YZ90机油冷却器气密性能自动测试台的设计.docx

1、YZ90机油冷却器气密性能自动测试台的设计毕业设计报告YZ90机油冷却器气密性能自动测试台的设计学生姓名：学 号：班 级： 指 导 老 师 姓名： 专 业 名 称： 报 告 提 交 日期：毕业设计答辩日期：扬州大学广陵学院摘 要机油冷却器是发动机必不可少的配套装置，但是它在生产制造中必须进行密封性试验。本文设计了一台气密性能自动测试台，用来测试机油冷却器的一种YZ90机油冷却器的气密性能。本测试台参考了原来人工操作时的某些方面，它主要包括两个部分：一、机械系统部分；二、电气控制系统部分。第一部分主要包括整体方案的确定，以及各零部件的选取和设计。第二部分主要包括气压控制基本回路、控制原理、元气件

2、选择和电气控制基本回路、电气控制原理、元气件选择及整个回路控制过程。对整体而言，用电气控制电路来控制气压传动系统，再由气压传动系统驱动整个机械部分运动，进行YZ90机油冷却器的气密性能测试。关键词：机油冷却器，气密性，自动测试台，电气控制。AbstractThe aim of devising this organization is to make the text more easily and alleviate the workers labority. In order to obtain this goal, we use module to devise this equipme

3、nt, we devise machine, electricity gas combination control respectively. The mechanical parts include the decision of the whole and selecting the every part. The precision of seal is important to this auto-test equipment，we considered some aspects of the workers operation. We adopt gas motor to prov

4、ide pressure gas, inspect of the Electric motor, we adopt bearing to unload pressure. We also consider seal. The driving of the equipment is gas pressure system and the gas pressure system is controlled by electricity system. The way of device considers machine, electricity, gas sufficient and come

5、to the goal successful.Keywords: oil cooling , air seal performance，auto-test equipment , electricity gas control.第1章 引 言本科毕业设计是毕业之前的最后一次综合验收，也是迈出校门之前的第一步，这一步是必不可少的。但是，必须承认绝大部分同学所做的都是前面已经有人做过了的，我做的也不例外，很紧张而充实的完成了这次也是最后的设计。1.1课题的提出机油冷却器是对发动机润滑用机油进行冷却的装置，在汽车行业中应用广泛。机油冷却器在生产制造过程中要保证能将油路和水路完全隔开，该密封性能会直接

6、影响到发动机的可靠性。若密封性能得不到保证，将会发生油水混合现象，这将导致发动机得不到可靠的润滑和冷却而烧毁。因此在生产过程中必须对其气密性能进行检测。长期以来，这一工艺过程一直靠人手工操作，效率低，工作劳动强度大，随着企业用户需求量的增加，这一工艺过程已成为制约产量提高和企业发展的瓶颈，如何在出厂之前快速、稳定地测试机油冷却器的密封性能的问题越来越突出。本课题的目的就是根据企业的需求，采用操作方便的自动化测试装置来取代手工操作，在满足测试质量的前提下提高工作效率，以适应企业发展的需求。这对于企业的技术进步和经济效益都具有十分重要的意义。1.2设计的主要内容本设计所做的是YZ90机油冷却器气密

7、性能测试台的设计。主要成果是完成了对YZ90机油冷却器气密性能测试台的设计，完成了测试台总装图一幅，零件图一套，设计计算说明书一份。总装图主要是两个部分，机械部分和气压部分。机械部分主要包括箱体、工作台、水箱的设计以及气缸的选取等等。本设计既注意了融合学校所学的书本知识，也注意了结合机械、气压与电气控制当前的发展，同时力求机构的简单合理化，尽量遵循人机工程学原理，具有一定的推广性，对企业的发展有一定的促进作用。本设计由魏孝斌博士担任指导老师，在魏孝斌博士对我的悉心指导下完成。于设计者的水平，而且时间仓促，本设计还有不成熟之处，恳请各位老师批评指正。第2章 总体方案的设计2.1装置的设计要求在对

