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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
汽車是當(dāng)今人類使用最廣泛的交通工具。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化裝配程度在一定程度上限制了汽車的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。因此對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的研究，對(duì)提高生產(chǎn)線水準(zhǔn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在對(duì)進(jìn)氣口清洗裝置的設(shè)計(jì)中，有幾個(gè)關(guān)鍵的問題，首先是頂開閥桿的凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；其次是驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)及皮帶傳動(dòng)部分；再次就是缸蓋的固定問題，因?yàn)樵谶M(jìn)氣口和出氣口進(jìn)行高壓空氣清洗時(shí)，會(huì)給氣缸蓋向上的力，所以要做好固定工作。一旦進(jìn)氣口有一些雜質(zhì)或者灰塵粒，就會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)，或者漏氣的現(xiàn)象，這樣就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，所以對(duì)進(jìn)氣口的清洗裝置的設(shè)計(jì)就顯得尤其關(guān)鍵。清洗裝置的設(shè)計(jì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的密封性，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作也有很大影響，所以設(shè)計(jì)出一套完整、完善的清洗裝置是十分必要的。本文在對(duì)汽車、汽車構(gòu)造、發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、分類，、工作原理、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸缸蓋和生產(chǎn)線進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述的基礎(chǔ)上，論述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線自動(dòng)裝配進(jìn)氣門清洗裝置的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。完成了該裝置總體結(jié)構(gòu)及凸輪機(jī)構(gòu)、電機(jī)、帶傳動(dòng)、氣缸及清洗等主要部件的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線自動(dòng)化裝置提供了參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；缸蓋；生產(chǎn)線；進(jìn)氣口清洗；東安465Q發(fā)動(dòng)機(jī)
ABSTRACT
The automobile is the widest means of transportation nowadays . The automation of the automobile engine assembles the automatic level of production and the degree has limited the automobile to a certain extent. So assemblly the research of the production line to the automobile engine automatically , have very important realistic meanings in improving the production line level. Washing the air inlet in the design of the device, there are several key problems, it is a design of the cam organization which backs down the valve stem at first; Secondly it is motor urging the cam organization to rotate and belt running part; fix job is another important problem, because it gives vent to the air inlet and carry on high-pressure air when washing in air inlet, will overlay upward strength for the air cylinder , so we should do the fix job well .
Once the air inlet has some impurity or dust , it can not result in and sealing tightly, or the phenomenon of leaking gas, will influence the normal work of the engine like this, so it seems especially crucial to the design of the washing device of the air inlet . The design which washes the device is influenced the sealing that the engine jar covered directly, have very great influence on the work of the engine too, so it is very essential to design a set of intact , automobile , engine , operation principle,engine air cylinder jar overlay and production line carry on at the detailed foundation of exposition, overlay the production line to assemble into the design that the valve washed the device automatically after describing the engine jar of the automobile, Have finished the design of such main parts as this device of ensemble architecture and camorganization , electrical machinery , taking the transmission , air cylinder and washing ,etc. It has offered reference value for realizing the automatic device of production line of the automobile engine .
Keyword: Automobile engine ；Production line ；The jar covering ；The air inlet washing ；Dongan Engine 465Q
II
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1選題背景，目的及意義
自1886年誕生以來，經(jīng)歷115年進(jìn)入21社會(huì)。汽車的不斷發(fā)展，大大的改變了人類生活。汽車工業(yè)和汽車技術(shù)得以發(fā)展，離不開各國人民發(fā)揮各自的智慧和才能，是世界人民共同努力的結(jié)果。汽車是法、英、德、美等國的創(chuàng)造發(fā)明者經(jīng)過不斷試驗(yàn)而制成的綜合產(chǎn)物。從早期汽車發(fā)展到現(xiàn)代汽車，經(jīng)歷了200多年的時(shí)間。據(jù)專家估計(jì),世界汽車的銷售量在南朝鮮和東歐銷售量猛增的影響下預(yù)計(jì)在2011年將增50 ％。 據(jù)世界汽車時(shí)常戰(zhàn)略考察組調(diào)查, 到2011,世界汽車銷售量將從1990年德9萬輛增加到747萬輛.亞洲汽車銷量將達(dá)到120萬輛,幾乎比1990年上升200 ％。 歐洲的 汽車銷量也有大幅度的增加.發(fā)達(dá)國家為爭(zhēng)奪市場(chǎng)獲得高額利潤(rùn),加速了國際汽車工業(yè)的聯(lián)合改組,建立跨國公司,組織形式向著國際化,集約化方向發(fā)展,生產(chǎn)方式向著大批量和多品種相結(jié)合的方向發(fā)展.柔性生產(chǎn),精益生產(chǎn)方式,技術(shù)上大量的推廣應(yīng)有新技術(shù),新工藝,新材料的方向發(fā)展。發(fā)達(dá)國家的汽車品質(zhì)性能水平的不斷提高,產(chǎn)品開發(fā)周期有過去的四五年到三年,車型也不斷推陳出新。
汽車工業(yè)在發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，起著重要支柱的作用：①在產(chǎn)值和銷售收入中，汽車工業(yè)占較大比重。②汽車工業(yè)的發(fā)展必然會(huì)推動(dòng)許多相關(guān)工業(yè)部門的發(fā)展。汽車工業(yè)是綜合性的組裝工業(yè)，一輛汽車由千萬種零、部件組成,每一個(gè)汽車主機(jī)廠都有大量的相關(guān)配件廠,所以汽車工業(yè)和許多工業(yè)部門具有密切的聯(lián)系。③汽車工業(yè)是高度技術(shù)密集型的工業(yè)，集中著許多科學(xué)領(lǐng)域里的新材料、新設(shè)備、新工藝和新技術(shù) 。
