车辆工程毕业设计109发动机DA465Q缸盖连接螺栓自动装配装置设计说明书.docx

车辆工程毕业设计109发动机DA465Q缸盖连接螺栓自动装配装置设计说明书.docx

《车辆工程毕业设计109发动机DA465Q缸盖连接螺栓自动装配装置设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车辆工程毕业设计109发动机DA465Q缸盖连接螺栓自动装配装置设计说明书.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

车辆工程毕业设计109发动机DA465Q缸盖连接螺栓自动装配装置设计说明书

本科学生毕业设计

发动机（DA465Q）缸盖连接螺栓自动装配装置的设计

院系名称：

汽车与交通工程学院

专业班级：

车辆工程

学生姓名：

指导教师：

职称：

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

DesignofDA（465Q）EngineCylinderConnectingBoltsAutomaticAssemblyDevice

Candidate：

LvJiawen

Specialty：

VehicleEngineering

Class：

BW07-3

Supervisor：

SeniorEngineer.LinMing

HeilongjiangInstituteofTechnology

摘要

本文系统的阐述了国内外汽车发动机自动装配技术的现状、水平及我国在此方向的发展状况。

并以东安汽车发动机为研究对象，到工厂对其生产线进行了参观和实地考察。

根据实际装配与检验过程的工艺要求，进行了自动装配与检验生产线可行性分析。

并结合实际条件，确定了汽车发动机缸盖装配与检验工序的基准、生产用量和工时定额。

在此基础上，确立了最终的生产线。

同时，通过对国外同类汽车发动机生产线参考和借鉴，针对以东安为代表的国内特定的生产技术与劳动条件，对其装配与检验工艺规程进行了详细设计，最终确立了一套完整的适合国内实际情况的汽车发动机生产线。

本文着重介绍汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计过程、方法及工作原理。

重点对抓取螺栓装置和传动机构进行了结构的设计和理论的分析，对其中如何实现螺栓的抓取和水平及垂直运动的难点问题。

最终采用了机械手、气压缸和滚珠丝杠传动装置完成了上述运动，并对其进行了严格的理论设计计算，使其能够精确的完成预定运动。

从而使螺栓安装实现了自动化，很大程度的节省了人工和时间，显著地提高了螺栓装配的质量和效率。

关键词：

汽车发动机；缸盖；生产线；机械手；连接螺栓

ABSTRACT

Theexpositiondomesticandinternationalautomobileengineofthistextsystemassemblesthestateofdevelopmentinthisdirectionofcurrentsituation,levelandourcountryoftechnologyautomatically.RegardautomobileengineofDonganastheresearchobject,hasgonetothefactorytovisitandinvestigateonthespottoitsproductionline.Accordingtoassemblingandexaminingthetechnologicalrequirementofthecourseactually,haveassembledandexaminedthefeasibilityanalysisoftheproductionlineautomatically..Onthisbasis,haveestablishedthefinalproductionline.Atthesametime,throughconsultinganddrawinglessonsfromthesimilarautomobileengineproductionlineofforeigncountries,directagainstthedomesticandspecificproductiontechnologyrepresentedbyDonganandlaborcondition,havedesignindetailtothatitassembledandexaminedthecraftrules,hasestablishedasetofintactautomobileengineproductionlineswhichissuitableforthedomesticactualconditionsfinally.

Thistextrecommendstheenginejaroftheautomobiletooverlayandconnectdesignprocess,methodandoperationprinciplethattheboltassemblesthedeviceautomaticallyemphatically.Topickingthedesignthattheboltdeviceandtransmissionorganizationhavecarriedonthestructureandanalysisofthetheoryespecially,tohowamongthemrealizepickandhorizontalandverticaldifficultpointissueofsportofbolt.Haveadoptedthemanipulator,atmosphericpressurejarandballguidescrewtransmissiondevicetofinishhasmadeitscompletionthatcanbeaccuratebooksports.Thusmaketheboltinstallandrealizeautomation,savingtoagreatextentisartificialwithtime,haveimprovedqualityandefficiencythattheboltassemblesremarkably.

