裝配圖滾針軸承自動裝針機設(shè)計,裝配,圖滾針,軸承,自動,裝針機,設(shè)計
中文摘要
生產(chǎn)過程自動化是當前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要趨向之一。近年來，我國機械制造業(yè)中的自動化生產(chǎn)技術(shù)有較快的發(fā)展，在汽車、拖拉機、軸承、電機等工廠里設(shè)計和制造了許多自動化機床和自動線，提高了勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)技術(shù)水平，還改善了勞動條件。
軸承是一種通用性機械零部件，用來支撐軸，保持軸的準確位置，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程中，大多采用手工，既費時又費力，極大限制了勞動生產(chǎn)率的提高。要實現(xiàn)滾針軸承裝配自動化已經(jīng)迫在眉睫。
本次設(shè)計的全自動滾針軸承裝針機是專為汽車萬向節(jié)中的滾針軸承裝配設(shè)計的，其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于操作，維護方便，并且裝針數(shù)目準確可靠，是一種比較理想的裝配機。本裝配機可以絕大部分取代人力勞動，大大提高生產(chǎn)效率，發(fā)展前景樂觀。
關(guān)鍵詞 滾針軸承 裝配自動化 全自動滾針軸承裝針機
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)計意義及目的……………………………………………………….1
1.2 設(shè)計題目及要求……………………………………………………….1
1.3 課題內(nèi)容及工作量…………………………………………………….1
2 總體方案設(shè)計……………………………………………………………3
2.1 課題的提出…………………………………………………………….3
2.2 總體方案……………………………………………………………….3
3 典型機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………..5
3.1 滾針的自動上料機構(gòu)………………………………………………….5
3.2 軸承外圈的上料機構(gòu)………………………………………………...13
3.3 裝配和卸料裝置……………………………………………………...18
3.4 凸輪機構(gòu)……………………………………………………………...20
3.5 傳動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………...27
4 機器的使用和維護……………………………………………………..35
4.1 機器的調(diào)整…………………………………………………………....35
4.2 機器的使用…………………………………………………………...35
4.3 機器的維護…………………………………………………………...36
5“U”形塊的加工工藝過程……………………………………………..37
結(jié)論………………………………………………………………………..42
致謝………………………………………………………………………..43
參考文獻…………………………………………………………………..44
附錄 電算程序……………………………………………………………45
圖 軸承外圈上料機構(gòu)仿真圖................................49
1 引言
1.1 設(shè)計意義及目的
1.1.1 設(shè)計意義
此次畢業(yè)設(shè)計是在我們學(xué)完全部基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之后，并在生產(chǎn)實習(xí)和以前進行的各種課程設(shè)計基礎(chǔ)之上，進行的一個重要而不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)。這是我們在校期間進行的最后一次，也是最全面的從生產(chǎn)調(diào)研到具體設(shè)計的全面訓(xùn)練。這一次最接近于生產(chǎn)實際，是對我們在今后的實際崗位上從事設(shè)計工作的一次預(yù)演，同時培養(yǎng)我們理論與實際相結(jié)合的能力。
1.1.2 設(shè)計目的
⑴培養(yǎng)我們查閱文獻和使用工程手冊的能力。
⑵掌握進行工程設(shè)計工作的一般方法。
⑶進一步培養(yǎng)分析和解決工程技術(shù)問題的獨立工作能力。
