发动机(DA465Q)缸盖连接螺栓装配自动检查装置设计

摘 要论文系统的介绍了汽车发动机缸盖生产线的发展状况，围绕东安汽车发动机的实际装配与检验过程，进行了自动装配与检验生产线的经济可行性分析，生产类型分析，生产条数分析，生产规模分析。并结合实际条件，确定了装配与检验工序的基准、生产用量和工时定额。在此基础上，确立了最终装配与检验生产线。同时，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。并用系统工程学的原理对发动机缸盖各部件的装配与检验时间定额，以及生产线的配置进行了初步优化，对自动装配与检验过程提出详细的要求，最终确立了一套完整的适合国内生产实际的生产线。汽车发动机缸盖连接螺栓自动检查装置的设计，是完全自动化的检查装置，检查时间为60秒。没有连接螺栓检查装置的生产线，主要凭借工人的肉眼来检查螺栓安装的正确性，不仅工作单调，而且容易产生疲劳，进而容易导致生产事故。而自动化的检查装置完全可以弥补这一不足。同样可以做到检查的准确性和可靠性，大大地节约了劳动资源。本设计就是要检查螺栓和垫片安装的正确性。本生产线是为东安465发动机缸盖而设计的。发动机的缸盖共有10个螺栓孔分别分布在缸盖的两侧，设计的任务是检查上一道缸盖连接螺栓的安装工序中，垫圈和螺栓的安装是否正确，综合所有出现的安装错误，大致会出现五种情况：只有两个垫圈没有螺栓 没有垫圈也没有螺栓 只有一个垫圈没有螺栓 没有垫圈只有螺栓有两个垫圈一个螺栓。正确的安装是只有一个垫圈和一个螺栓，检查时间不得超过60秒。本文着重介绍了汽车发动机缸盖连接螺栓装配自动检查装置的设计方法及工作原理。说明书在检查装置中大胆提出了自己的观点，重点对检查装置进行了结构的设计和理论的分析，对其主要部件进行了理论设计。本设计中自动检查装置主要部件的设计：1、整体机架的设计2、检查机构的设计3、传动机构的设计4、平衡机构的设计关键词：发动机缸盖；螺栓装配；自动检查；生产线 of of on of we do we do on of At we of on we to in as n we a of I of to on of I on a is 0 to by to of up in a is is 65 in on of is to on a of is of a no ii is is a no he t is a it to of to to in of of of of 摘要8第2章自动检查装置的总体设计12第3章自动检查装置主要部件的设计27结 论28参考文献29致 谢30第1章绪 个有上万个零件组合的机电产品，凝结了人类智慧的结晶，和谐地将科学技术与艺术相统一，并绽放出绚丽的文化光芒。文化是人类在社会历史实际过程中所创造的精神财富和物质财富，是人类行为的精神内涵。人们在制造和使用汽车的实践过程中，形成的一套行为方式、习俗、法规、价值观念等构成了汽车文化。汽车文化以汽车产品为载体并与之结合，影响着人们的思想观点与行为。汽车工业，在二次世界大战后，特别是进入80年代以来，无论在生产规模，生产数量，生产车型种类方面都有飞跃的发展。在工业发达国家中，轿车的产量和牌型增加很快。重型载货车、特种车的应用领域日广，发展就业很快。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。根据汽车动力装置、运送对象和使用条件的不同，汽车的总体构造可以有很大的差异，但他们的基本结构都是由发动机、底盘、车身和电器与电子设备四大部分所组成。随着电子计算机的飞速发展和广泛运用，汽车产品也和其他许多领域的产品一样越来越多地引进了微处理机、各种传感器和调节装置，使汽车产品由单一的机械产品向机（机械）电（电器与电子）仪（仪表）一体化的产品过度，并逐步向自动控制和智能化方向发展。人把引擎成为发动机，其实，发动机是一整套动力输出设备，包括变速引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。随着科技的不断进步，人们不断地研制出不同类型不同用途的发动机，但是不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力，所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。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，它是通过燃料在机器内部燃烧，并将其释放出的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。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。发动机个机构和各系统的安装的基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和部件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由汽缸体、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等零件组成。汽缸盖安装在汽缸体的上面，从上部密封汽缸并构成燃烧室。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。