8、两种型号的圆形机油冷却器的气密性能测试要求和过程的分析、了解的基础上，进行气密性能自动测试台的设计，具体要求如下： 1）除上下工件外，整个测试过程必须自动完成；2）工作机构选用气动作为动力源，密封测试压力为12kg/cm2，气缸工作压力为8 kg/cm2，产生的作用力要稳定、可调并能在不少于3分钟内保持；3）在测试过程中，与产品的接头部分应能保证可靠的密封，在通入试验压力时不漏气；4）测试台的控制部分需要具有时间控制系统，保证时间在20s3min内可调，电气控制系统采用PLC可编程控制器；（不需要设计）5）结构简单，动作可靠，符合人机工程学原理，制造成本尽可能低。 2.2设计思路及方案论证根据

9、以上设计要求，设计出的密封性能自动测试台应具有以下一些功能：1）工件安放定位；2）工件夹持；3）密封检测；4）动作控制。下面分别考虑这几个功能的实现方案。1、 工件的安放工件的上下是由工人手工操作的，不需要另外设计机构。需要设计工作台，起支撑作用的台架，工作台要能满足定位要求。我考虑两种定位方式：用挡块定位，将工作台做成形如工件内腔的凸台，利用凸台定位。我采用第一种。因为采用第一定位方式的工作台制作起来有点麻烦，第二种制作比较方便，但是定位精度也很高。台架我采用一组角钢焊接制成。2、 工件的夹紧工件的夹紧包括两个内容：是夹紧点的封堵，是夹紧。本设计中要封堵的点显然不止一个，我准备用一块压板，下

10、面引出若干根堵杆，堵杆的下端再装上橡胶堵头，来对工件进行封堵。将工件夹紧有多种方式：气动夹紧；液压夹紧；机械夹紧；电动夹紧，等等。因为车间有现成的气源，我选用气缸来带动压板向下运动将工件夹紧。另外，在进行密封性检测时必须往工件内腔通入气体，这里选用气动夹紧也使整个系统显得协调。3、 密封检测工件密封性能的检测主要由密封系统来完成，密封系统主要包括：通气装置；浸水装置；检测装置。通气装置主要是气嘴。根据工件的结构，我把它分别安置在堵头上，工作的时候，从往工件内腔冲气进行气密性能测试。浸水装置：我考虑了三种形式：一是空中吊篮结构；二是水中浮台结构；三是气囊式结构。吊篮结构是将工作台安放在吊篮底部（

11、或者干脆将吊篮底部作为工作台），检测时由吊篮将工件送入水中。浮台结构是在工作台的下面装置一个弹簧套筒，检测时由工作台上面加力，将夹紧在工作台上的工件压入水中。气囊式结构是气缸带动堵头堵住油口，工作台不动，通过水箱中气囊的膨胀和收缩来控制水面的高低来完成测试。暂时决定采用气囊式结构，因为吊篮结构结构繁冗，不稳定，需要的附件比较多，成本较高，并且视野不开阔，不方便于观察；浮台结构长期工作弹簧的稳定性不好，相比之下，气囊式结构没有这些缺点。检测主要是通过工人的观察，看工件的内腔冲入一定压力气体后在水中是否有气泡冒出。需要一个水箱。4、 动作控制（电气控制本设计不作要求）控制系统包含气动控制和电气控制

12、两个方面内容。一般来说，动作控制人工手动控制和自动控制两种方式。根据要求用自动控制方式，建议电气控制采用PLC自动控制方式。2.3总体方案的确定根据装置的功能要求和以上各个部分的设计思路及方案比较，我初步出三种总体设计方案：空中吊篮结构、水中浮台结构和气囊式结构。（见下页示意图）。空中吊篮结构是将压紧气缸安装在一个形象地称之为篮子的框架里，篮子的底部就是工作台。再用一个密封气缸来带动这个篮子上下移动。测试的时候，先由压紧气缸下移对工件上所选的压紧部位进行压紧，冲气，然后由密封气缸将篮子里的工件送到水箱中进行测试看是否有气泡冒出。水中浮台结构不用吊篮，先由压紧气缸将工件压紧在工作台上，然后再加力