1.2 設(shè)計題目及要求
1.2.1 設(shè)計題目
滾針軸承自動裝針機設(shè)計。
1.2.2 設(shè)計要求
⑴裝針機以CA141汽車傳動軸中的萬向節(jié)滾針軸承為裝配件。
⑵機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)計研究CA141汽車傳動軸中萬向節(jié)滾針軸承的自動裝針機。
1.3.2 工作量
⑴主機設(shè)計1張A0圖紙（草圖）。
⑵設(shè)計說明書一份（20000字）。
⑶外文翻譯（5000字）。
⑷上機繪制5張A0圖紙（CAD）。
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2 總體方案設(shè)計
2.1 課題的提出
軸承裝配（含軸承成品的自動檢測、自動包裝）自動線一直是困擾著技術(shù)進步的難題。在國外著名的軸承公司，這項技術(shù)已實際成功應(yīng)用多年。而國內(nèi)靠國外引進，而使用效果仍不能令人滿意。因而研發(fā)軸承裝配自動生產(chǎn)線，并與軸承的磨削自動生產(chǎn)線有機連接，對于提高軸承的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少工序流動中的軸承零件的數(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)計研究CA141汽車傳動軸中萬向節(jié)滾針軸承的自動裝針機。以往滾針軸承的裝配過程為人工操作，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的繁重勞動問題，使由機器工作完全代替以往的人工勞動而提出的。本裝配課題在實際解決后，即自動裝針機實際投入使用，完全代替人工勞動后，將會大大提高勞動生產(chǎn)率，更重要的是，節(jié)省了大量人力物力資源，對企業(yè)效益提高大有益處。
2.2 總體方案
經(jīng)過兩周到一汽的生產(chǎn)實際調(diào)研，結(jié)合工人的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，提出以下設(shè)計方案：
整個裝配系統(tǒng)采用臥式裝針方式，軸承外圈采用直立狀態(tài)，開口端正對滾針進給端，滾針采用橫向進給方式，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，從而完成整個裝配過程。
為了實現(xiàn)上述方案，本裝配系統(tǒng)采用五大機構(gòu)：滾針的自動上料機構(gòu)，軸承外圈的上料機構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機構(gòu)，傳動系統(tǒng)。滾針需要整齊的排序，此機構(gòu)利用電磁產(chǎn)生的微小振動，依靠慣性力和摩擦力的綜合作用驅(qū)使?jié)L針向前運動，并在運動過程中自動定向的原理，采用振動式料斗進行上料，軸承外圈上料機構(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構(gòu)，裝配和卸料機構(gòu)采用一汽實習(xí)時所見之裝配原理，并進一步改進而成。為了實現(xiàn)裝配和卸料機構(gòu)中推套的運動，采用一圓柱凸輪擺桿機構(gòu)。由于本系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)速低，各軸之間傳動比要求低，所以采用鏈傳動，并且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，對本系統(tǒng)特別適用。
綜上所述：本裝配機的總體方案合理可行。
3 典型機構(gòu)設(shè)計
本裝配系統(tǒng)采用五大機構(gòu)：滾針的自動上料機構(gòu)，軸承外圈的上料機構(gòu)，裝配和卸料裝置，凸輪機構(gòu)，傳動系統(tǒng)。
3.1 滾針的自動上料機構(gòu)
3.1.1 自動上料裝置類型及特點
自動裝卸工件裝置通常慣稱自動上下料裝置或自動上料裝置。它所完成的工作包括將工件自動安裝到機床夾具上，和加工完成后從夾具上下工件。其中的重要部分在于自動上料過程所用的各種機構(gòu)和裝置。
根據(jù)原材料及毛坯形式的不同，自動上料裝置有以下三大類型：
⑴卷料（或帶料）上料裝置。將線狀的，細棒狀的材料，預(yù)先繞成卷狀，在加工時將卷料裝上自動送料機構(gòu)，材料從軸卷上拉出來，經(jīng)過自動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)進行的。