2002年，中國汽車工業(yè)全年累計(jì)生產(chǎn)汽車325萬輛，比上年同期增長(zhǎng)38%；銷售汽車324.8萬輛，比上年同期增長(zhǎng)37%。其中轎車產(chǎn)銷均突破百萬輛，分別達(dá)109萬輛和112萬輛，比2001年分別增長(zhǎng)55%和56%。商用車的增長(zhǎng)也很可觀。汽車工業(yè)效益大幅度提高，完成工業(yè)增長(zhǎng)值1515億元同比增長(zhǎng)28.7%；完成銷售收入6465億元，同比增長(zhǎng)30.8%；完成利潤(rùn)總額431億元，同比增長(zhǎng)60.94%。汽車消費(fèi)成為拉動(dòng)2002年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要力量。
由于中國汽車工業(yè)企業(yè)與國際大汽車公司進(jìn)行了全面的合資，在主要汽車生產(chǎn)廠，主要生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的工藝裝備水平有了較大的提高。相當(dāng)多的合資企業(yè)生產(chǎn)線裝備是按照跨國公司生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)的。有些企業(yè)引進(jìn)了柔性焊接生產(chǎn)線。由于合資企業(yè)是按照跨國公司要求組織生產(chǎn)，進(jìn)入跨國公司的全球管理和質(zhì)量監(jiān)控體系，因此中國汽車企業(yè)在保證產(chǎn)品水平、質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備、工藝、管理制度等方面正在與國際接軌。
目前汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)通過燃料的燃燒，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱動(dòng)力機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)是熱效率最高的熱力機(jī)械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。對(duì)于量調(diào)節(jié)式的汽油機(jī)而言，在部分負(fù)荷時(shí)，會(huì)因節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失大，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，影響到經(jīng)濟(jì)性。取消節(jié)氣門就是提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的最根本措施。但由于目前的汽油機(jī)是用節(jié)氣門來調(diào)節(jié)混合氣量的，取消節(jié)氣門，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出無法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術(shù)就是基于這一思路。將汽油機(jī)的節(jié)氣門調(diào)節(jié)動(dòng)力輸出，改為用噴油量控制動(dòng)力輸出。這樣一來，采用汽油直接噴射的汽油機(jī)與目前的電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比，燃油消耗量可以減少15%左右。但汽油機(jī)采用直接噴射技術(shù)后，現(xiàn)有的三效催化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用，使發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放品質(zhì)下降，因此還需要重新探索新的途徑。目前的混合氣均質(zhì)壓燃理論為解決這一問題提供了很好的思路。該理論是在汽油機(jī)上取消節(jié)氣門，用噴油量調(diào)節(jié)動(dòng)力輸出，采用大量的高溫廢氣混合到適當(dāng)比例的燃料和空氣混合氣中，用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程用活塞壓縮使混合氣自己著火，從而解決汽油機(jī)無節(jié)氣門下的動(dòng)力輸出與同時(shí)采用三效催化轉(zhuǎn)化器的矛盾。同樣這一理論也可以應(yīng)用到柴油機(jī)上，使柴油機(jī)在均質(zhì)混合氣時(shí)壓燃著火，而不是現(xiàn)在的邊噴油、邊著火的擴(kuò)散燃燒模式，從而使柴油機(jī)的廢氣排放達(dá)到最低，特別是煙度排放和NOX排放。目前均質(zhì)混合氣壓燃著火的理論正在付諸實(shí)施之中。一旦這一新理論在實(shí)踐得到應(yīng)用，可以預(yù)見，今后的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更加高效、更加清潔，汽車的使用將更加安全且有利于環(huán)保。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)制造所采用的生產(chǎn)裝備來講，其投資費(fèi)用和壽命的計(jì)算并非是件簡(jiǎn)單的事情：首先，企業(yè)要考慮在前期投入大量的資金購置生產(chǎn)設(shè)備；其次，在后期的使用過程中還要考慮加工過程中的使用成本和維護(hù)費(fèi)用。為了適應(yīng)未來的生產(chǎn)需求，規(guī)劃發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線時(shí)還要考慮，所選擇的生產(chǎn)設(shè)備能否滿足未來生產(chǎn)需求的變化。如何合理進(jìn)行投資建設(shè)生產(chǎn)線，成為當(dāng)前每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠慎重研究的課題 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對(duì)中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。因?yàn)?，在大批量生產(chǎn)方式中，柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、批量大、設(shè)備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；反之，多品種、小批量生產(chǎn)，設(shè)備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調(diào)整工夾具，工藝穩(wěn)定難度增大，生產(chǎn)效率勢(shì)必受到影響。為了同時(shí)提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，是終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動(dòng)化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。
先進(jìn)的裝配工藝需要先進(jìn)的工藝裝備，工藝裝備設(shè)計(jì)制造水平，對(duì)保證高效率的生產(chǎn)和產(chǎn)品的高質(zhì)量至關(guān)重要，也是汽車裝配技術(shù)水平的標(biāo)志。改革開放以來，隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，我國從國外引進(jìn)了大量先進(jìn)的設(shè)備，使汽車工業(yè)裝備水平有了很大的提高；同時(shí)，許多設(shè)備制造企業(yè)也紛紛引進(jìn)技術(shù)，購買產(chǎn)品生產(chǎn)專利權(quán)及合資合作生產(chǎn)國內(nèi)急需的裝備，在機(jī)械加工、鑄造、沖壓、焊接、涂裝等設(shè)備方面均取得了一定的進(jìn)展。但從整體來說，國內(nèi)的裝備制造水平尚不能滿足汽車工業(yè)發(fā)展的需要，幾大轎車廠所用設(shè)備70％都是引進(jìn)設(shè)備。就裝配工藝裝備而言，與其它工種設(shè)備相比由于價(jià)格低、技術(shù)含量高(試驗(yàn)設(shè)備)，且大多為非標(biāo)設(shè)備，因此設(shè)備廠家不重視裝配設(shè)備的開發(fā)，所以裝配設(shè)備的發(fā)展落后于其它設(shè)備的發(fā)展。
整車裝配線和零部件裝配線向柔性裝配線方向發(fā)展，以滿足多品種生產(chǎn)和自動(dòng)化裝配要求；加注設(shè)備向真空式加注設(shè)備方向發(fā)展；試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備向微機(jī)控制、數(shù)字化、高精度、自動(dòng)化方向發(fā)展；專用裝配設(shè)備向高精度、適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化方向發(fā)展，一臺(tái)專機(jī)應(yīng)能適應(yīng)2～3種產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，以適應(yīng)多品種生產(chǎn)的要求：以靜扭扳手和定扭矩電動(dòng)扳手替代沖擊式氣動(dòng)扳手是裝配工具的發(fā)展趨勢(shì)：一些產(chǎn)量大、零件數(shù)量少的零部件裝配線趨于采用全自動(dòng)裝配線：將柔性裝配線和其上的各種裝配專機(jī)及檢測(cè)設(shè)備有機(jī)的結(jié)合一起，由同一廠家設(shè)計(jì)、制造、安裝，即交鑰匙工程，是以后裝配設(shè)備制造的發(fā)展趨勢(shì)，這樣便于保證設(shè)備的制造質(zhì)量，避免扯皮現(xiàn)象，有利手提高裝配工藝裝備的整體制造水平，因此，未來汽車裝配專用設(shè)備生產(chǎn)，應(yīng)向以專業(yè)化工廠的生產(chǎn)組織形式發(fā)展。
程中進(jìn)氣門有雜質(zhì)灰塵是發(fā)動(dòng)機(jī)形成積碳非常直接的原因。由于進(jìn)氣門附有灰塵雜質(zhì)，會(huì)使進(jìn)氣門密封不嚴(yán)，從而產(chǎn)生了過多的積碳.需要把氣門上和缸蓋里的附著的積碳處理干凈后再研下氣門口,然后重新裝配.否則積碳顆粒很容易掉在氣門與氣門口之間,造成某個(gè)缸不工作的情況。
積碳對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大很直接的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中的氣體流動(dòng)性能，可以影響到燃燒室中的湍流強(qiáng)度，火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俾室约叭紵掷m(xù)時(shí)間，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。當(dāng)進(jìn)氣道中存在積炭現(xiàn)象時(shí)，會(huì)對(duì)進(jìn)氣道中氣流的流動(dòng)特性產(chǎn)生影響，通過上面的分析可以得出結(jié)論，必然會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