13、，将工作台压入水中进行试验观察，测试结束后由工作台底部的弹簧将工作台送回原来位置进行下一个测试过程。气囊式结构：气缸带动堵头堵住油口。工作台不动，通过水箱中气囊的膨胀和收缩来控制水面的高低完成测试。吊篮结构的特点是：结构复杂，附件较多，相比浮台结构而言明显地多用了一个气缸和一个吊篮，成本较高，并且视野不开阔，不方便于观察；浮台结构结构简单，成本低，但稳定性不如吊篮结构好，但是也能完成相应的工作要求；气囊式结构：机械结构方面更为简单，成本低，稳定性好，虽然控制回路比较复杂，但是气囊式结构比较新颖。以上三种方案的结构示意图见图1.1、图 1.2、图1.3。 还有其它方案可以实现上述功能要求，比如：

14、1）我还可以直接进放水：压紧工件后，我往水箱内注入一定量的水，测试完毕后再将水排出。考虑到进出水的速度比较慢，故不采用。如果做的好，这也是一种很好的方法；2）我可以在水箱下面放一个气缸，测试的时候让水箱托着水上下移动。考虑到这种情况下工作台的安放比较困难，而且多用了一个气缸，不用；3）我还可以设计一套夹具将周边夹紧，用一凸轮机构带动夹具周期性往复运动。考虑到凸轮机构不容易由气源来控制，而且夹具的制作和安放很成问题，故不采用。最终，我采用的是气囊式结构，我称之为改进的浮台结构。结构中我将工作台固定，设法使水箱内的水升降，测试的时候让水上升没过被测试的工件，根据是否有气泡冒出判断工件合格与否。测试

15、中，为了使水升降，我选用的是气囊。我在水箱底部装上气囊，气囊冲气时将水箱里的水抬起进行气密性实验，测试结束后将气囊里的气放掉，水在自身重力作用下落回水箱底部。其它结构及动作过程与浮台结构相同。装置要实现的技术路线如下：放好工件气缸下移件压紧工件气囊冲气观察气囊放气件水落回重复由于整个装置较复杂，可以进行分块设计。本装置的设计主要有两部分组成：1. 机械部分的设计；2. 电气系统及控制系统（控制部分不在本设计范围中）。这两部分既相对独立，又紧密关联。该系统的基本工作情况为：由控制系统对电气系统实施控制，再通过电气传动驱动执行组件完成预定的测试动作。第3章 机械系统的设计本设计的机械部分自上而下主

16、要有气缸、工作台、水箱、支架等几个部分组成，结构不是很复杂。根据人机工程学原理和测试台的功能及技术要求，考虑总体采用箱体式结构，分为上箱和下箱两个部分，上箱放气缸及其支架，用与封堵下箱工作台上的产品；下箱主要由水箱及其支架构成，工作抬和气囊放在水箱内，用于测试密封性能，测试台的电路部分和气路部分在下箱控制柜内摆布；控制面板设在下箱的上部，便于工人操作，测试台的整体结构见总图。由于本测试台的零部件不多，采用上述结构，结构简单，升降灵活，操作方便，因起总体上可行。自动化测试成为关键问题关键问题注释（由于该产品的水道和油道在相互垂直的平面内，如何实现整个油道和水道一次装夹后连续自动完成测试成为关键问