⑵棒料上料裝置。當采用棒料作為毛坯時，將一定長度的棒料裝在機床上，然后按每一工件所需長度自動送料，在用完一根棒料之前，加工是連續(xù)進行的。
⑶單件毛坯上料裝置。當采用鍛件或?qū)袅项A(yù)先切成單件坯料作為毛坯時需要在機床上設(shè)置專門的件料上料裝置。
本裝配機的滾針和軸承外圈都屬單件成品，所以其上料機構(gòu)屬單件毛坯上料裝置。
單件毛坯自動上料裝置根據(jù)其工作特點和自動化程度的不同，可分為料倉式上料裝置和料斗式上料裝置兩種形式。
料倉式上料裝置是一種半自動的上料裝置，其特點是不能使工件自動定向，需要用人工定時將一批工件按照一定的方向和位置，順序排列在料倉中，然后由送料機構(gòu)將工件逐個送到機床夾具中去。
料斗式上料裝置是自動化的上料裝置。工人將單個工件成批任意的倒進料斗中，料斗中的定向機構(gòu)能將雜亂堆放的工件進行自動定向，使之按規(guī)定的方位整齊排列，并按一定的生產(chǎn)節(jié)拍把工件送到機床夾具中去。
本裝配機基于的思想是為了完全解決以往由人工裝配的低效率問題，是為了實現(xiàn)裝配的全自動化，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)用的自動定向料斗裝置有兩大類型：
⑴機械傳動式料斗裝置。在查閱一些書籍基礎(chǔ)上，見到如圖所示之上料機構(gòu)。其工作原理是：滾針堆放在方形的料斗中，然后通過齒形輪1轉(zhuǎn)動，使?jié)L針順序落入齒形輪的齒槽內(nèi)，再通過一輸料管送到裝配機構(gòu)2處。
方案一：（如圖3-1）
圖3-1 1—齒形輪 2—裝配機構(gòu)
⑵振動式料斗。在查閱大量文獻基礎(chǔ)上，見到如圖所示之上料機構(gòu)。其工作原理為：滾針堆放在圓盤底部，在微小振動的作用下，沿圓盤內(nèi)壁的螺旋形料道向上運動，定向正確的滾針從圓盤上部的出料口進入輸料管中。
方案二：（如圖3-2）
圖3-2 振動式料斗
具體工作過程為：圓盤形料斗是由內(nèi)壁螺旋料道和底部呈錐形的料盤1組成。盤底做成錐體的目的在于使工件向四周運動，有利于走上料道。料斗的底部用連接塊14與四個板彈簧5相連接，彈簧5的下端用連接塊11固定在座盤4上。這四個傾斜安裝的板彈簧沿長度方向的中線在水平面上的投影，正好與半徑為r的圓相切。一般這個分布圓的直徑2r要小于料盤1的平均直徑Dm。在盤底部中央，還固定著銜鐵13，電磁振動器的鐵芯和線圈12則通過支承盤3安裝在座盤4上。通過三個螺釘10可以調(diào)節(jié)銜鐵與鐵芯的間隙。整個料斗裝置通過下支承盤6與用圓盤7和8組成的支座安裝在底板上。
當電磁線圈中通入交流電，并且從零增加到最大值時，銜鐵13被吸向下，因為板彈簧5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，所以圓盤料斗1產(chǎn)生了既有上下運動又有切向扭轉(zhuǎn)的振動。料斗底部的工件在振動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4和下支承盤6之間裝有三個螺旋彈簧5，并且用導(dǎo)向桿9使整個料斗裝置定心。
這種具有一個電磁振動器的料斗結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)節(jié)銜鐵和鐵芯的間隙比較方便，但須注意四個板彈簧的剛度應(yīng)當一致。否則將對料斗的振動產(chǎn)生不良影響。
兩種方案的比較：
方案一結(jié)構(gòu)比較簡單，但是在上料過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。
同時可能發(fā)生卡死現(xiàn)象。
方案二在送料和定向過程中，沒有機械的攪拌，撞擊和強烈的摩擦作用，因而工作平穩(wěn)。對于已經(jīng)精加工的滾針來說，用這種料斗是很合適的。
最后，選定方案二中振動料斗作為滾針的上料裝置，同時采用方案一中的齒形輪作為滾針的二次定向裝置。在振動料斗和齒形輪之間用一塑料管連接。經(jīng)過參考其它上料裝置，決定在齒形輪和裝配機構(gòu)之間采用一“S”形管道，有利于滾針的自動上料。
3.1.3 振動料斗的設(shè)計
⑴振動器
采用電磁振動器，尺寸參照BK-150控制變壓器鐵芯的硅鋼片尺寸,振動器的鐵芯和銜鐵間隙取0.4～1mm。
振動器的線圈接入經(jīng)過半波整流的交流電，此時振動頻率為50HZ。經(jīng)過半波整流后，頻率雖然降低一半，但振動節(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)試過程中再作適當?shù)男拚?