水冷发动机的汽缸盖内部制又冷却水套，缸盖下端面得冷却水孔与缸体的冷却水相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导向管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等，汽油机的汽缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的汽缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的汽缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用于以安装凸轮轴。汽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，所以近年来铝合金汽缸盖被采用得越来越多。汽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，其汽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汽缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。常按不同的特征作如下分类：油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等。行程发动机、四行程发动机。缸发动机、多缸发动机。冷却发动机、风冷却发动机。燃式发动机、压燃式发动机。速发动机、低速发动机。式发动机、卧式发动机、置式发动机等。动机主要由如下八大部分（柴油机污点火系）所组成，010年汽车销售规模达到1800万辆。汽车起动机市场也随之蕴含着巨大的商机。目前，我国汽车起动机和发电机及其主要零部件产品的制造企业在600家以上，其中具有整机生产能力的约300家。随着竞争的加剧，业内市场分割日趋明朗，国产汽车起动机和发电机的国内配套市场覆盖率到达90以上，包括国产乘用车、微型车、轻型车、客车、载货汽车、各类工程及农用机械、船舶等。其中外商独资以及外资企业合资企业，市场扩张迅速，逐渐成为我国乘用车、商用车行业配套机器的主力供应商。相对固定的市场竞争格局使行业原有生产能力得到基本释放，可以预测，行业内新一轮大规模的投资即将兴起。2000车发动机行业的产销率均在行业标准值96以上。范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例，决定了一条生产线上拥有为完成某种产品的加工任务所必需的机器设备，机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性，能适应多种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效益。如何实现汽车大批量生产的总装配及装配线的型式、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合线生产，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。车及其发动机的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、自行认址岔道葫芦系统、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。输、储运、装配和实现科学管理等功能，是一种机械化程度较高的综合性空间储运系统。适于大批量生产，国内外普遍采用；但造价很高。价相对较低。格相对较低。主要缺点是不便于多品种空间储运，工件上下需要配置升降设备。人可上下同时作业；但一般无牵引装置，靠人力推动自由流水。仅适用中小批量生产。存、装配和实现科学管理等功能，是一种新型的机械化程度较高的综合性地面储运系统。主要优点是工艺性强、灵活性大、柔性好、易于与其它输送装置连接，适于多品种大批量生产。其缺点是占地面积大、价格昂贵。基础，建设速度快，造价低。可用于多品种生产。由于支架位置固定，柔性较差，有一定的局限性。故只适用于单一品种的大量生产，造价相对较高。国内外普遍采用的一种型式。适于装配线后段。满足生产纲领、工艺要求、多品种生产和保证质量的前途条件下，应尽可能缩短。平面布置可根据具体情况采用型、矩型、多层等型式布置。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。国外总装方式水平较高，主要是机械化自动化程度较高，故装配公式较少。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而效率却比工人高得多。在我国，劳动力资源丰富，国家的建设资金正逐年提高，在大量引进外资、外汇的同时，也引进了大量的先进技术与管理经验。目前为止，国内并没有出现采用全机械化、全自动化的自动检验生产线，故其劳动定额水平相对较低，同时其工作时序也比较长，已基本不能满足现阶段国内外生产的产量需要。限于当前国情国力的影响，我们所要进行的气缸盖进、排气门组的自动检验生产线的设计，不仅要充分考虑我国当前的人口因素，同时更应该考虑社会的就业压力等问题，有步骤的缓解因人口过剩所带来的社会问题。