其次，由于積炭是熱的不良導(dǎo)體，所以溫度較高，在進(jìn)氣、壓縮過不斷加熱混合氣，從而最終提高了終燃混合氣的溫度；積炭本身占有一定的體積，因而提高了壓縮比。其綜合效果為沉積物的存在使得爆震傾向增加。
最后，因?yàn)榉e炭占據(jù)了燃燒室中一定的體積，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率不變的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率將會(huì)降低。在汽車行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和汽車的行駛的阻力功率總是平衡的。汽車的運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率包括滾動(dòng)阻力功率、空氣阻力功率、坡度阻力功率以及加速阻力功率，而這些項(xiàng)直接對(duì)應(yīng)的就是汽車動(dòng)力性指標(biāo)，所以會(huì)導(dǎo)致汽車的動(dòng)力性能下降。
積炭的增多會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)異常耗油。對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估，通常是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線與汽車功率平衡圖來進(jìn)行計(jì)算。
圖1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線
萬有特性曲線是一組繪制有等功率和等燃油消耗率曲線，如圖1.1所示。根據(jù)曲線可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速n，發(fā)出一定功率P時(shí)的燃油消耗率b。計(jì)算時(shí)根據(jù)等速行駛車速Ua 以及阻力功率P，在萬有特性圖上利用插值法可確定相應(yīng)的燃油消耗率b,從而計(jì)算出以該速度行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量Qt為：
其中b為燃油消耗率，g為燃油的重度，假設(shè)燃油品質(zhì)一定的情況下，燃油重度g為一常量。從上面對(duì)于動(dòng)力性的分析中可以得到，當(dāng)存在積炭現(xiàn)象時(shí)將會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，亦即發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率將會(huì)降低，則當(dāng)汽車在以同樣的等速行駛速度行駛時(shí)，為了獲得相同的功率，必然需要更高的燃油消耗率。
積炭對(duì)汽車排放影響的直觀表現(xiàn)在汽車冒黑煙。
燃油在燃燒室中被完全燃燒時(shí)，將只會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水。但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)間極短，可燃混合氣不是完全均勻，燃料的氧化反應(yīng)不徹底，所以產(chǎn)生了不完全燃燒產(chǎn)物。一氧化碳是碳?xì)浠衔锶剂显谌紵^程中生成的中間產(chǎn)物。產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏闹饕緩接校涸谄變?nèi)燃燒過程中產(chǎn)生；從燃燒室通過活塞與汽缸之間的間隙漏入曲軸箱的竄氣；從發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)等處蒸發(fā)產(chǎn)生的汽油蒸汽。氮氧化合物的主要來源是空氣中的氮?dú)狻?
影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放性的因素很多，但是具體到積炭方面則主要是表現(xiàn)在過量空氣系數(shù)對(duì)排放性的影響。由于發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)積炭層之后將會(huì)吸收部分燃油，從而導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室中的燃油減少，混合氣體的濃度降低，影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)。此時(shí)，必須增加燃油的供給量以提高混合氣體的濃度，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)存在積炭現(xiàn)象的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，燃燒室中的混合氣濃度已經(jīng)超過了正常的濃度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致過量空氣系數(shù)變小。圖1.4為排氣污染物與過量空氣系數(shù)的關(guān)系圖。從圖1.2可以看出，在過量空氣系數(shù)從大變小的過程中，氮氧化合物的變化趨勢(shì)是逐漸減少，而一氧化碳和碳?xì)浠衔锏暮恐饾u增加。
圖1.2 排氣污染物與過量空氣系數(shù)的關(guān)系
另外，由于積炭占用了燃燒室中的部分體積，從而導(dǎo)致了壓縮比的提高，亦即燃燒室表面積和體積之比（面容比）增加，相對(duì)增加了激冷面積，增加了碳?xì)浠衔锏呐欧帕俊＿@種現(xiàn)象在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)、怠速和暖機(jī)時(shí)對(duì)于碳?xì)浠衔锏呐欧帕坑绊戄^大。同時(shí)壓縮比的升高，使得最高燃燒溫度增加，氮氧化物的排放量增加。
綜上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣門的清洗有著非常大的必要性。汽車廠家要確保發(fā)動(dòng)機(jī)出廠性能最優(yōu)必須重視這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1.2課題研究現(xiàn)狀
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線正由剛性裝配線向柔性裝配線方向發(fā)展，柔性裝配線的特點(diǎn)是裝配節(jié)拍可以在一定的范圍內(nèi)自由調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)多品種混流生產(chǎn)并適應(yīng)生產(chǎn)綱領(lǐng)的變化。又由于在裝配作業(yè)時(shí)裝配對(duì)象和裝配工人保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)保證裝配的高質(zhì)量及采用專門的裝配設(shè)備提供了方便的條件，便于實(shí)現(xiàn)裝配的自動(dòng)化。因此國內(nèi)引進(jìn)的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線均采用了柔性裝配線( 即非同步裝配線)。
目前國內(nèi)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配非同步裝配線主要型式有，縱置單滾杠式、摩擦式機(jī)動(dòng)輥道式、雙鏈滾輪式和鱗板式等。一般從美國和日本引進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)非同步裝配線為摩擦式機(jī)動(dòng)輥道式，如一汽二發(fā)和天內(nèi)；從德國引進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)非同步裝配線為縱置單滾杠式，如上海大眾和一汽大眾。
大總成(中型)非同步裝配線在中國的發(fā)展，是隨著引進(jìn)轎車技術(shù)和國外二手設(shè)備再利用而發(fā)展起來的。北京內(nèi)燃機(jī)廠和一汽第二發(fā)動(dòng)機(jī)廠在80年代末分別引進(jìn)的美國通用汽車公司2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線及美國克萊斯勒公司的488發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線， 該兩條生產(chǎn)線上總成和分總成裝配線采用的就是非同步裝配線。這一時(shí)間可以說柔性裝配線已經(jīng)在中國中小型機(jī)械的裝配生產(chǎn)中得以應(yīng)用，以后國內(nèi)新建的幾個(gè)大型發(fā)動(dòng)機(jī)廠，如上海大眾、一汽大眾、天津內(nèi)燃機(jī)廠等發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線均采用引進(jìn)的非同步裝配線。
1.3 研究?jī)?nèi)容及研究方法
1.3.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)任務(wù)是當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋與進(jìn)，排氣門自動(dòng)裝配完成后，對(duì)進(jìn)氣門進(jìn)行清洗，清除進(jìn)氣門密封表面的殘留物。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的工藝要求，本課題主要研究?jī)?nèi)容是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋清洗裝置的設(shè)計(jì)，并解決以下又幾個(gè)關(guān)鍵問題的設(shè)計(jì)：
①頂開進(jìn)氣門閥的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
②驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的裝置設(shè)計(jì)。
③進(jìn)氣口的清洗及密封圈設(shè)計(jì)。
④缸蓋的固定。
1.3.2 研究方法
