0073-滾針軸承自動(dòng)裝針機(jī)設(shè)計(jì),軸承,自動(dòng),裝針機(jī),設(shè)計(jì)
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(chē)、拖拉機(jī)、軸承、電機(jī)等工廠(chǎng)里設(shè)計(jì)和制造了許多自動(dòng)化機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)，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(lèi)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(zhuān)為汽車(chē)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(guān)。
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(zhuān)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(chē)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(chē)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(shū)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(xiàn)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(mǎn)意。因而研發(fā)軸承裝配自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，并與軸承的磨削自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)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(chē)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)绞剑S承外圈采用直立狀態(tài)，開(kāi)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(jiàn)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(lèi)型及特點(diǎn)
自動(dòng)裝卸工件裝置通常慣稱(chēng)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(lèi)型：
⑴卷料（或帶料）上料裝置。將線(xiàn)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(zhuān)門(mén)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(lèi)型：
⑴機(jī)械傳動(dòng)式料斗裝置。在查閱一些書(shū)籍基礎(chǔ)上，見(jiàn)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(jiàn)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(pán)底部，在微小振動(dòng)的作用下，沿圓盤(pán)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(pán)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(pán)形料斗是由內(nèi)壁螺旋料道和底部呈錐形的料盤(pán)1組成。盤(pán)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(pán)4上。這四個(gè)傾斜安裝的板彈簧沿長(zhǎng)度方向的中線(xiàn)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(pán)1的平均直徑Dm。在盤(pán)底部中央，還固定著銜鐵13，電磁振動(dòng)器的鐵芯和線(xiàn)圈12則通過(guò)支承盤(pán)3安裝在座盤(pán)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(pán)6與用圓盤(pán)7和8組成的支座安裝在底板上。
當(dāng)電磁線(xiàn)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(pán)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(pán)4和下支承盤(pán)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(méi)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(xiàn)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(lèi)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(pán)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(pán)料斗
圓盤(pán)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(chē)出。
圓盤(pán)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(pán)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(huà)，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(chēng)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(kāi)口，一端封閉的碗形結(jié)構(gòu)，所以裝配時(shí)必須要求其開(kāi)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(xiāo)、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(zhuān)門(mén)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(xiàn)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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiāo)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(xiāo)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(kāi)口朝下時(shí)，工件正好被銷(xiāo)4卡住而能隨鏈帶上行，當(dāng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(xiāo)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(mǎn)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(mǎn)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(xiàn)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(kāi)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(kāi)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(lèi)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(xiàn)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(pán)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圖（推程）如圖3-12所示。
圖3-12 等速運(yùn)動(dòng)線(xiàn)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(xiàn)可知，在運(yùn)動(dòng)開(kāi)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(xiàn)圖（推程）時(shí)如圖3-13所示。
圖3-13 正弦加速度運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖
則由圖可知，推桿在剛開(kāi)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(xiàn)的設(shè)計(jì)采用作圖法，詳見(jiàn)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(guān)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。可大體估算如下：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(mǎn)足機(jī)器所能消耗的功率即可，因此，電機(jī)選為Y801-4型，滿(mǎn)載功率為0.55kw，滿(mǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)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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