Keywords:

Automobileengine；Thejaroverlays；theproductionline；Manipulator；Jointhebolts

第1章绪论

1.1汽车及汽车工业概述

1.1.1汽车

汽车是指能自带能源的机动轮式无轨车辆，它是使用最广泛的交通运输工具。

按运输对象汽车可分为客运汽车和货运汽车（简称货车）两大类。

汽车是由上万个零件组成的结构复杂的机动交通工具。

根据其动力装置、运送对象和使用条件的不同，汽车的总体构造可以有很大差异，但它们的基本结构都有发动机、底盘、车身、和电器与电子设备四大部分所组成。

发动机是汽车的动力装置。

底盘由传动系、行驶系、和制动系四大部分组成。

作为汽车的基体，发动机、车身、电气设备及各种附属设备都间接或直接地安装在底盘上。

车身用来安置驾驶员、乘客和货物的等。

汽车电器设备由电源（蓄电池、发动机）、汽油机点火设备、发动机起动电动机、照明与信号设备、仪表、空调、刮水器、收录机、门窗玻璃电动升降设备等组成。

汽车的类型很多，分类方法也很多。

通常按汽车的用途可分为轿车、客车、载货汽车、越野汽车、牵引汽车、自卸汽车、农用汽车、专用（特种）汽车和改装车等。

汽车是作为一种交通工具而产生的，但发展到今天已经不能把他理解为单纯的“行”的手段。

因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。

中国汽车工业的振兴也必然会使中国的面貌焕然一新，在繁荣经济、促进四个现代化、提高人民的生活水平、推动社会与地球上近四分之一的人类进步方面发挥了巨大的作用。

1.1.2汽车工业的发展

汽车工业是加工设备工业的最大用户，大量生产汽车的特殊要求，对高度专用的加工设备的设计和发展具有深远的影响。

从汽车工业发展的情况来看，汽车发动机的自动化装配程度，在一定程度上限制了汽车的自动化生产水平，同时又影响到汽车工业的竞争实力与技术水平。

因此，提高汽车发动机的自动装配生产线水准，是目前我们势必解决的问题。

工业发达国家都十分注意汽车制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备汽车制造业，机械制造装备工业势必得到优先发展。

对比之下，我国目前汽车制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺设备，数控机床与自动化装配设备在汽车制造中的比重还比较低；自动化程度基本上还是“一个工人、一把刀、一个机床、一个枪”，导致了劳动生产率降低，产品质量不稳定；机械装备主要是用来代替和放大人的体力，其工作尽管比人熟练和精确，并有一定的自动化程度，但由于缺乏存储个灵活处理的信息的能力，智能化程度差，导致了生产率低、加工精度的进一步提高受到限制。

上述情况，只是我国汽车制造产业的一个缩影，而汽车发动机制造装备产业的萎靡不振，又严重影响了汽车制造业、乃至整个机械制造业的振兴。

故振兴我国汽车及其发动机制造装备产业，以及自动装配与检验产业，提高我国制造业的总体技术水平和市场竞争力，是当前进行各企业改组、改革、改造的当务之急。

1.2发动机的概述

1.2.1发动机分类和基本构造

在汽车中最重要的是发动机，他对于汽车就像人的心脏一样重要。

发动机就是将燃料的化学能转换成机械能的机器。

在现代汽车上主要应用的是内燃机。

内燃机是一种动力机械，它是通过是燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的Aa热能直接转换为动力的热力发动机。

广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式内燃机，也包括叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，通常所说的内燃机就是指活塞式内燃机。

内燃机具有热效率高、功率范围广、适应性好、结构紧凑、尺寸小、使用方便、启动迅速等优点，所以被广泛地应用于各种机械。

发动机最基本的结构是由气缸、气缸盖、进气门、排气门、喷油漆（火花塞）、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等组成。

