基于汽车轮毂轴承自动线生产线辅助系统设计大学毕设论文.docx
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基于汽车轮毂轴承自动线生产线辅助系统设计大学毕设论文
摘要
在汽车发展过程中，汽车轮毂轴承通常被当做悬架的装置或制动设备。
在受力分析方面，通过悬架装备传递分解汽车轮毂轴承所承受汽车的重量，但从装配的位置关系来看，通过与制动装备连接是汽车轮毂轴承连接装配体的零件的方式。
由于轴承起到了传动的作用，同时也可以将轮毂轴承划分为传动系零件。
此汽车自动化装配生产线的结构机理是由自动化机器加工生产线的基本原理和手动装配流水线的原理中发展而来。
运用相关原理进行轮毂轴承的设计和制造，实现工厂自动化生产，提高汽车轮毂的生产质量和产量，以满足当下汽车行业发展的需求。
本设计主要包括起定位站和翻位站的设计。
在本设计中，运用SolidWorks对定位站和翻位站的总体、相关部件图，都有详细的说明。
关键词：
汽车轮毂，定位站,翻转站，solidworks。
Abstract
Inthevehicledevelopmentprocess,automotivewheelbearingsaregenerallyusedassuspensionmeansorbrakingdevice.Intermsofstressanalysis,bypassingthesuspensionequipmentexplodedautomotivewheelbearingstowithstandtheweightofthecar,butthepositionalrelationshipbetweentheassemblypointofview,bythebrakeequipmentisconnectedwiththeautomobilehubbearingassemblyconnectedtothepartoftheway.Sincethebearinghasplayedaroleintransmission,butcanalsobedividedintowheelbearingdrivetrainparts.
Mechanismsofthisautomationofautomobileassemblylinewasdevelopedfromthebasicprinciplesandtheprinciplesofmanualassemblylinesofautomatedmachineproductionlineincoming.Usingtheprinciplesofdesignandmanufacturingwheelbearings,toachievefactoryautomation,improveproductionqualityandyieldofautomobilewheels,inordertomeettheneedsofthecurrentautomotiveindustry.
Thedesignincludesbitsfromthepositioningstationandturnstationdesign.Inthisdesign,theuseofSolidWorksvaruspositioningstationsandgeneralstations,therelevantpartsdiagram,amoredetailedexplanation.
Keywords:
Carwheels,positioningstation,flipstation,solidworks.
致谢35
第一章前言
1.1汽车轮毂轴承自动化生产线辅助装备概述
汽车轮毂轴承受直径向载荷和轮毂轴向载荷的两重效果，是一个很重要的零件[1]。
在90年代中后期，国内的大部分汽车轮毂轴承的设计过程中都是采用圆锥形滚子轴承或者球形轴承，在装配汽车的过程中，这种结构有助于汽车各部件的调整。
汽车的装配过程中受到诸多方面的因素影响，通常零件的装配难度相当大、使用时成本过高且零件的可靠性较差，在市场竞争中是相当不利的。
近些几年来，前置前驱轿车的出现给汽车行业带来了一些列的变化，汽车轮毂轴承的设计和生产过程都发生较大的变化[1]。
PLC在微电子技能，计算机技能，自动化控制技能和通信技能和新一代工业控制装置形成的传统的顺序控制器推出[2]。
定时，计数和算术运算的其内部存储实施用于国际IEC发布了关于PLC的规定：
