉(zhuǎn)之后，開口朝上落入下料道中，在重力作用下沿著傾斜的下料道下落。這樣就大大降低其下料速度（由滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)），且開口朝上，此狀態(tài)有利于保護(hù)裝配完的滾針。
綜上所述，此種方案切實(shí)可行。
3.4 凸輪機(jī)構(gòu)
3.4.1 兩種方案的比較選擇
在各種機(jī)械中，特別是自動(dòng)機(jī)械中，廣泛的應(yīng)用各種類型的凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是由于凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
本裝配機(jī)中，推套的運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)此種運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)為用凸輪機(jī)構(gòu)。因本裝配機(jī)推套的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的輸入為都是豎直平面內(nèi)，所以有兩種設(shè)計(jì)方案。
方案一：凸輪機(jī)構(gòu)選用擺動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。動(dòng)力輸入方式選用一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-10：
圖3-10 方案一簡(jiǎn)圖
其工作原理為：動(dòng)力由軸1輸入，通過(guò)錐齒輪傳給軸2，然后帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)滾子擺動(dòng)，通過(guò)鉸支點(diǎn)的杠桿作用，帶動(dòng)推套左右擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)裝配。
方案二：采用擺動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。其示意簡(jiǎn)圖如圖3-11：
圖3-11 方案二簡(jiǎn)圖
其工作原理為：由于凸輪形狀為圓柱凸輪，它很好的解決了動(dòng)力輸入的問(wèn)題。其工作時(shí)，圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)滾子在溝槽中運(yùn)動(dòng)。另一方面，擺桿也繞著鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，帶動(dòng)推套左右直線運(yùn)動(dòng)。
兩方案比較：兩方案都可實(shí)現(xiàn)預(yù)先的運(yùn)動(dòng)。方案一采用平面凸輪機(jī)構(gòu)，動(dòng)力輸入采用一對(duì)錐齒輪。而方案二采用圓柱凸齒輪機(jī)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。所以采用方案二。
3.4.2 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)
推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是指推桿在推程或回程時(shí)，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。通常推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和正弦加速度運(yùn)動(dòng)等。
本裝配機(jī)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以有兩種：
⑴等速運(yùn)動(dòng)
在推程階段，凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0 ，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的推程角為δ0 ，而推桿等速度完成的推程為h。則推程時(shí)推桿的運(yùn)動(dòng)方程式為：
S=hδ/δ0
V=hω/δ0
a=0
回程時(shí)基本相似，不再重復(fù)。
推桿做等速運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)線圖（推程）如圖3-12所示。
圖3-12 等速運(yùn)動(dòng)線圖
則擺桿在推程和回程時(shí)運(yùn)動(dòng)速度是恒定的，比較平穩(wěn)。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但由加速度圖線可知，在運(yùn)動(dòng)開始和終止的瞬間，速度有突變，所以這時(shí)推桿的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o(wú)窮大，致使凸桿突然產(chǎn)生非常大的慣性力，因而使凸輪機(jī)構(gòu)受到極大的沖擊，使機(jī)構(gòu)損壞的較快。另外，這種沖擊使整個(gè)裝配機(jī)也產(chǎn)生很大的擺動(dòng)，對(duì)整個(gè)裝配過(guò)程不利。
⑵正弦加速度運(yùn)動(dòng)
為了使推桿的加速度按更理想的規(guī)律變化，同理可得出推桿在推程時(shí)運(yùn)動(dòng)方程式為：
S=h[δ/δ0-sin(2δ/δ0)/2
V=hω[1-cos(2δ/δ0)] /δ0
a=2hωsin(2δ/δ0)/ δ0
其運(yùn)動(dòng)線圖（推程）時(shí)如圖3-13所示。
圖3-13 正弦加速度運(yùn)動(dòng)線圖
則由圖可知，推桿在剛開始和到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，其速度都為0，加速度也為0，故不存在有沖擊，所以運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，故具有較好的動(dòng)力性能。而在中部分時(shí)，其速度逐漸增大，使推套在裝配前具有一定速度，這也提高了裝配效率。而在裝配結(jié)束時(shí)，即推套行程最大時(shí)速度為0，使之有一定的停頓，這樣更有利于裝配。
綜合比較之下，選擇⑵的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。整個(gè)凸輪的輪廓線的設(shè)計(jì)采用作圖法，詳見附錄電算程序PROGRAM NO.2。
3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
通常機(jī)械傳動(dòng)中典型的傳動(dòng)方式有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)等，其各自都具有自己的特點(diǎn)。
帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑以及緩沖吸振等特點(diǎn)，比較適合于高速運(yùn)動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、傳動(dòng)比范圍大、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本較高等。
鏈傳動(dòng)屬于具有中間撓性件的嚙合運(yùn)動(dòng)，它兼有齒輪和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造和安裝的精度要求較低；鏈齒輪受力情況較好，承載能力較大；有一定的緩沖和減振性能；中心距可大而結(jié)構(gòu)輕便。與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確；傳動(dòng)效率較高；鏈條對(duì)軸的拉力較??；同樣使用條件下，結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊；鏈條的磨損伸長(zhǎng)緩慢，張緊調(diào)節(jié)工作量較小。
結(jié)合本裝配機(jī)的自身特點(diǎn)，要求的轉(zhuǎn)速較低，所以不宜用帶傳動(dòng)；另一方面，傳動(dòng)中，各軸之間不要求精確的傳動(dòng)比，所以不宜采用齒輪傳動(dòng)。綜之，本裝配機(jī)采用鏈傳動(dòng)更為適宜。
3.5.1 電機(jī)的選擇
綜合觀察本裝配，其消耗功率的地方主要有：滾針的上料機(jī)構(gòu)、軸承外圈的上料機(jī)構(gòu)、裝配和卸料機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)。其中只有軸承外圈上料機(jī)構(gòu)消耗的功率最大?？纱篌w估算如下：設(shè)每只軸承外圈的質(zhì)量為0.2kg，在此機(jī)構(gòu)中，推塊的行程為100mm，推塊每上升一次最多可攜帶三只，則推塊在一次行程中所做的功為：
w = mg h = 0.23100.1 = 0.6(J)
由于前面已要求裝針數(shù)量為每分鐘十只左右，所以此軸的轉(zhuǎn)速估計(jì)為n = 10r/min，則推塊消耗的功率為：
P = 0.610/60 = 0.1(w)
為了增大其安全系數(shù)，所得功率值可乘以一安全系數(shù)5，得其功率值為P = 0.5w，則此功率值可以假定為其他三個(gè)機(jī)構(gòu)各自所消耗之功率，則整個(gè)裝配機(jī)所消耗的功率為：
P總 = 40.5 = 2w
選擇電機(jī)時(shí)，只要電動(dòng)功率滿足機(jī)器所能消耗的功率即可，因此，電機(jī)選為Y801-4型，滿載功率為0.55kw，滿載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min。
3.5.2 減速器的選擇
由于本裝配機(jī)所最終要求之轉(zhuǎn)速較低（10r/min左右），而電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，所以選擇減速器的原則為 ⑴ 降速比大；⑵ 結(jié)構(gòu)尺寸小。綜合考慮之下，減速器選擇擺線針輪減速器（JB2982-81）。根據(jù)動(dòng)力傳入方式，選擇為臥式，電動(dòng)機(jī)直聯(lián)型單級(jí)減速器。機(jī)型號(hào)為15，傳動(dòng)比為43，輸入功率為0.55kw，輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min。
3.5.3 滾子鏈傳動(dòng)
由圖00-05可知，本裝配機(jī)的動(dòng)力輸入路線為：動(dòng)力由電機(jī)經(jīng)減速器，然后輸入裝配裝置軸，然后再由此軸分別傳給滾針上料機(jī)構(gòu)軸和凸輪機(jī)構(gòu)軸，然后再由凸輪機(jī)構(gòu)軸傳給軸承外圈上料機(jī)構(gòu)軸。共有四條鏈和四對(duì)鏈輪需進(jìn)行設(shè)計(jì)。
⑴減速器軸與裝配裝置軸的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，減速器降速比為43，則減速器輸出軸，即小鏈輪轉(zhuǎn)速為：n1=1500/43=35.0r/min。預(yù)期假設(shè)裝配軸轉(zhuǎn)速為25r/min，則傳動(dòng)比i = 35/25 = 1.4。
①鏈輪齒數(shù)計(jì)算
為了防止根切，再加上本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸要求，小鏈輪齒數(shù)選為Z1 = 19，則大鏈輪齒數(shù)Z2 = iZ1 = 1.419 = 26.6 取 Z2 = 27 。
②鏈條節(jié)距P
由于本裝配機(jī)實(shí)際消耗功率較低，再之小鏈輪轉(zhuǎn)速也較低，由圖22-2-2（見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第3冊(cè)）選得節(jié)距P為08A,即 P = 12.7mm。
③檢驗(yàn)小鏈輪孔徑
由表22.2-6，dkmax = 41，而減速器輸出軸直徑為35〈 41，結(jié)構(gòu)可以。
④初定中心距a0
由于結(jié)構(gòu)上有限制，暫取a0 = 12P。
⑤鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)Lp = 2a0p+(z1+z2)/2+C/a0p
= 212+(19+27)/2+1.6/12
= 47.1
取 Lp = 47節(jié)
式中 a0p = a0/P C= [(Z2-Z1)/2]
⑥鏈條長(zhǎng)度L
L = LpP/1000 = 4712.7/1000 = 0.6m
⑦理論中心距a
a = P(2Lp-Z2-Z1)Ka
= 12.7(247-27-19)0.24858
= 151.5mm
式中Ka = 0.24858，表22.2-7
⑧實(shí)際中心距a’
a’= a-△a
= 151.5-0.004151.5 = 150.9mm
⑨鏈速V
V= Z1n1P /(601000)= 193512.7/(601000) = 0.14m/s
⑩兩鏈輪設(shè)計(jì)
a小鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
小鏈輪齒數(shù)為Z1=19，則
分度圓直徑d為 ：
d = P/sin(180°/Z1)=12.7/ sin(180°/19)=77.1(mm)
齒頂圓直徑為：
da=P[0.54+ctg(180°/Z)]= 12.7[0.54+ctg(180°/19)]= 83.0(mm)
齒根圓直徑為：
df = d-dr = 77.1-7.95 = 69.2
式中 dr = 7.95
分度圓弦齒高h(yuǎn)a為：
ha = 0.27P = 0.2712.7 = 3.4mm
齒側(cè)凸緣直徑dg為：
dg
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