17、题。解决方法我考虑了三种：一、设计一个自动翻转机构，以实现从油道测试平面向水道平面的自动过度，但是该机构设计较复杂难以实现；二、是把两个汽缸垂直放置，该方法测试稳定性好，但是该方法布置不合理会让整个水平方向尺寸增大且不美观；三、是把汽缸的垂直运动转化为水平运动，其方法：1）采完全转化，但是该方法实现控制起来也比较麻烦，2）近似转化，方法实现控制起来相对简单密封的精度也能打到，在本设计中我采用近似转化，转化机构为杠杆机构（ 若实际中不能满足密封测试要求就考虑用上述其他方法代替）。3.1 气缸的选取1）油道封堵汽缸直径的计算汽缸的轴向负载力F选取负载率为0.5 理论输出力F0=4615.8N气缸内

18、径D由公式计算而得D=70.71mm，选择缸径 查表可得选取作用汽缸缸径D为 mm。2）水道封堵汽缸直径的计算汽缸的轴向负载力F选取负载率为0.5 理论输出力F0=723.18N气缸内径D由公式计算而得D=28mm，选择缸径 查表可得选取作用汽缸缸径D为 32 mm。3）汽缸行程的选择汽缸行程应选择生产厂方提供的标准行程。查ISO汽缸标准行程表，选择两个汽缸的行程为100mm。4）活塞杆的连接 一般活塞杆与工件的连接宜采用柔性连接，用来补偿轴向或径向偏差以及与汽缸在一个平面上实现摆动连接，但考虑到本测试台的特殊性，汽缸的活塞的运动是在垂直方向且要保证接头处的密封性能，故在活塞杆和中间导杆之间采

19、用刚性连接。最后我确定选择的汽缸形型号为：SI X100FA和SI32 X100FA3.2 导杆的设计在本测试台中，由于汽缸和工件的距离较远，如果直接用汽缸的活塞与堵头相连夹紧工件，则要求选择的汽缸的行程较大，则活塞杆的伸出的距离也越长，若在活塞杆上承载的轴向推力负载达到极限力后活塞杆的刚度不够就会出现压杆不稳定现象，发生弯曲变形，这样会导致堵头和工件接头处泄漏，无法进行气密性测试。因起，在设计是考虑在活塞杆和堵头之间连接一个直接较大的导杆来保证其在测试时不发生弯曲变形，从而保证测试的可靠性。导杆的材料选用45号钢，导杆的具体尺寸计算如下： 1） 油道导杆的设计计算 根据普遍形式的欧拉公式：，

20、 其中，取导杆长度L=450mm由于导杆的一端固定，一端自由，故选择长度系数于是，计算得设计中选取应该大于D，保留一定的余量，保证工作的可靠性，故我选取的导杆直径是30mm，两头加工螺纹分别与汽缸和堵头相连接。2）水道的连杆的选取由于水道的作用力相对油道的作用力较小而且杠杆的每段长度较短些，我直接根据水道的公式选取的杠杆的尺寸最小的直径为13mm大于10mm完全能满足要求（估算最多要求10mm就完全足够）详细尺寸见零件图 ，还有侧压板见零件图3.3堵头的设计设计中我的堵头设计形式如下：水道堵头的设计1）夹具上的 设计成下面形式的通孔橡胶头，孔用来通压力气测试水道的密封性能。2）压板上的堵头设计

21、 设计成如下图形式的该堵头前面采用圆弧形状这样可以抵消杠杆近似直线运动带来的误差（由于位移很小误差也就很）再加上橡胶本身的伸宿性又可以抵消一部分误差所以该方案理论可行但是如果实际不能达到要求可以用前面说的几种方法替代。油道堵头的设计 在原来的金属堵头上包裹一层橡胶用来保证密封性能，形状如下图所示： 其实将堵头做的再大一点才好，因为图示形式的橡胶堵头不容易从堵杆上卸下来，但是因为工件结构的原因，堵头不能做的太大。采用的橡胶材料为：聚胺酯。3.4水箱的设计 方案一因为水箱内有水，工作台离水箱底部必须要有一定距离，这之间不可能全部做成实心铁块，我考虑了两种方案：前一种是在工作台上位于两个气缸的压力中