①頂開進(jìn)氣門閥的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。可以選用凸輪機(jī)構(gòu)，通過凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)頂桿向下頂開進(jìn)氣門，進(jìn)而完成要求此工作要求。
②驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的裝置設(shè)計(jì)。可以采用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，由于電動(dòng)機(jī)一般轉(zhuǎn)速較高，所以可以選用減速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶再經(jīng)過傳輸，使得凸輪軸跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成工作。
③進(jìn)氣口的清洗及密封圈設(shè)計(jì)。在進(jìn)行清洗時(shí)，要保證清洗裝置和進(jìn)氣口之間的密封性，這樣才能使清洗時(shí)，高壓空氣完全用來清洗進(jìn)氣門的殘留物。
④缸蓋的固定。因?yàn)樵谶M(jìn)氣口兩邊的清洗裝置工作時(shí)，會(huì)給缸蓋向上的力，容易使缸蓋錯(cuò)位而不能進(jìn)行正常的清洗。
第2章 汽車概述及DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介
2.1汽車概述
2.1.1 汽車的構(gòu)造
汽車是指能自帶能源的機(jī)動(dòng)輪式無軌車輛，它是使用最廣泛的交通運(yùn)輸工具。按運(yùn)輸對(duì)象汽車可分為客運(yùn)汽車和貨運(yùn)汽車(簡(jiǎn)稱貨車)兩大類。
汽車是法、英、德、美等國的創(chuàng)造發(fā)明者經(jīng)過不斷試驗(yàn)而制成的綜合產(chǎn)物。從早期汽車發(fā)展到現(xiàn)代汽車，經(jīng)歷了200多年的時(shí)間。
汽車通常由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身、電氣設(shè)備四個(gè)部分主成。
發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是使供入其中的燃料燃燒而發(fā)出動(dòng)力。大多數(shù)汽車都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，它一般是由機(jī)體、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、供給系、冷卻系、潤(rùn)滑系、點(diǎn)火系（汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用）、起動(dòng)系等部分組成。
底盤的作用是接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并保證汽車按照駕駛員的操縱正常行駛。
車身的作用是為駕駛員提供工作的場(chǎng)所，也是裝載乘客和貨物的場(chǎng)所。車身應(yīng)為駕駛員提供方便的操作條件，以及為乘客提供舒適安全的環(huán)境或保證貨物完好無損。典型的貨車車身包括車前鈑制件、駕駛室、車廂等部件。
電氣設(shè)備由電源組、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系和點(diǎn)火系、汽車照明和信號(hào)裝置等組成。此外，在現(xiàn)代汽車上愈來愈多地裝用各種電子設(shè)備：微處理機(jī)、中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各種人工智能裝置等，顯著地提高了汽車的性能。
2.1.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造
根據(jù)組成發(fā)動(dòng)機(jī)各部分零部件的作用不同，發(fā)動(dòng)機(jī)主要有八大部分（柴油機(jī)污點(diǎn)火系）所組成，分別是：
1. 機(jī)體
2. 曲柄連桿機(jī)構(gòu)
3. 換氣系統(tǒng)
4. 燃油供給系統(tǒng)
5. 潤(rùn)滑系統(tǒng)
6. 冷卻系統(tǒng)
7. 點(diǎn)火系統(tǒng)
8. 啟動(dòng)系統(tǒng)
2.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類
內(nèi)燃機(jī)的類型很多，通常按不同的特征作如下分類：
1. 按所用燃料分：汽油機(jī)、柴油機(jī)、石油液化氣機(jī)、沼氣機(jī)等。
2. 按每循環(huán)行程數(shù)分：二行程發(fā)動(dòng)機(jī)、四行程發(fā)動(dòng)機(jī)。
3. 按氣缸數(shù)分：?jiǎn)胃装l(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
4. 按冷卻方式分：水冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。
5. 按著火方式分：點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
6. 按轉(zhuǎn)速分：高速發(fā)動(dòng)機(jī)、低速發(fā)動(dòng)機(jī)。
7. 按氣缸排列方式分：立式發(fā)動(dòng)機(jī)、臥式發(fā)動(dòng)機(jī)、V型發(fā)動(dòng)機(jī)、對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)等。
2.1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理
四行程汽油機(jī)的工作原理：
四行程汽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復(fù)的，如圖2.1。
(a) 進(jìn)氣 (b) 壓縮 (c) 作功 (d) 排氣
圖2.1 汽油機(jī)工作原理圖
2.1.5 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋
氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。
缸蓋上裝有進(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。
氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，
所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。
氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響很大，由于汽油機(jī)和柴油機(jī)的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機(jī)的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機(jī)的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。
汽油機(jī)燃燒室常見的三種形式，見圖2.2。
半球形 楔形 盆形
圖2.2 燃燒室形式
(1)半球形燃燒室
半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結(jié)構(gòu)上也允許氣門雙行排列，進(jìn)氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機(jī)構(gòu)變得較復(fù)雜，但有利于排氣凈化。
(2)楔形燃燒室
楔形燃燒室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運(yùn)動(dòng)，有利于提高混合氣的混合質(zhì)量，進(jìn)氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長(zhǎng)些，切諾基轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種形式的燃燒室。
(3)盆形燃燒室
盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好，制造成本低，但因氣門直徑易受限制，進(jìn)、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達(dá)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、奧迪轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用盆形燃燒室。
2.2 生產(chǎn)線
2.2.1 生產(chǎn)線的概況
如何實(shí)現(xiàn)汽車大批量生產(chǎn)的總裝配及裝配線的型式、勞動(dòng)定額水平、關(guān)鍵工序的自動(dòng)化、物流與倉儲(chǔ)、產(chǎn)品的質(zhì)量保證體系、生產(chǎn)的組織與管理等，是當(dāng)前汽車與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)所共同面臨也是必需研究的主要課題之一。
近幾十年來，國外汽車工業(yè)在應(yīng)用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)方面發(fā)展很快，在汽車產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、模擬分析、零部件的加工貯運(yùn)、裝配試驗(yàn)、生產(chǎn)的組織管理和銷售服務(wù)等方面都得到了慣犯應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一系列的自動(dòng)化。隨著市場(chǎng)對(duì)汽車品種需要的多樣化。歐、美、日各大集團(tuán)公司都已實(shí)現(xiàn)了多品種混線生產(chǎn)，節(jié)約了物流資金、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了用戶多種要求之目的。
從轎車工業(yè)發(fā)展的情況來看，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化裝配程度，在一定程度上限制了汽車的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。因此，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線水準(zhǔn)，是目前我們勢(shì)必解決的重要難題，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.2.2 生產(chǎn)線的形式