支撐彈簧的傾斜角Ψ決定于螺旋料道的振動升角β的大小。經(jīng)驗表明，經(jīng)過半波整流時取β=20°～25°，β角不宜過大或過小，β角較小時，工件向前的分速度大，但瞬時騰空的作用減小，適宜于精密、細小的工件送料；β角較大時，騰空拋擲的作用加強，會導(dǎo)致降低送料平均速度，產(chǎn)生較大的噪聲。于是取β=20°。對于圓盤形料斗，一般支撐彈簧固定點的分布圓直徑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圓盤料斗
圓盤料斗應(yīng)盡量做得輕巧些，一般都用鑄鋁制成整體式，然后將螺旋料道車出。
圓盤料斗的主要結(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。當工件的高度或直徑較大時還會使料斗直徑顯著增大。α值也不能太大，當增加到某一極限值αmax時，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，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
當滾針在輸料槽中運動時，為了防止其在下滑時直立，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的半徑。如圖工件能通過彎道的曲率半徑為：
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──工件長度
式中弧高s應(yīng)根據(jù)輸料槽直槽部分B來考慮選取。如果輸料槽的直槽部分與圓弧部分做成一樣寬的話，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作為公稱尺寸，取其6─7級精度的公差數(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 軸承外圈的上料機構(gòu)
與滾針的上料機構(gòu)相比，軸承外圈的自動上料機構(gòu)多了軸承外圈的進一步定向要求。軸承外圈的圖樣如圖3-5：
圖3-5 軸承外圈簡圖
根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)特性，其為一端開口，一端封閉的碗形結(jié)構(gòu)，所以裝配時必須要求其開口端正對裝滾針端。所以該上料機構(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，利用運動著的定向機構(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并定向排列。常用的定向機構(gòu)有桿、銷、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，用專門的定向機構(gòu)攪動工件，使工件在不停的運動中落進溝槽成縫隙實現(xiàn)定向。定向機構(gòu)可以作直線往復(fù)運動、擺動運動或回轉(zhuǎn)運動。這一類料斗的應(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，利用定向機構(gòu)上一定形狀和尺寸的孔穴對工件進行篩選，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。這種定向機構(gòu)大多系作連續(xù)的回轉(zhuǎn)運動。
⑷用重心偏移法定向的料斗裝置
對于一些在軸線方向重心偏移的工件，可以利用這一特性，使重端倒向一個方向；對于某些重心偏移不太明顯的工件，則在料斗中用一些簡單的構(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
本裝配機用的軸承外圈有兩個顯著特點：①形狀為碗形；②軸線上重心偏移。根據(jù)這兩個特點，此上料機構(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)狀零件的自動定向。裝著銷4的鏈帶1，在連續(xù)運動時，堆放在料斗3中的工件被銷子4掛住后再被鏈帶向上，然后順次進入輸料槽5。工件上行時，當軸承外圈開口朝下時，工件正好被銷4卡住而能隨鏈帶上行，當開口朝上時，工件就不能上行。所以此結(jié)構(gòu)正好可以實現(xiàn)軸承外圈的定向。
圖3-6 帶式料斗簡圖
方案二：根據(jù)此軸承外圈重心偏移的特性，采用側(cè)邊刮板式料斗進給裝置。其簡圖如圖3-7。其工作原理為：當推板向上運動通過料堆時，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，所以當工件的開口端向左，即封閉端朝向料斗時，工件由于重力作用而掉入料斗；只有那些開口朝右，即封口端背向料斗時，工件才能被推板攜帶向上運動。由于推板頂面是一個傾斜面，所以定位正確的工件被推倒一定高度，即超過出料口時，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被卡死，本裝配機選用了導(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。由于本機構(gòu)對其導(dǎo)向精度不做要求，因此在加工時不要苛求。
圖3-7 側(cè)邊刮板式料斗簡圖
兩種方案的比較：
方案一采用鏈帶式上料機構(gòu)，有其一定的優(yōu)點。但其整個結(jié)構(gòu)較大，比較適合于大型的機器。其二，由于其帶輪為圓形，在工件由銷上進入輸料道中時，工件由于自身重力作用，有翻轉(zhuǎn)、錯位的可能。其三，當輸料道中裝滿工件時，由鏈帶上行的工件將無處貯存。因此，需另加一自動釋放多余工件的裝置。
而方案二整個機構(gòu)比較簡單，巧妙的設(shè)計推板的形式后，它能簡便并準確的給工件定向，大大簡化了整個判斷控制過程。工件由推板進入輸料道時，由于推板形狀和輸料道形狀相似，可以避免翻轉(zhuǎn)、錯位現(xiàn)象。當輸料道中裝滿工件時，在推板上準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，因而簡化了結(jié)構(gòu)。