22、心处放置两个空心圆柱，在圆柱上焊接工作台，在工作台的下面安置气囊。下面一种方法是将水箱做成台阶状的，在台阶上放置工作台，台阶下面放置气囊和水。 方案二 我将水箱做成台阶形式的，见零件图。是因为：第一种方法，一方面零件之间的连结定位比较困难，另一方面水的升降速度不如第二种快，效率不高。水箱的材料为不锈钢，水箱的详细尺寸见零件图。3.5气囊的设计本设计中的气囊只起冲气后将水台升起来的作用，所受水的压力可以不考虑，主要是气囊体积的确定，气囊冲气后的体积，即33升。所选气囊只要满足这个体积要求即可。气囊尽量选用标准件若没有就自制。3.6工作台及定位夹具设计工作台的长度和宽度定为和水箱台阶的长度和宽度相

23、等，分别是550mm，200mm，厚度为10mm的不锈钢板。由于该产品的特殊性需要设计专用的夹具用来夹紧和定位。设计出来的专用夹具如下图所视： 3.7上、下台架的设计 台架结构是整个测试台的安装机体，要承受整个测试台的所有重力，其好坏关系到整个测试台工作时的稳定性，因此在设计时，其最重要是要有足够的刚度和稳定性来保证工作时的稳定性。在材料方面，考虑采用刚度较高同时还要具备一定韧性的材料，另外还要考虑到经济性。在结构方面，即要考虑结构的简洁性和可安装性，还要保证设计的要求。从人机工程学的角度，要设计出适当高度的台架以方便操作者的操作和观察。根据以上要求，综合分析，考虑采用L404的角钢焊接。 1

24、、上台架上台架主要是支撑两个工作气缸还有自重，在设计时考虑到汽缸的安装方式、结构稳定性和操作的方便，其结构如下页的立体示意图： 上台架立体示意图 2、下台架下台架首先必须有一个放置水箱的结构，防止水箱不稳定，我又用了几根将它和周围框架连接起来。下台架承受的力比较大，它不仅承受着上台架及各零部件的重量，而且还承受着工作压力，我用了4根角钢将这些力传导到地面。水箱下面必须留有一定空间以安装电气和控制系统。下台架的立体示意图见下页。下台架立体示意图3.8其它零件其它的小零件有日光灯、水龙头、密垫圈、密封胶带等等。日光灯安置在上台架顶部，用来提供照明。水龙头装在水箱底部，当水箱里的水太脏时用来放掉脏水

25、。在测试时位于工件和定位夹具之间放在密封垫圈，否则工件和夹具之间不可能很好地密封，厚度为3mm。 美观起见，将上、下台架的外面用2mm厚的铁皮包起来。铁皮外面进行涂漆处理，材料为不锈钢。第4章 气压系统的设计 气压传动是靠密封容器内的压缩空气的压力能来进行能量转换，传递与控制的一种运动方式。它有易于实现快速启动、制动和频繁的换向，操作控制方便、省力，易于实现制动控制、超载保护，运动速度快，工作压力底等优点。特别是当气压传动系统与电气控制系统组合构成电气组合控制系统时，能方便的实现多种复杂的自动循环工作。 气压传动系统主要由四个部分组成： （1）动力组件（气源） 电动机输出的机械能通过气压泵转换

26、为气压能，气液压系统提供压力气体。 （2）执行组件（气缸） 把气体的压力转换为机械能输出，以驱动工作部件运动。 （3）控制调节组件（调速阀和电磁阀等） 用以控制气压系统中气体的压力，流量和流动方向，保证执行组件完成预期的运动。（4）辅助组件（输气管道，气动接头，过滤器，压力表等） 设置必要的条件以保证气压系统正常地工作。4.1气压传动系统的设计由于生产车间有现成的气源，故本设计忽略气源方面的设计，只从自动测试台的进气口开始。由于本工作压力和试验压力分别为使用8Kg/cm2和12Kg/cm2 压缩空气，故在设计的时候需要采用压力控制回路来实现。在本测试台中可在压力回路中设置两个减压阀来实现不同压