無論國內(nèi)還是國外，總裝配線都需要有高架輸送和地面輸送兩種最基本的型式。其中，高架線一般包括積放式懸掛輸送機(jī)系統(tǒng)、普通懸掛輸送機(jī)和高架軌道小車。地面線一般包括滑撬式輸送系統(tǒng)、地面單鏈牽引軌道小車、地面板鏈帶隨行支架、地面板式輸送帶等類型。
1、積放式懸掛輸送機(jī)系統(tǒng)
具有自動(dòng)實(shí)現(xiàn)起重、運(yùn)輸、儲(chǔ)運(yùn)、裝配和實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理等功能，是一種機(jī)械化程度較高的綜合性空間儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。適于大批量生產(chǎn)，國內(nèi)外普遍采用；但造價(jià)高。
2、普通懸掛輸送機(jī)
國內(nèi)使用歷史長(zhǎng)，價(jià)格相對(duì)較低。主要缺點(diǎn)是不便于多品種空間春運(yùn)，工件上下需要配置升降設(shè)備。
3、高架軌道小車或者高架平臺(tái)
造價(jià)低，工人可上下同時(shí)作業(yè)；但一般無牽引裝置，靠人力推動(dòng)自由流水。
僅適用中小批量生產(chǎn)。
4、滑撬式輸送系統(tǒng)
具有自動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝配和實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理等功能，是一種新型的機(jī)械化程度較高的綜合性地面儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)是工藝性強(qiáng)、靈活性大、柔性好、易于與其它輸送裝置連接，適于多品種大批量生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是占地面積大、價(jià)格昂貴。
5、地面單鏈牽引軌道小車
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無基礎(chǔ)，建設(shè)速度快，造價(jià)低。可用于多品種生產(chǎn)。
6、地面板鏈帶隨行支架
工藝與操作性好，但由于支架位置固定，柔性較差，有一定的局限性。故只適用于大一品種的大量生產(chǎn)，造價(jià)相對(duì)較高。
7、地面板式輸送帶
包括單板和雙板兩種，是國內(nèi)外普遍采用的一種型式。適于裝配線后段。
2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車領(lǐng)域技術(shù)最密集的關(guān)鍵部件，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性、工藝的繁瑣性，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線就顯得尤為重要。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線是一個(gè)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)順序裝配的流水線工藝過程，每個(gè)工位之間是流水線生產(chǎn)，因此,每個(gè)環(huán)節(jié)的控制都必須具備高可靠性和一定的靈敏度，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。合理地規(guī)劃發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線可以更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率、高柔性和高質(zhì)量。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線主要包括總裝線、分裝線、工位器具及線上工具等。在總裝線和分裝線上，目前國內(nèi)普遍采用柔性輸送線輸送工件，并在線上配置自動(dòng)化裝配設(shè)備以提高效率。柔性輸送線主要有：摩擦輥道和啟停式動(dòng)力輥道兩種。裝配線上的自動(dòng)化設(shè)備主要有自動(dòng)打號(hào)機(jī)、擰緊機(jī)、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)以及其它專用裝配設(shè)備等，可大大提高裝配線的裝配能力。
目前，裝配線普遍采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，通過現(xiàn)場(chǎng)分布I/O統(tǒng)一控制裝配線的運(yùn)行及完成各工位間的通訊。組建現(xiàn)場(chǎng)信息監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)等方式，完成裝配線上的信息采集、排產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。
發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在其生產(chǎn)過程中是不可缺少的重要步驟，而合理地規(guī)劃發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線可以更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度、高效率、高柔性和高質(zhì)量。在現(xiàn)代化的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)裝配線中，成熟的裝配工藝、設(shè)備選擇、質(zhì)量控制及物流方式均值得人們?nèi)ソ梃b。
在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中，裝配線是發(fā)動(dòng)機(jī)最終狀態(tài)、最終結(jié)構(gòu)、最終精度的展示，對(duì)確保發(fā)動(dòng)機(jī)的精度、質(zhì)量至關(guān)重要。一條發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)高精度；要保證裝配節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)高效率；要多機(jī)型同時(shí)裝配，實(shí)現(xiàn)高柔性；要有效地控制裝配精度，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)方面必須從生產(chǎn)線的規(guī)劃開始著手。
2.3 東安465Q發(fā)動(dòng)機(jī)
2.3.1 東安動(dòng)力集團(tuán)有限公司
哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司(簡(jiǎn)稱東安動(dòng)力)于1998年在上交所上市，公司始終貫徹“質(zhì)量第一，用 戶至上”的方針，重視技術(shù)進(jìn)步，不斷更新和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，公司研制生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)不斷更新，市場(chǎng)占有率不斷提高，已累計(jì)產(chǎn)銷超過了300萬臺(tái)，現(xiàn)已成為國內(nèi)著名的微型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器研制生產(chǎn)基地之一。
2009年11月10日，東安動(dòng)力由中國航空工業(yè)集團(tuán)公司整體劃歸中國兵器裝備集團(tuán)公司，成為中國長(zhǎng)安汽車集團(tuán)的全資子公司。
公司經(jīng)過多年的發(fā)展逐漸形成了適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品體系，主要分發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、零部件及鑄造產(chǎn)品等四部分，現(xiàn)已具備年產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)40萬臺(tái)、變速箱50萬臺(tái)的能力。其生產(chǎn)的DA465Q、DA465Q-1A、DA468、DA471等各系列發(fā)動(dòng)機(jī)排量分布在1.0-1.3升的黃金區(qū)間，前、后驅(qū)各系列電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的排放達(dá)到了國Ⅲ、國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，是國產(chǎn)微車、微（經(jīng)）轎車首選機(jī)型，產(chǎn)銷量及出口量處于國內(nèi)領(lǐng)先地位；其生產(chǎn)的DABS10-4系列、DABSA10F、DABS14R、DABS10-2/D系列、DABS09-3/D系列變速器，可以與排量為0.8L-1.3L的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配，為上述發(fā)動(dòng)機(jī)及東安三菱的4G1、4G9等發(fā)動(dòng)機(jī)配套的變速器齒輪和差速器齒輪，年產(chǎn)能達(dá)48萬臺(tái)套。其下屬鑄造廠，從事鑄造行業(yè)已有近60年歷史，年產(chǎn)鋁合金鑄件6000噸，灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件30000噸，多年來一直為東安動(dòng)力、東安三菱、沈陽三菱、沈陽新光、北京現(xiàn)代等提供優(yōu)質(zhì)鑄件。 公司擁有具有國際先進(jìn)水平的缸體生產(chǎn)線4條、缸蓋生產(chǎn)線3條、系列齒輪生產(chǎn)線10條及變速器殼體生產(chǎn)線、熱處理生產(chǎn)線、試車生產(chǎn)線和鍛鑄造生產(chǎn)線，并利用自身能力建設(shè)了國內(nèi)較高水平的曲軸粗、精加工生產(chǎn)線，凸輪軸生產(chǎn)線，差速器殼體生產(chǎn)線，并擁有前后驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器總成裝配生產(chǎn)線各2條。