1.2.2发动机的工作原理

四行程汽油机的一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：

进气行程、压缩行程、膨胀行程（做功行程）和排气行程。

如图1-1所示：

图1.1四行程汽油机工作循环图

1、进气行程。

这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下业点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生一定的真空度。

可燃混合气被吸入气缸内。

活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。

2、压缩行程。

进气行程结束后，进气门、排气门同时关闭。

曲轴继续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气逐渐被压缩，使其温度、压力升高。

活塞到上止点时，压缩行程结束。

压缩终了时，混合气温度约为600～700K，压力一般为0.6～1.2MPa。

：

混合气被压缩之后，密度增大，压力和温度迅速升高，为燃烧创造了良好条件.

3、作功行程。

当压缩冲程临近终了时，火花塞发出电火花，点燃可燃混合气。

由于混合气迅速燃烧膨胀，在极短时间内压力可达到3～5MPa，最高温度约为2200～2800K。

高温、高压的燃气推动活塞迅速下行，并通过连杆使曲轴旋转而对外做功。

4、排气行程。

混合气燃烧后成了废气，为了便于下一个工作循环，这些废气应及时排出气缸，所以在作功行程终了时，排气门开启，活塞向上移动，废气便排到大气中。

当活塞到达上止点时，排气门关闭、曲轴转至两周，完成一个工作循环。

1.2.3发动机缸盖

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。

它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。

水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。

利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

缸盖上装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。

汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。

顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。

气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。

汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。

图1.2发动机缸盖见图

1.3汽车生产线

1.3.1生产线简介

劳动定额水平、关键工序的自动化、物流与仓储、产品的质量保证体系、生产的组织与管理等，是当前汽车与汽车发动机生产企业所共同面临也是必需研究的主要课题之一。

近几十年来，国外汽车工业在应用微电子技术和计算机技术方面发展很快，在汽车产品的开发设计、模拟分析、零部件的加工贮运、装配试验、生产的组织管理和销售服务等方面都得到了广泛应用，实现了一系列的自动化。

随着市场对汽车品种需要的多样化。

欧、美、日各大集团公司都已实现了多品种混线生产，节约了物流资金、提高了产品质量，满足了用户多种要求之目的。

从轿车工业发展的情况来看，汽车发动机的自动化装配程度，在一定程度上限制了汽车的自动化生产水平。

因此，提高汽车发动机的自动装配生产线水准，是目前我们势必解决的重要难题。

对汽车发动机的自动装配生产的研究和开发具有重要的现实意义。

1.3.2装配线的型式

总装配线都需要有高架输送和地面输送两种最基本的型式。

其中，高架线一般包括积放式悬挂输送机系统、普通悬挂输送机和高架轨道小车。

地面线一般包括滑撬式输送系统、地面单链牵引轨道小车、地面板链带随行支架、地面板式输送带等类型。

1.3.3装配线的条数、长度及劳动量

轿车发动机生产线一般均分为两段、三段或多段式，可把上述几种型式有机的结合。

装配线一般需要根据产品的品种、生产纲领和装配工艺要求，经多种方案比较论证后再确定。

装配线的长度，在满足生产纲领、工艺要求、多品种生产和保证质量的前提条件下，应尽可能缩短。

平面布置可根据具体情况采用U型、S型、矩型、多层等型式布置。

劳动量定额水平过高或过低都将影响可行性研究和工厂设计的正确性，也关系到厂房面积、主要生产设备的台数、装配线的长度、生产工人数、投资及经济效益。

所以，在可行性研究阶段、尤其是在没有产品图纸时，较为准确地估算装配线劳动量就尤为重要。

国外总装水平较高，主要是机械化自动化程度较高，故装配公司较少。

原因之一是国外的劳动力昂贵，从成本上来说，70年代1台机器人的价格约等于5个工人的年工资，进入80年代，1台机器人的价格只相当于2-3个工人的年工资，而效率却比工人高得多。