可编程控制器的相关设备是电子装备，专为在工业环境中使用的数字运算操作，易于扩展其设计能力的原则[3]，该设备被设计成使用一套设备的工业生产设计的实用性。
本文重点设计了翻转站和定位站。
1.2汽车轮毂轴承自动化生产线辅助装备的组成
轮毂轴承的主要用来承受汽车的重量，为确保轮毂的灵活转动提供安全而精准引导。
轮毂轴承既要承受轮毂轴向载荷的作用力又承受来自直径方向载荷的作用力，是一个相当重要的汽车零部件，传统汽车轮毂轴承由圆锥滚子轴承或者滚珠轴承来进行设计和安装，且需要进行密封和间隙距离进行适当调整[2]。
1.2.1汽车轮毂轴承自动化生产线辅助装备的组成
现代企业加工制造实现机器自动化生产领域不停的在进步着[4]。
制造业的不断向前发展需要引进先进的设计技术和高精度的自动化生产线。
企业的发展优势越来越明显体现在自动化生产线的生产性能等诸多方面，企业实现无人的自动化生产更加迫切，直接影响到企业的发展，企业的未来。
其结构示意图如下所示。
图1-1典型的自动化装配生产线结构原理示意图
1.2.2汽车轮毂轴承自动化生产线辅助装备的效果
自动化过流水线的结构包括：
各类输送计量装备，停止和块变换机制，各种自动化上下料装置，各种装配自动化，传感器和控制装备。
此外，还经常的手动步骤的一部分，在技能上是困难的被替换或在自动化装配过程中是不经济的成本，同时，包括完整的机器自动化相关操作和混合自动化组装及装配各零部件的生产线的手动操作[5]。
（1）传输装备
输送装备通常在各种运输送线的使用，一边效果是自动化输送的工件，另一方面，在各种平面坐标被连接到装备操作的自动化组装。
输送装备通常采用连续操作的方式。
（2）各种分料、挡停及换向机构
通常具有在进给机构，工件连续间隔排列，然后将不同的齿轮止动机构各电动机输送线设计点，通过每个平面工件位置的需要。
（3）各种自动化上下料装置
作为该处理结果的主要部件是由各种自动化装配表面进行的，各种自动化装配平面度也对应于各自的自动化上下料设备，应用是振动板和操纵器[8]。
为了简化自动化平面的结构中，通常是用机器手的自动化上下材料设计直接进入平面的部分的设计，但通常只需要能够实现运动两个方向的载荷的操作。
因此，使用线性引导机构，并形成了一套完整的上，下气缸，层装备，在较低的端操纵器假设吸盘的直线运动或气动手指的两个方向手臂向上[9]。
（4）传感器和控制装备
通常通过使用特殊的工艺操作中，经过特殊工艺，运行工件的全部加工完整的生产线，其过程类似于手工非常装配线。
自动化流水线是最典型的是线性形式的结构，如图所示的传输装备的图1中是最简单的，制造中的一个是容易[10]。
（5）各站特点分析
上料检测站：
--上料台通过气缸将工件依次送到检测工位
--传送带将工件传送，并由传感器检测工件
搬运站：
--将工件从上站搬至下一站
翻转站：
--用工作台将工件在四个工位间翻转
定位站：
--将工件定位到精确的位置
加工站：
--用回转工作台将工件在四个工位间转换
--钻孔单元打孔
--检测打孔深度
安装站：
--选择要安装工件的料仓
--将工件从料仓中推出
--将工件安装到位
安装搬运站：
--将上站工件拿起放入安装工位
--将装好工件拿起放下站
分类站：
--按工件类型分类
--将工件推入库房
第二章汽车轮毂轴承自动化生产线定位站的传动装备设计
2.1定位站的设计关键技能参数要求
（1）工件预加工内容
1.该工件其他部位都已经加工完毕，工件所待加工的部位为钻Φ18H7孔 ；零件的形状、尺寸及其位置如零件图2-1所示。
2.定位站转动速度要求：
20r/min。
图2-1汽车轮毂轴承零件图
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
轴承底面
IT9
6.3
粗铣-半精铣
轴承上表面
IT9
3.2
粗铣-半精铣
φ54的上端面
IT11
12.5
粗铣
前端面和后端面
IT11
12.5
粗铣
160x170的槽
IT8
1.6
粗铣-精铣
φ120的半孔
IT11
12.5
粗镗-半精镗
70x140的槽
IT11
12.5
粗铣
φ25的孔
IT11
12.5
钻
φ26的孔
IT11
12.5
钻
2.2初定夹具结构方案
2.2.1工件定位方案及定位装置
（1）定位方案
本课题夹具用长销小平面组合和一块V型块定位，利用R18长销小平面限制4个自由度，V型块限制2个自由度，实现完全定位，如图2-2。
图2-2定位盘
（2）定位装置
定位装置如图2-3。