近年來，公司先后榮獲了“優(yōu)秀產(chǎn)品榮譽(yù)稱號(hào)”、“中國最佳企業(yè)形象”、“中國名牌產(chǎn)品”、“全國用戶產(chǎn)品質(zhì)量滿意、售后服務(wù)滿意示范單位”、“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”、“優(yōu)秀供應(yīng)商”、“中國企業(yè)信息化500強(qiáng)”、“2004年度中國汽車零部件百強(qiáng)企業(yè)”等榮譽(yù)稱號(hào)。
公司不斷學(xué)習(xí)新的行業(yè)理念，不斷加強(qiáng)自身建設(shè)，先后通過了ISO/TS16949國際質(zhì)量體系認(rèn)證，環(huán)境管理體系認(rèn)證和職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證。公司部分產(chǎn)品如圖2.3為例。
圖2.3 東安集團(tuán)部分產(chǎn)品
2.3.2 DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)
此系列發(fā)動(dòng)機(jī)為直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，多用于小排量汽車，如哈飛民意·哈飛路寶·昌河北斗星·愛迪爾等品牌微型轎車動(dòng)力匹配。如圖2.4(a)、(b) DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)為例。
圖2.4 DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)（a）
圖2.4 DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)(b)
2.4 本章小結(jié)
本章詳細(xì)介紹了汽車及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)概況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各性能加以介紹以及對(duì)東安動(dòng)力集團(tuán)、DA465Q發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)進(jìn)行闡述。
第3章 清洗裝置總體及主要部件設(shè)計(jì)
3.1 清洗目的及清洗方式的確定
生產(chǎn)線的清洗工序的目的是將殘留在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口通道及氣閥密封表面上的雜質(zhì)、灰塵等清洗掉，確保氣閥密封可靠，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。
國內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的清洗工序大部分還是比較傳統(tǒng)的人工清洗，因?yàn)閲鴥?nèi)的勞動(dòng)力相對(duì)過剩。但隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化的生產(chǎn)線必將取代人工操作。本課題設(shè)計(jì)是由氣缸推動(dòng)清洗裝置來完成自動(dòng)清洗。
清洗方式采用高壓空氣吹入法。這種方法就是對(duì)進(jìn)氣口通入高壓空氣，隨著高壓氣流的流動(dòng)，將雜質(zhì)或塵土等吹掉。用高壓空氣清洗是比較傳統(tǒng)也比較典型的清洗方式。本方法既可以保證清洗質(zhì)量，而且也比較節(jié)省能源。
3.2 缸蓋進(jìn)氣門清洗裝置設(shè)計(jì)
根據(jù)以上的構(gòu)思和任務(wù)書的要求，完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣門清洗裝置的設(shè)計(jì)。該裝置大體上由以下幾個(gè)部分組成:氣缸、電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、凸輪機(jī)構(gòu)、清洗裝置、托盤、支架 、提升裝置等。
該裝置的工作過程如下：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過減速器帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸隨著皮帶輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使頂桿作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而缸蓋的氣門閥桿也跟著上下運(yùn)動(dòng)，使進(jìn)氣門往復(fù)開閉，這時(shí)，兩端的清洗裝置通過氣缸的作用，到達(dá)工作位置對(duì)進(jìn)氣門通入高壓空氣，進(jìn)行清洗。如圖3.1。
3.3 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)清洗工序時(shí),由于發(fā)動(dòng)機(jī)上的凸輪軸并為安裝,所以在進(jìn)行這部分工作時(shí),需要設(shè)計(jì)出一套完整、完善的凸輪機(jī)構(gòu),以使進(jìn)氣口閥打開,當(dāng)各閥打開后。再通入高壓空氣使得通道中的一些雜質(zhì)(灰塵,碎屑等)被吹掉,從而達(dá)到清洗的目的。
1.凸輪機(jī)構(gòu)的類型按形狀分為：
(1)、盤式凸輪 它是凸輪的基本形式。這種凸輪是一個(gè)繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并具有變化半徑的盤形零件。
(2)、移動(dòng)凸輪 當(dāng)盤型凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對(duì)機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪。
(3)、將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪。
盤式凸輪和移動(dòng)凸輪與從動(dòng)件之間的的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)，而圓柱凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，所以前二者屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)，后者屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。
1 氣缸 2 電動(dòng)機(jī) 3 皮帶輪 4 凸輪機(jī)構(gòu) 5 工件 6 清洗裝置
7 托盤 8 提升裝置 9 支架
圖3.1 進(jìn)氣門清洗裝置
2.凸輪按從動(dòng)件的端部形狀分：
(1) 尖頂從動(dòng)件 尖頂能與任何的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖頂與凸輪輪廓是點(diǎn)接觸，磨損快，故只宣用傳力不大的的低速凸輪機(jī)構(gòu)。
(2) 滾子從動(dòng)件 滾子與凸輪輪廓之間為滾動(dòng)摩擦，故耐磨損，與頂尖從動(dòng)件相比可以承受較大的載荷，應(yīng)用最普遍。
(3) 平底從動(dòng)件 這種從動(dòng)件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面。顯然它不能與凹形的凸輪輪廓相接觸。它的優(yōu)點(diǎn)是凸輪對(duì)從動(dòng)件的始終垂直于平底的平面，故傳動(dòng)效率高，而且從動(dòng)件的底面與凸輪之間易于形成楔形油膜，利于潤(rùn)滑，故常用于高速傳動(dòng)。
3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分
(1) 直動(dòng)從動(dòng)件 從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
(2) 對(duì)心從動(dòng)件 從動(dòng)件的導(dǎo)線延長(zhǎng)線通過軸心。
(3) 偏置從動(dòng)件 從動(dòng)件的導(dǎo)路延長(zhǎng)線不通過軸心，有偏距。
(4) 擺動(dòng)從動(dòng)件 從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架作往復(fù)擺動(dòng)。
按照設(shè)計(jì)思路要求，凸輪機(jī)構(gòu)的選擇上按形狀要求應(yīng)選為盤形凸輪機(jī)構(gòu)，按從動(dòng)件的端部形狀應(yīng)為平底從動(dòng)件，按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)為直動(dòng)從動(dòng)件。
4.進(jìn)行盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有兩種方案可選擇：
(1) 方案1 凸輪的凸起部分在同一個(gè)位置。
（2）方案2 凸輪的凸起部分在不同位置。
方案圖見圖 3.2。
圖3.2 凸輪軸
對(duì)比兩個(gè)方案來說，我感覺還是應(yīng)該選用方案1，因?yàn)槲疫@部分時(shí)要清洗進(jìn)氣口，凸輪的凸起在同一位置時(shí)，四個(gè)閥口同時(shí)打開，四個(gè)進(jìn)氣口可以同時(shí)進(jìn)行清洗，這樣在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)工作效率會(huì)比較高，加工制造也比較方便，簡(jiǎn)單。
3.3.1 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)
凸輪機(jī)構(gòu)是使從動(dòng)件作預(yù)期規(guī)律運(yùn)動(dòng)的高副機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中的凸輪機(jī)構(gòu)尺寸如圖3.2。
圖3.3 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸
3.3.2 凸輪的最大壓力角
因本設(shè)計(jì)選用平底從動(dòng)件，故要計(jì)算凸輪與從動(dòng)件的壓力角。壓力角就是在從動(dòng)件與凸輪的接觸點(diǎn)上，從動(dòng)件所受正壓力與其速度之間所夾的銳角。
最大壓力角位置如下圖所示,是由AUTO CAD生成的.