綜上所述，方案二更適合于本裝配機，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)動機構(gòu)采用曲柄滑塊機構(gòu)，為了盡可能增大其行程，減小其結(jié)構(gòu)，采用對心曲柄滑塊結(jié)構(gòu)，其示意簡圖如圖3-8：
：
圖3-8 對心曲柄滑塊上料機構(gòu)簡圖
3.3 裝配和卸料裝置
裝配工藝過程是機械制造過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，裝配工人往往在長時間內(nèi)重復(fù)單純的、勞動強度較大的工作，與切削加工過程相比，勞動生產(chǎn)率要相對低的多。使裝配過程實現(xiàn)自動化，不僅可以使工人從繁重的體力勞動中解放出來，而且是進一步實現(xiàn)生產(chǎn)過程綜合自動化的重要組成部分。在大批和大量生產(chǎn)中，產(chǎn)品的裝配過程常常組織在流水線上進行，并采用各種機械化裝置來完成那些勞動量最大和最繁重的工作。本裝配機裝配裝置和卸料裝置由設(shè)計者設(shè)計為一體。其工作簡圖如圖3-9：
圖3-9 裝配和卸料裝置簡圖
其工作原理為：軸4的左端部作成長為滾針長度的一段軸，周邊均布與滾針形狀相似的齒形槽。當滾針由滾針的上料機構(gòu)輸送過來后，軸4旋轉(zhuǎn)一周后，每個齒形槽中裝有一滾針。另外，由軸承外圈上料機構(gòu)輸出的工件進入“U”形塊1中；然后推套5運動，推動滾針進入軸承外圈內(nèi)部。彈性擋塊2形狀如圖示。當推套推動滾針向前運動時，它和軸承外圈有一起向前運動的趨勢，而擋塊2恰恰給它一適當阻力，使?jié)L針在完全裝入軸承之前，軸承不會向前運動。當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，完成整個裝配和卸料過程。
此裝置可以提出幾點疑點，在此作一解答：
疑點1：在實際裝配時，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，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，當它壓在擋塊2并且完全推過擋塊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，當推套回退時，軸承也不會隨著退回。
疑點2：推套推動裝配完好的軸承掉入下料道時，軸承可能滾動下行，當它到達地面時會產(chǎn)生沖擊力，有可能使裝配好的滾針從軸承中脫落，則問題如何解決？
答：此問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，這樣當軸承被推出“U”形塊的長度大于其偏心時，軸承即在重心作用下產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，正好翻轉(zhuǎn)之后，開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（由滾動轉(zhuǎn)化為滑動），且開口朝上，此狀態(tài)有利于保護裝配完的滾針。
綜上所述，此種方案切實可行。
3.4 凸輪機構(gòu)
3.4.1 兩種方案的比較選擇
在各種機械中，特別是自動機械中，廣泛的應(yīng)用各種類型的凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，主要是由于凸輪機構(gòu)可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動要求，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
本裝配機中，推套的運動為往復(fù)直線運動。為了實現(xiàn)此種運動，設(shè)計為用凸輪機構(gòu)。因本裝配機推套的運動和動力的輸入為都是豎直平面內(nèi)，所以有兩種設(shè)計方案。
方案一：凸輪機構(gòu)選用擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)。動力輸入方式選用一對錐齒輪傳動，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-10：
圖3-10 方案一簡圖
其工作原理為：動力由軸1輸入，通過錐齒輪傳給軸2，然后帶動凸輪轉(zhuǎn)動，推動滾子擺動，通過鉸支點的杠桿作用，帶動推套左右擺動，從而實現(xiàn)裝配。
方案二：采用擺動推桿圓柱凸輪機構(gòu)。其示意簡圖如圖3-11：
圖3-11 方案二簡圖
其工作原理為：由于凸輪形狀為圓柱凸輪，它很好的解決了動力輸入的問題。其工作時，圓柱凸輪轉(zhuǎn)動，推動滾子在溝槽中運動。另一方面，擺桿也繞著鉸接點擺動，帶動推套左右直線運動。
兩方案比較：兩方案都可實現(xiàn)預(yù)先的運動。方案一采用平面凸輪機構(gòu)，動力輸入采用一對錐齒輪。而方案二采用圓柱凸齒輪機構(gòu)，大大簡化了結(jié)構(gòu)。所以采用方案二。
3.4.2 凸輪輪廓曲線設(shè)計
推桿的運動規(guī)律，是指推桿在推程或回程時，其位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。通常推桿的運動規(guī)律有等速運動、等加速等減速運動、簡諧運動和正弦加速度運動等。
本裝配機推桿的運動規(guī)律可以有兩種：
⑴等速運動
在推程階段，凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動，經(jīng)過時間t0 ，凸輪轉(zhuǎn)動的推程角為δ0 ，而推桿等速度完成的推程為h。則推程時推桿的運動方程式為：