27、力的同时输出。气缸在下行时需要控制其运动速度，而上行时则是越快越好,可在速度控制回路的气缸旁设置一个单向节流阀来实现。另外，还需要设置换向回路来实现气缸上行和下行的切换，试验气体的充、放的切换。由于本测试台采用的两工位测试方法，且互不影响，在设计中主要实现对两气缸的分别控制，不需要实现同步实现因此采用两个三位五通阀来完成。气体的充、放的切换采用一个两位三通阀来实现控制。根据以上回路分析，在加上必要的辅助组件，确定气压系统简化原理图，如下面气压原理图 气压原理图系统自动工作循环路线为：放好工件-两个汽缸动作压紧-气囊和工件充气-延时，观察-放气-两汽缸回升-循环。各阀通断状态表：1YA2YA3Y

28、A4YA5YA6YA7YA夹紧+充气+测试+放气返回+结束 测 试动作说明:压紧时：1YA得电，油道气缸下压将产品压紧，然后3YA得电，水道气缸下压将压头压住水道。气囊充气：5YA得电气囊充气，将产品浸入水中。测试油道密封性时，6YA得电，7YA失电，油道加压，查看产品外表面有无气泡，以及水道出气口有无气泡。测试水道密封性时，7YA得电，6YA失电，水道加压，查看产品外表面有无气泡，以及油道道出气口有无气泡。5YA失电气囊放气，待产品出水后，4YA得电3YA失电，先松开水道压头，后2YA得电1YA失电，再松开油道压头。取出产品。 结 论本次设计是建立在原有测试装置上的，参考了人工操作的某些方面

29、，主要目的是实现测试的自动化，以提高测试的效率，降低工人的劳动强度。本次设计主要成果为：1）完成了自动测试台设计的全套图纸，其中：总装配图为0#绘制，部件及零件为计算机绘图；2）完成了自动测试台气动系统设计全套图纸；3）编写了自动测试台设计说明书一份。通过本次，所设计出的自动测试台基本上达到了预期的目的，该测试台大大地提高了测试的自动化程度，减轻了工人的劳动强度。但是，它还没有真正的实现全部自动化，还有一些工作需要人工的参与，还有待进一步改进。下一步的工作可以从以下两个方面入手：1）争取实现装卸被测试工件的自动化，以实现真正的自动化；2）提高测试台的柔性，争取使得测试台不仅能够测试这种28总成

30、产品组件的气密性，而且能够测试其它型号机油冷却器的气密性，使测试台的功能实现多样化。为期2个多月的毕业设计对我来说既是紧张又是充实的，我收获的不仅仅是这一份毕业设计报告还有一种设计的方法、设计的态度。即将结束之际，我自信地迎接明天的开始。参考文献1.周骥平主编.机械制造自动化技术.机械工业出版社.2001.82.左建民主编.液压与气压传动.机械工业出版社.2001.53.编写组.机械设计手册.机械工业出版社4.陆鑫盛等编.气动自动化系统的优化设计.上海科学技术文献出版社.2000.5 5.刘鸿文主编.材料力学(第三版).高等教育出版社.1992.96.许福玲等主编.液压与气压传动.机械工业出版社.2000.57大连理工大学工程画教研室编.机械制图.高等教育出版社.1993.58姜楠编.计算机辅助绘图上机指导.2001.991011谢 辞在本次设计过程中,得到了魏孝斌老师的极大帮助，他在设计过程中指出很多宝贵而富有成效的意见和建议，还有同组同学密切的合作与