最大壓力角α=30°，見圖3.4。
圖3.4 壓力角
3.3.3 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖
凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖如圖3.4所示：
圖3.5 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖
3.3.4 凸輪的材料及熱處理
凸輪材料及熱處理要求見表3.1。
表3.1 凸輪材料及熱處理要求
凸 輪
從動(dòng)件接觸端
低 速
輕 載
材 料
熱處理，極限應(yīng)力
材 料
熱處理
45
調(diào)質(zhì)220—260HBC
45
表面淬火
40—45HRC
3.3.5 凸輪的強(qiáng)度校核及許用應(yīng)力
凸輪的強(qiáng)度校核及許用應(yīng)力的計(jì)算：
(3.1)
(3.2)
由公式(3.1)、(3.2)得
式中：——綜合彈性指數(shù)；
——彈性模量；
——彈性模量；
F ——凸輪與從動(dòng)件在接觸處的法向力（N）；
b ——凸輪與從動(dòng)件的接觸寬度；
——凸輪輪廓在接觸處的曲率半徑（mm）；
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得：
(3.3)
由公式(3.3)得：
N=14400
帶入各個(gè)參數(shù)后，由(3.1)、(3.2)、(3.3)得：
因此，符合要求。
3.4 電動(dòng)機(jī)選擇
3.4.1 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算
(3.4)
(3.5)
式中：T——扭矩
F——載荷力
——凸輪半徑
——閥桿個(gè)數(shù)
——電動(dòng)機(jī)功率
——轉(zhuǎn)速
由公式(3.4)得：
由公式(3.5)得：
3.4.2 電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇
由于功率和轉(zhuǎn)速都不是很高，而一般的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速都比較大，而單獨(dú)設(shè)計(jì)減速器，又會(huì)使結(jié)構(gòu)上過于繁瑣，而且還需要大量的設(shè)計(jì)和計(jì)算。所以選用減速電動(dòng)機(jī)即可以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可以省下多余的設(shè)計(jì)精力，經(jīng)濟(jì)性上也比較合適。
圖3.6 YCPJ系列三相異步電動(dòng)機(jī)
根據(jù)實(shí)際的需要，選擇YCJP系列齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如下：
額定功率 0.55KW 機(jī)座號(hào) YCPJ130
輸出轉(zhuǎn)速 100r/min 配用電機(jī) Y801-4
輸出轉(zhuǎn)矩 48.32Nm
選用的YCPJ系列齒輪減速三相異步電動(dòng)機(jī)如圖3.6
3.5 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
帶傳動(dòng)要完成電動(dòng)機(jī)和凸輪機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)，所以要進(jìn)行帶型的選擇及參數(shù)計(jì)算。
3.5.1 帶傳動(dòng)的選擇
根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的要求，由<<機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)>>選擇單面梯形齒同步帶,L——輕型,節(jié)距,公稱長(zhǎng)度,齒數(shù)，參數(shù)如下：
40 S/mm 4.65
/mm 1.91 /mm 3.60
/mm 0.51 /mm 0.51
a/mm 0.381
帶的參數(shù)示意圖見圖3.6。
2β
圖3.7 帶參數(shù)示意圖
3.5.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）設(shè)計(jì)功率:
(3.6)
由公式(3.6)得：
2）根據(jù)(帶輪轉(zhuǎn)速100r/min),由手冊(cè)<<機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)>>中表8-1-13可以選出帶的類型為L(zhǎng)型(輕型)。
3）帶輪節(jié)圓直徑:
(3.7)
由公式(3.7)得：
4）校核帶速:
(3.8)
由公式(3.8)得：
所以符合要求。
5）軸間距:
(3.9)
由公式(3.9)得：
根據(jù)要求尺寸如下：
,,.
6）基本額定功率:
(3.10)
根據(jù)<<機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)>>中表8-1-76查得:
基準(zhǔn)寬度 ；
許用工作壓力 ；
單位長(zhǎng)度 ；
帶入公式(3.10)得:
7）帶寬:
(3.11)
由公式(3.11)取：
=
8）作用在軸上的力:
(3.12)
由公式(3.12)得：
3.6 氣缸選擇
本清洗裝置設(shè)計(jì)中的氣缸主要是指頂部氣缸及進(jìn)氣口端氣缸，其作用是完成要求的運(yùn)動(dòng)行程。這里的氣缸選用標(biāo)準(zhǔn)氣缸。
3.6.1 頂部氣缸的選擇
依據(jù)計(jì)算：氣門清洗機(jī)構(gòu)連同電動(dòng)機(jī)自重約為800N，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取QGB63150后法蘭型雙作用氣缸，氣缸的基本尺寸如下：
D
D =20mm
P =0.5Mpa
式中：D——缸徑
D ——活塞桿直徑
P ——?dú)飧坠ぷ鲏毫?