在我国，劳动力资源丰富，国家建设资金不十分充裕的前提下，必须大量引进外资。

因此大量采用机械化自动化设备是不现实的，故定额水平相对较低。

1.3.4本课题研究的主要内容

本项目研究的主要内容是“汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置”的设计。

螺栓的装配：

使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入螺栓，完成装配。

总体装置的构思

本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，酱缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。

设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。

方案一首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个丝杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四连杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。

方案二首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压，液压传动后电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。

比较和综合烦些上述两个方案，机械手抓取螺栓的确定应用的，而方案一的四连杆机构和转轴运动的稳定性比较差，不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大不部分应用的是气压传动，用起来比较方便。

设计方案为通过丝杠船东来带动机械手来完成水平运动，而用气压来完成竖直运动。

具体的设计可以大致分为以下三个部分，并主要解决以下技术问题：

螺栓抓取装置的设计

驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。

整体支架的设计。

第2章发动机缸盖生产线介绍

2.1生产线概述

主要完成发动机的装配工作。

从机加线过来的发动机缸盖通过电动吊装设备放置于装配线的托盘上托盘通过滚道依次通过装配的各个工位，工人在每个工位上安装相应的零件到发动机缸盖上，最终生产线流程走完后发动机装配完毕进入下一个工序。

图2.1发动机缸盖装配流程图

整条装配线的工作流程如上图所示，在发动机上线工位操作工操作电动起重机将机加线加工好的发动机缸体吊装到发动机生产线的托盘上，发动机装配线自动然后通过滚道将托盘输送到下一安装工位上自动停止在该工位上，该安装工位的操作工安装依据该发动机的型号安装相应的零件到发动机缸盖上然后发出指令给装配线，发动机托盘自动的被传输到下一工位，下一工位的操作工依次安装相应的零件到发动机上，依次类推当发动机走到下线工位时该工位的操作工通过电动起重设备将安装好的发动机吊离发动机装配线完成发动机的生产。

装配线上在一定的工位安装的转台，举升台，翻转机等设备，将发动机进行旋转，举升，翻转等操作，方便后面的操作工进行安装。

2.2进、出气阀的装配

发动机盖生产好后，按顺序先安装进出气阀，通过震动给料器得到的阵列好的气门放到正确的位置，机械手按顺序压住弹簧，加上垫片，然后把止动销放到气阀杆上有凹槽的位置。

机械手松开，弹簧回弹，把垫片紧紧压到止动销上，使止动销底部的楔型刚好嵌入垫片中间的斜面使其紧紧锁住。

2.3进出气阀的装配检验

在进、出气阀的装配后，需要检验止动销是否到了正确的位置，可能出现丢失一个或两个半止动销的情况，或止动销没正好嵌入杆的凹处，.这些都是不合格的，那么必须返回进行个人处理，处理合格后再返回生产线检测工序，直到合格为止。