图2-3开关支架图纸
2.2.2设计钻套装置
设计钻套装置如图2-4。
图2-4钻套装置
钻套与夹具体过盈配合保证标准钻套与工件的中心基准在同一直线上，并用螺钉固定防止在加工孔的过程中由于振动而发生松动[11]。
2.2.3工件夹紧装置
工件夹紧装置如图2-5。
夹紧方案及设备：
1.在定位与螺母夹紧销末端，因为该工件垂直钻孔机加工进行的，加工力和振动的过程的设计是较大的，夹紧装置具有相当的强度，是对工件的另一侧并用螺母夹紧工件相应的销旋转[5]的情况下。
2.在另一侧V片夹持的是通过螺纹与V形块相连，当需要夹紧工件的加工只要拧紧螺钉可以实现V形块夹紧。
V形块的拉动下转动螺丝在螺杆远离后处理中，把上旋下可以卸载工件螺母的另一侧。
图2-5工件夹紧装置
2.2.4验算中心距
验算中心距120
0.05mm。
影响此项精度的有：
1.定位误差，此项主要是定位孔Φ38H7，与定位销Φ38g7的间隙产生的，最大间隙为0.05mm；
2.钻模板衬套中心，与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为120
0.01mm，误差为0.02mm；
3.钻头与钻套的间隙会引偏刀具，产生中心距误差E，有下式求出：
（2-1）
式中:
E——刀具引偏量（mm）；
H——钻套导向高度（mm）；
h——排泄空间，钻套下端面与工件间的高度（mm）；
B——钻孔高度（mm）；
Δmax——刀具与钻套间的最大间隙（mm）。
上述各量如图2-6所示。
图2-6刀具引偏力的计算
在该例中刀具与钻套配合为Φ18H7/g5，可知Δmax=0.025；将H=30mm,h=12,B=18mm代入，可求：
（2-2）
由上述各项按最大误差计算，实际上各误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也可能不一致，其综合误差可按概率求和：
（2-3）
中心距的误差为0.1mm,而该项误差为ΔΣ=0.07mm是允许误差的2/3，符合要求但应减小定位和导向的配合间隙[12]。
2.2.5验算两孔平行度精度
工件要求Φ18H7孔全长上平行度公差0.05mm。
导致产生两孔平行度误差的因素有：
1.一般要设计基准与定位基准相重合，从而减少基准转换时所带来的误差，但Φ38H7/g6配合间隙及孔的端面的垂直度公差，会产生基准位置公差，定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角为：
（2-3）
式中：
Δ1max——Φ36H7/g6处的最大间隙（mm）；
H1——定位销轴定位面长度（mm）。
2.钻套孔中心与定位销的平行度公差，图中标注为0.02mm,则：
=0.02/30（rad）（2-4）
3.刀具引偏量e产生的偏斜角：
=Δmax/H（2-5）
总的平行度误差为：
（2-6）
小于等于1/3α合格。
2.2.6绘图
完善夹具总草图上应标注主要尺寸、公差配合等，如图2-7所示。
图2-7定位站模型装配图
2.3汽车轮毂轴承自动化生产线定位站的传动方案设计
2.3.1汽车轮毂轴承自动化生产线定位站的驱动电机额定转速选择
变频调速电机一般均选择4级电机，基频工作点设计在50Hz，频率0-50Hz（转速0-1480r/min）范围内电机作恒转矩运行，频率50-100Hz（转速1480-2800r/min）范围内，电机作恒功率运行，整个调速范围为（0-2800r/min），基本满足一般，驱动设备的要求，其工作特性与直流调速电机相同，调速平滑稳定。
如果在恒转矩调速范围内要提高输出转矩，也可以选择6级或8级电机，但电机的体积相对要大一点[13]。
电机转速和扭矩（转矩）计算
转速公式：
n＝60f/P=1400rpm
（n＝转速，f＝电源频率，P＝磁极对数）
扭矩公式：
T=9550P/n=6.2kg.cm
T是扭矩，单位N·m，
P是输出功率，单位KW，
n是电机转速，单位r/min
故选5IK90GX-CFM驱动电机,其最大驱动功率为90w。
图2-8驱动电机示意图
2.3.2汽车轮毂轴承自动化生产线定位站的驱动电机额定功率选择
变频电动机可能进一步可选的额外速度编码器,它可以实现高精度的速度和位置控制,快速的动态响应特征优势[14]。
通常有三个或四个千瓦少220v逆变阶段可以根据，电机是变频电机频率（或膝盖）恒功率速度和恒转矩速度区域划分在不同的地区,所以基本变换器和逆变器电机基础频率设置值是非常重要的[15]。