S=hδ/δ0
V=hω/δ0
a=0
回程時基本相似，不再重復(fù)。
推桿做等速運動時的運動線圖（推程）如圖3-12所示。
圖3-12 等速運動線圖
則擺桿在推程和回程時運動速度是恒定的，比較平穩(wěn)。這是它的優(yōu)點。但由加速度圖線可知，在運動開始和終止的瞬間，速度有突變，所以這時推桿的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，致使凸桿突然產(chǎn)生非常大的慣性力，因而使凸輪機構(gòu)受到極大的沖擊，使機構(gòu)損壞的較快。另外，這種沖擊使整個裝配機也產(chǎn)生很大的擺動，對整個裝配過程不利。
⑵正弦加速度運動
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運動方程式為：
S=h[δ/δ0-sin(2δ/δ0)/2
V=hω[1-cos(2δ/δ0)] /δ0
a=2hωsin(2δ/δ0)/ δ0
其運動線圖（推程）時如圖3-13所示。
圖3-13 正弦加速度運動線圖
則由圖可知，推桿在剛開始和到達最高點時，其速度都為0，加速度也為0，故不存在有沖擊，所以運動比較平穩(wěn)，故具有較好的動力性能。而在中部分時，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，即推套行程最大時速度為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的運動規(guī)律。整個凸輪的輪廓線的設(shè)計采用作圖法，詳見附錄電算程序PROGRAM NO.2。
3.5 傳動系統(tǒng)設(shè)計
通常機械傳動中典型的傳動方式有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、摩擦傳動等，其各自都具有自己的特點。
帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉、不需潤滑以及緩沖吸振等特點，比較適合于高速運動。
齒輪傳動的特點有瞬時傳動比恒定、傳動比范圍大、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本較高等。
鏈傳動屬于具有中間撓性件的嚙合運動，它兼有齒輪和帶傳動的一些特點。與齒輪傳動相比，鏈傳動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。與帶傳動相比，鏈傳動的平均傳動比準確；傳動效率較高；鏈條對軸的拉力較小；同樣使用條件下，結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊；鏈條的磨損伸長緩慢，張緊調(diào)節(jié)工作量較小。
結(jié)合本裝配機的自身特點，要求的轉(zhuǎn)速較低，所以不宜用帶傳動；另一方面，傳動中，各軸之間不要求精確的傳動比，所以不宜采用齒輪傳動。綜之，本裝配機采用鏈傳動更為適宜。
3.5.1 電機的選擇
綜合觀察本裝配，其消耗功率的地方主要有：滾針的上料機構(gòu)、軸承外圈的上料機構(gòu)、裝配和卸料機構(gòu)、凸輪機構(gòu)。其中只有軸承外圈上料機構(gòu)消耗的功率最大?？纱篌w估算如下：設(shè)每只軸承外圈的質(zhì)量為0.2kg，在此機構(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機構(gòu)各自所消耗之功率，則整個裝配機所消耗的功率為：
P總 = 40.5 = 2w
選擇電機時，只要電動功率滿足機器所能消耗的功率即可，因此，電機選為Y801-4型，滿載功率為0.55kw，滿載時電機轉(zhuǎn)速為1440r/min。
3.5.2 減速器的選擇
由于本裝配機所最終要求之轉(zhuǎn)速較低（10r/min左右），而電機轉(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，減速器選擇擺線針輪減速器（JB2982-81）。根據(jù)動力傳入方式，選擇為臥式，電動機直聯(lián)型單級減速器。機型號為15，傳動比為43，輸入功率為0.55kw，輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min。
3.5.3 滾子鏈傳動
由圖00-05可知，本裝配機的動力輸入路線為：動力由電機經(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構(gòu)軸和凸輪機構(gòu)軸，然后再由凸輪機構(gòu)軸傳給軸承外圈上料機構(gòu)軸。共有四條鏈和四對鏈輪需進行設(shè)計。
⑴減速器軸與裝配裝置軸的鏈傳動設(shè)計
電機轉(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，則傳動比i = 35/25 = 1.4。
①鏈輪齒數(shù)計算
為了防止根切，再加上本機構(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
由于本裝配機實際消耗功率較低，再之小鏈輪轉(zhuǎn)速也較低，由圖22-2-2（見機械設(shè)計手冊第3冊）選得節(jié)距P為08A,即 P = 12.7mm。
③檢驗小鏈輪孔徑
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
a小鏈輪的設(shè)計計算
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ha為：
ha = 0.27P = 0.2712.7 = 3.4mm
齒側(cè)凸緣直徑dg為：
dg
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