2.4进出气阀的清洗

由于气阀要求很高的气密性，所以必须对其进行清洗，把所有的可能存在的灰尘和杂物都清洗干净，可以用高压空气清洗。

2.5进出气阀的清洗检验

这道工序很必要，清洗后检测气密性是否达到要求，达到了进行下一道工序，没达到则需要返回重新人工清洗，这里的考虑与2中相同。

2.6螺栓的装配

使发动机盖和发动机缸体的螺孔对正，放入垫片，拧紧螺杆，完成装配。

2.7螺栓的装配检验

必须检验是否装配正确。

有时由于机械的失误出现一些装配错误现象，如没有放垫圈，没有放螺栓，放了两个垫圈等。

所以可以采用数字测长仪来检验螺栓是否安装合格。

第3章发动机缸盖连接螺栓自动装配装置的设计

3.1总体装置的构思

本设计的任务是在汽车发动机缸盖的进出气门的气密性检测之后，将缸盖与缸体的连接螺栓自动装入发动机缸盖内部的螺栓孔内。

设计的对象为东安465汽油发动机的缸盖，其上一共有10个螺栓，对称排列在缸盖两侧，见图3.1所示。

根据任务书上规定的60秒每件的生产能力，本设计选择分两次安装螺栓，即每次5个的方案。

图3.1发动机缸盖示意图

通过对本次设计对象东安465发动机缸盖的测绘和在东安工厂发动机缸盖生产线的参观和实地考察，以及对国内外相关发动机生产线的研究和参考，发现我国发动机生产线的自动化的程度低于国外，特别是缸盖与缸体连接螺栓自动安装部分，我国主要还靠人工来完成，而国外已经实现了自动化。

这就更加说明了实现螺栓自动安装的重要意义。

通过查阅大量有关汽车发动机生产线方面和自动化装置方面的资料，初步确定了以下两套装配方案：

方案1首先用机械手来完成螺栓的抓取和放下，其次用一个四杆结构来完成机械手的上下运动并用一个转轴来完成四杆机构在水平面内的转动，最后由动力装置带动一个丝杠传动机构来实现水平面内的运动。

方案2首先用机械手来抓取和放下连接螺栓，其次依靠气压、液压传动或电传动驱动传动机构在导轨上来完成机械手的水平和竖直运动。

比较和综合分析上述两个方案，机械手抓取螺栓是确定应用的。

而方案1的四杆机构和转轴运动的稳定性比较差不能应用，而丝杠传动由于稳定性和精度比较高可以应用，而驱动初步定为气压传动，因为整个生产线大部分应用的是气压传动，用起来比较方便。

综上所述，本着既实用又经济的设计理念，分别在两个方案中取其精华，确定了最终的设计方案为通过丝杠传动来带动机械手来完成水平运动，而用气压传动来完成其竖直运动。

具体的设计可以大致分为以下三个部分：

螺栓抓取装置的设计

驱动螺栓抓取装置的传动机构的设计。

整体支架的设计。

汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配装置结构见图3.2所示

图3.2连接螺栓自动装配装置结构图

1.整体支架2.气缸固定钢板3.气压缸4.电动机5.平衡机构6机械手

7.机械手固定钢板8.定位导柱9.导轨

3.2螺栓抓取与安装装置的设计

3.2.1抓取装置的设计

要抓取的螺栓为GB/70.1—2000—M10×80的内六角圆柱头螺栓，如图3.3所示。

图3.3内六角圆柱头螺栓

螺栓的抓取可以有两种方法:

（1）用机械手来抓取螺栓。

（2）用电磁铁来吸附螺栓。

对比两个方案发现如果用电磁铁来吸附螺栓，由于发动机缸盖在螺栓装配工序之前已经安装上了控制进、排气门的阀杆和弹簧。

而这两种零件会对电磁铁有一个吸引力，这样就会大大影响螺栓抓去的稳定性，如果在生产线上就会造成事故，从而影响工作效率。

综上所述，选择

（1）方法，用机械手来抓取和安装螺栓。

根据螺栓的尺寸来选择机械手，机械手的型号为SHG—06，由于选择的机械手不能直接抓取螺栓，必须设计一个小的钢质构件和接受配合使用才能抓取螺栓，机械手

和钢质构件配合在一起后尺寸如图3-4所示。

图3.4机械手抓取螺栓示意图

1气动机械手2为螺栓抓取钢爪3螺栓

气动机械手与抓取钢爪用螺钉连接在一起，当装置抓取闭合时气动机械手卡抓之间距离为20mm,张开时为22mm.

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。

同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。

另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。

在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。

机械手首先是从美国开始研制的。

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。

该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。

这就是所谓的示教再现机器人。

现有的机器人差不多都采用这种控制方式。

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。

作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）