由于功率P=FV
F=T/R
T输出转矩，P功率，R效果半径，
功率TV/R=2TPN/60=72W<90W
5IK90GX-CFM驱动电机符合要求。
2.4汽车轮毂轴承自动化生产线定位站的定位机构设计
零件三维图模型截图如下：
2-9定位站装配图
为使机器装置、发挥出预期的性能，选用或设计最适当的轴承是至关重要的，对于汽车而言、其关键部分的轴承，使用也是如此[16]。
非标异型尺寸轴承设计，我们可以通过产品设计，产品渠道结构形状大小近似的调整，外观，以满足设计要求。
通过定位板，开关支架，位置开关等相关机构的定位机构设计，其大致图纸如下：
2-10定位盘图纸2-11开关支架图纸
2-12定位开关图纸
2.4.1定位机构夹具设计
（1）定位基准的选择
根据《夹具手册》、被称为定位参考应配合参考过程的程序、相同的工件,使用相同的定位基准应处理。
因此,使用轴承内孔的加工φ25洞,φ26圆柱表面和底部表面作为定位参考。
（2）定位误差的相关分析
定位元件尺寸和公差是相当重要的，需要确保零件的加工精度。
定位夹具的表面一半有两个洞,因为定位的参考轴的定位元素都是多孔的,所以简化参考一致的△b=0.1,由于存在一定程度的差距,定位参考相对位置变化发生基准位移误差。
由于TD=0.060mm，Td=0.011mm，△S=0.010mm，计算得出
△j=0.0365mm
（3）切削力及夹紧力的计算
刀具：
Φ25的麻花钻。
①钻孔切削力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，得钻削力计算公式：
式中
P───钻削力
t───钻削深度,140mm
S───每转进给量,0.3mm
D───麻花钻直径,Φ25mm
HB───布氏硬度，140HBS
所以
=7443（N）
钻孔的扭矩：
式中:
S───每转进给量,0.3mm
D───麻花钻直径,Φ25mm
HB───布氏硬度，140HBS
=54（N·M）
③钻孔夹紧力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，查得工件以一个面和两个孔定位时所需夹紧力计算公式：
（2-7）
式中:
φ───螺纹摩擦角;
───平头螺杆端的直径;
f───工件与夹紧元件之间的摩擦系数0.16;
───螺杆直径;
α───螺纹升角;
Q───手柄效果力;
L───手柄长度;
则所需夹紧力
=766（N）
根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。
（4）夹具操作的相关说明
本次汽车轮毂轴承设计的夹具夹紧的根本原理为：
以φ26孔和底面来作为夹具的定位基准，运用圆柱销、基准平面和定位销等可以很好地实现完全的零件定位，以钻模板精确地引导刀具合理地进行零件加工。
（5）定位元件
定位元件是用来确定加工零件正确位置的元件，是相当重要的。
用工件的定位基准或定位基准面，与夹具定位元件相互接触或密切配合来实现工件合理定位。
该设计多半用定位销来进行定位。
使得设计的过程变得相对的简单、灵活而方便。
（6）确定导向装置
本工序严格要求对被加工的零件上的孔依次进行钻、铰的一系列加工，最终达到工序简图上一些列规定的相关加工要求，故选用快换钻套来作为零件刀具的导向元件，通过翻阅相关资料及查表，确定钻套高度H=30d=2×10.5=21mm，排泄空间h=0.7d=7.35mm。
第三章汽车轮毂轴承自动化生产线翻转站设计
3.1汽车轮毂轴承自动化生产线翻转站结构设计
翻转过程是使用两个减速器来实现。
图2-7所示,处理1和两个减速器连接，摇动手柄减速机带动两个动作，带动夹持工具的旋转2。
移动工件装夹工具必须翻转工件的形状在中间粗细的两侧，使用两个工件可固定在夹具中，为了防止在工件的不稳定性，可以添加一个活门打开夹紧工具2，稳定控制工件夹紧工具[16]。
由一定的比例，可以转换为高转矩的重量，施加到处理小转矩。
简单地翻转文物，如小型工件转动力矩，可大大节省人力物力。
翻转站结构零件、三维图模型截图如下：
3-1翻转站装配图
此定位机构设计由翻转台手爪，翻转台气缸连接板等相关机构组成，其大致图纸如下：
3-2翻转台手爪图纸
3-3翻转台气缸连接板
3.2汽车轮毂轴承自动化生产线翻转站气缸的选择
3.2.1气缸的选择与造型
气缸是用来引导活塞的直线形、往复运动的圆筒形金属零部件。
气缸在工作时流体膨胀缸，发动机的热能转化为机器能;接收活塞压缩气体，压缩机气缸的压力增加。