3.6.2 進(jìn)氣口端的氣缸的選擇
F=/4 (3.13)
依據(jù)公式(3.13)得：
F>F=/4=847.8N
式中：F——輸出推力
F——壓緊力
P ——進(jìn)氣口壓力
D ——進(jìn)口直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取氣缸類型為：QGB50300---前法蘭型 雙作用氣缸
缸徑的基本尺寸如下：
缸徑：D=50mm
活塞桿直徑：D=20mm
工作壓力：P=0.5Mpa
QGB系列氣缸如圖3.8
圖3.8 QGB系列氣缸
3.7缸蓋的固定
在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行清洗時(shí)，由于兩邊的進(jìn)出氣口清洗裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的角度，所以會(huì)給缸蓋向上的力，而容易使缸蓋產(chǎn)生錯(cuò)位，通過力的分析，所以要對(duì)缸蓋進(jìn)行固定。
構(gòu)思方案如下：
方案1，采用兩端夾緊進(jìn)行固定
方案2，采用頂端方板固定，方板上端和氣缸連接
方案對(duì)比：方案1，兩端夾緊，而缸蓋受力向上，這樣就需要比較大的夾緊力，容易使缸蓋夾出劃痕（大部分缸蓋是由鋁做成的），而且兩端還需要多設(shè)計(jì)和支架連在一起的結(jié)構(gòu)；而方案2是方板在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上端固定，可以直接抵消向上的力，而且在前面的設(shè)計(jì)中，上端有氣缸及其它機(jī)構(gòu)，這樣就可以直接把方板設(shè)計(jì)到和上端的機(jī)構(gòu)上，會(huì)使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
經(jīng)過對(duì)比與研究，本設(shè)計(jì)選用方案2。
3.8 進(jìn)氣口清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.8.1 工件進(jìn)氣口清洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖3.9所示為發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣口端的示意圖，根據(jù)進(jìn)氣口的形狀，進(jìn)行進(jìn)氣口裝置的設(shè)計(jì)。
圖3.9 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣口端示意圖
清洗裝置見圖3.10。
圖3.10 清洗裝置
3.8.2 清洗裝置上的進(jìn)氣口密封圈設(shè)計(jì)
要進(jìn)行密封件的設(shè)計(jì)，首先就要明確密封件設(shè)計(jì)的基本要求，即要做到，密封性能可靠 ，耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，制造維修方便，便于裝卸，互換性好，成本低廉，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
在該機(jī)構(gòu)中，密封部位的結(jié)合面相對(duì)靜止 ，屬于靜密封，考慮到氣密性檢測(cè)裝置對(duì)氣密性要求很高，故選擇接觸式密封。又因墊片在常溫下工作，工作壓力較高，又要有一定的耐久性，根據(jù)工作要求，故采取墊圈密封，材料選合成纖維橡膠。
圖中打剖面線的地方就是密封圈。進(jìn)氣口清洗機(jī)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的接合處的形狀應(yīng)該與進(jìn)氣口端的形狀相符合。設(shè)計(jì)進(jìn)氣口清洗機(jī)構(gòu)的端口的尺寸應(yīng)按照?qǐng)D3.9中的孔的形狀來設(shè)計(jì)。密封圈設(shè)計(jì)見圖3.11。
圖3.11 密封圈示意圖
3.9 本章小結(jié)
本章根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)選用凸輪、進(jìn)氣口清洗裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，選用了裝置需要的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣缸傳遞，對(duì)缸蓋的固定及進(jìn)氣口的密封進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并根據(jù)公式對(duì)凸輪的強(qiáng)度校核及算出許用應(yīng)力、電動(dòng)機(jī)功率，以及帶傳動(dòng)計(jì)算。
第4章 進(jìn)排氣門清洗裝置總體裝配圖
4.1 裝配工藝規(guī)程及原則
裝配工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或部件裝配工藝規(guī)程和操作方法等的工藝文件,是制訂裝配計(jì)劃和技術(shù)準(zhǔn)備,指導(dǎo)裝配工作和處理裝配工作問題的重要依據(jù)。它對(duì)保證裝配質(zhì)量,提高裝配生產(chǎn)效率,降低成本和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等都有積極的作用。
制定裝配工藝規(guī)程的原則：
1．保證產(chǎn)品質(zhì)量；延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命
2．合理安排裝配順序和工序，盡量減少手工勞動(dòng)量，滿足裝配周期的要求；提高裝配效率。
3．盡量減少裝配占地面積，提高單位面積的生產(chǎn)率。
4．盡量降低裝配成本。裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗(yàn)使之成為合格產(chǎn)品的過程
4.2 進(jìn)排氣門清洗裝置總體裝配圖
由于進(jìn)、出氣門清洗的工藝原理和流程幾乎相同，區(qū)別只是進(jìn)、出氣口的形狀不同。所以把進(jìn)氣門清洗工序和出氣門清洗工序放在一起，這樣既節(jié)省空間，又具有很好的經(jīng)濟(jì)性。簡(jiǎn)圖如下圖4.1，總體裝配圖見CAD圖紙。
4.3 主要部件圖裝配圖
4.3.1 頂開進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)裝配圖
依照設(shè)計(jì)思路，通過凸輪機(jī)構(gòu)頂開進(jìn)氣門。總體裝配與工件及生產(chǎn)線相照應(yīng)，達(dá)到工作要求，頂開進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4.2，總體裝配圖見CAD圖紙。
4.3.2 驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)裝配圖
根據(jù)設(shè)計(jì)思路選擇YCPJ三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶傳動(dòng)傳動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)布置須合理，工作時(shí)與工件接觸良好合理，缸蓋的固定同時(shí)安裝在這一機(jī)構(gòu)上，簡(jiǎn)圖見圖4.3，總裝配圖見CAD圖紙。
4.3 本章小結(jié)
本章通過對(duì)裝配工藝規(guī)程的定義及原則介紹基礎(chǔ)上，對(duì)本課題設(shè)計(jì)總體裝配圖進(jìn)行裝配。完善設(shè)計(jì)的同時(shí)又做到節(jié)省空間及經(jīng)濟(jì)性，即對(duì)同時(shí)清洗排氣門。又將關(guān)鍵部件裝配圖簡(jiǎn)單描述，并用簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)單描述。
圖4.1進(jìn)氣門清洗裝置總裝圖
圖4.2 頂開進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)
圖4.3 驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)裝置
結(jié) 論
本文較詳細(xì)的闡述了汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀以及發(fā)展，著重闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線中的缸蓋清洗裝置的設(shè)計(jì)過程。國內(nèi)的大部分汽車生產(chǎn)線,進(jìn)出氣口的清洗工序多數(shù)由人工來完成,而國外大部分采用自動(dòng)裝置。原因其實(shí)不光是發(fā)展程度存在差異的問題，還和國內(nèi)，國外的實(shí)際情況有關(guān)，因?yàn)橹袊丝诒姸啵瑒趧?dòng)力相對(duì)過剩，人工費(fèi)也不是很高,所以從經(jīng)濟(jì)性來說,用人工比較經(jīng)濟(jì)；而國外正好相反,勞動(dòng)力比較昂貴,所以大部分的工作都要設(shè)計(jì)成自動(dòng)化的裝置。但隨著中國加入WTO后,中國和國外的交流越來越多，很多技術(shù)和國外的差距正在逐步減小,相信發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線也會(huì)越來越向全自動(dòng)化的發(fā)向發(fā)展。本文的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口清洗裝置就是自動(dòng)化水平較高的裝置,將來的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢(shì)也必將朝著自動(dòng)化的方向發(fā)展。本文完成了發(fā)動(dòng)機(jī)生