涡轮机、旋转活塞式发动机等住房通常被称为“缸”。
（1）选择气缸
1、类型的选择:
根据工作的要求和条件,选择正确的类型的气缸。
2、安装形式:
根据安装位置,使用的目的和其他因素。
3、力的大小:
孔的选择。
（2）油缸力的大小
确定活塞杆上的推力和拉力的大小、根据所需的劳动力。
从而选择时气缸缸的输出力轻微的边缘。
在夹具设计中,力量增加机制应采用减少气缸的大小[13]。
气缸的理论出力的计算式子如下：
F：
气缸理论输出力（kgf）
F'：
效率为85%时的输出力（kgf）--（F'＝F×85%）
D：
气缸缸径（mm）
P：
工作压力（kgf/cm2）
通常在工程中确定输出力的大小时，可直接查阅经验图1-1、图1-2。
图3-4气缸输出力
缸径10～100mm（b）缸径100～500mm
（3）气缸的空气消耗量：
空气消耗量是操作费用的一部分，图1-6系根据以下公式计算的空气消耗。
（3-1）
Ｑ：
每厘米行程空气消耗量（Ｌ/ｃｍ）
D：
活塞或活塞杆直径（mm）
Ｓ：
气缸行程（此外为常数10mm）
P：
操作压力（kgf/cm2）
运用此公式的相关计算得到的空气消耗量是一个近似值，这是因为在气缸室内实际所提供空气，并不能完全的、及时的排放（特别是在高速状态下）出来，实际所需的消耗量，可能低于图上所计算出来的一些数据。
3.2.2活塞的选型
（1）活塞行程分析
活塞行程与零件使用的场合以及零部件机构的行程有关，但一般不选满行程，防止活塞和缸盖相碰。
如用于夹紧机构等，应按计算所需的、行程增加5㎜的余量，而缸径为340mm，故活塞行程为1250mm。
表3-5活塞公称行程允差（mm）
缸径
32
40/50
63
缸径
80/100
125/160
200/250/320
行程
≤500
>500
≤500
行程
>500
≤500
≤1250
允差
+2
+3.2
+2.5
允差
+4
+4
+5
表3-6活塞杆外径尺寸系列（mm）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
110
110
125
140
160
180
200
220
250
260
320
360
400
（2）活塞的运动速度
主要依赖于输入到压缩空气流，气缸气缸排气孔尺寸和管直径的大小。
对于高速运动应该是很有价值的。
锡林速度为50〜800㎜常用/秒。
高速运动的气缸，应选择大口径高压管道的;液压阻尼缸，易于实现的速度控制-在负载变化的情况下，为了得到一个缓慢而、稳定的步伐，也可以与节流装置或在空中。
选择节流阀控制缸注的速度：
水平气缸驱动负荷，则建议使用排气节流阀速度调节;垂直提升机安装气缸，推荐摄入量节流调速;为了避免在他的日程安排的最后所需的平滑运动的影响，应选择和缓冲缸[12]。
3.2.3其他相关机构选型
1.方向阀的选择
（1）选择阀门的范围应该符合网站的使用条件。
的场合应该使用气压的大小,供应条件（交流和直流电压波动范围和大小）,介质温度、湿度、环境温度和湿度,灰尘、振动等。
在这种情况下使用一个合适的阀和可靠的使用。
（2）选择功能和控制阀门装备应当符合这份工作的要求
阀功能和控制应当按照职位的数量的气动装备,路径的数量,内存元素,站在地位和控制方式选择符合要求。
（3）选择阀门的流通能力的、装备应当符合这份工作的要求
应该基于气动装备的瞬时，最大流量元素所需的平均流速15~25米/秒计算阀门直径,找到所需的阀门流量C值（或KV）,CV值下的额定流量下降,标准的名义流量和s值,等等,即装备的选择、以满足阀门流量的要求。
（4）阀性能装备的选择应满足这份工作的要求
应该基于气动装备，最低工作压力或最低压力控制,动态性能要求,最高工作频率,持续功率容量、功率阀,阀的寿命和可靠性选择符合预期的性能指标。
2.阀的选择
（1）根据气动控制装备选择最大工作压力调节器,空气减压阀应大于最大工作压力0.1mpa。
（2）需要阀出口压力波动时间,如出口压力波动小于±0.5%的最大操作压力,精密阀门的选择。
当远程或直径大于20毫米以上,应该尽量使用外部试验类型阀门。
3.减压阀的选择
根据最大流量阀,换向阀规格。
根据功能需求,选择阀品种。
4.溢流阀的选用
溢流流量根据需、要选择安全阀孔。
如果大直径（如上所述）15毫米直径和远程操作,应采取飞行员安全阀。
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