一种非常复杂的问题，它包括下述几个主要方面：产品的质量、市场的需求量、产品的名称及牌号、产品所处的地位及价格、需要获得的长期与短期销售供货能力、供货灵活性由于欧洲轿车的换代周期较长，因此对于欧洲的轿车制造商来说，产品生产线的发展战略更为重要。以欧洲轿车的生产线为例，进一步阐述汽车生产线的发展与战略问题。与日本生产轿车制造商相比，对于类似的轿车而言，欧洲厂家的工程时数要多70%，开发时间要长25%。一般来说，欧洲批量生产轿车及其发动机的换型时间平均为5年左右，从另一方面来说，为了最大限度地减小风险性，欧洲轿车制造厂家对其生产线的依赖性极大。由于欧洲厂家非常注重新产品的推出，因此在推出每种新产品时，自然要通过采取一系列措施来最大限度地降低每一新产品因失败而带来的风险。数、长度、劳动量等的分析，针对气缸盖各零部件的分类与特点，大致确定了如下三种方案：然我国劳动力资源丰富、成不低廉，但必须同时满足一定的生产效率，所以排除了全部手动化的检验与安装方案。基于国内现行的企业与行业生活条件，同时必须满足一定的出品率与上产率，故只能在半自动化与自动化两种检验与装配生产线的基础上，进行比较与择优。在此，我们对半自动化与自动化的两种方案进行如下比较：）人工劳动投入量较大，设备投入较少。(2）成本投入以人工成本最低、设备损耗最大，两者须符合一定的比例。一般来讲，其资金与成本投入量比较小。(3）装配与检验的精度适合，存在一定的人工疏忽与设备故障率。(4）生产率很高。(5）适合并符合中国现行的企业生产条件，现在国内大多数企业正广泛地采用此种或者相近类型的生产或装检方式。(6）无法完成时序内的出品率。）人工劳动投入量几乎为零，设备投入量占绝大比重。（2）成本投入不再以人工成本为依据，主要考虑机电设备的使用率与折损率，两者亦不成线性关系。一般来讲，其资金与成本投入量比较昂贵。（3）装配与检验的精度极高，其产品的次品率几乎来自设备的故障率。（4）生产率最高。（5）适于西方发达国家的企业生产条件与经营管理模式，国内大多数企业几乎没有采用这种生产或装检方式。只有例如长春一汽、上海大众、哈飞、东安等国内几家规模较大的企业才有实力装备如此昂贵的生产线。（6）充分完成时序内的出品率，可适当缩短时序时间，或55、50、45、40秒不等。于目前国内现行的劳动力水平与实际技术等条件的限制，我们初步推荐在资金与实力不充裕的企业或厂家，适合采用半自动化装配与检验生产线（即第一方案）。但技术无国界，为了赶超世界先进国家的技术水平，并加强我国民族汽车工业与制造产业的整体竞争实力，我们有必要广泛推广自动化装配与检验生产线（即第二套方案）。但是，在借鉴发达国家先进技术水平的同时，我们需要本着实事求实、力求发展、争创效益的原则，决不能过于盲目地、完全照搬他国先进技术与设备，而应该有步骤、有策略的对其进行技术创新与装备改良，以期实现自动化装配与检验的逐渐推广与普及。同时，在不断的技术借鉴与自我更新基础之上，必须实现自我价值理念的更新与转换。至此，根据设计任务的要求与指标，即总体方案采用气缸盖自动化装配与检验生产线的设计方案（即第二方案），限于技术要求上的同步，最终确定了气缸盖连接螺栓装配自动检验装置的设计主旨。内的汽车及车用发动机的生产线水准，几乎还停留在人工化、半人工化、半机械化、半自动化的生产与装配程度。以哈尔滨东安汽车发动机厂为例，其技术水平可堪称国内发动机技术最为先进的企业，其装配与检验技术与哈飞齐名、甚至超出。其最为先进的生产线才刚刚上码不久，并未能实现全部自动装配与检验的程度。就生产线的整体形象而言，只能利用诸如其外形、价格、尺寸、性能、质量和技术内涵来表明产品的特点。不同级别生产线的界限有互相重叠的趋势，级别界限适宜淡化。但按客户的喜爱程度来划分产品的类别则变的较为重要，为了满足每类客户的不同需要，每一基本类型的生产线及其配额数量都会不断的增加。绝大多数厂家都是根据产品性能的竞争力的分析与评估，结合其内部成本及用户的承受能力来制定产品的价格，可根据产品性能（发动机及其零部件的结构、尺寸、数量，设备的水平及选用装置等）的差异对价格进行调整。于此，基于东安465型发动机的自动装配与检验生产线技术，我们对其进行了现场技术数据调研与现场运作与流程的考察，自主设计并研发出一整套或一系列的适应目前我国现行生产条件与技术下的生产线；力求实现经济、社会价值等最优化。因此，不论是在设计理论研究上，还是在研究成果实用化与通用化方面，都具有一定的现实与战略意义。将取得如下成果：1、设计说明书：(1)自动检查装置的总体设计；（2）自动检查装置主要部件的设计。2、图纸有：检查装置总装配图；汽缸、传感器安装总成；主要零部件图。时完成如下自动检查装置的主要部件的设计：1、整体机架的设计2、检查机构的设计3、传动机构的设计4、要包括以下几道工序：汽车发动机缸盖排气门清洗汽车发动机缸盖进气门清洗汽车发动机缸盖排气门密封质量检查汽车发动机缸盖进气门密封质量检查汽车发动机缸盖进、排气门组件检查汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配汽车发动机缸盖连接螺栓装配质量自动检查通过以上几道自动化的工序，达到发动机缸盖装配的标准要求。而下一部分是缸盖连接螺栓自动检查装置的具体设计过程。我国很多的汽车厂家，都没有实现汽车生产线的自动化。就目前而言，上海大众汽车生产线的自动化程度是比较高的。在做这个设计之前我们特地来到哈尔滨东安汽车公司进行了实地调研。车间目前大部分还是半自动化程度。工人也都分别站在传送带的两端进行手工操作，发动机装配给工人带来较大的工作量，而且存在装配带来的不安全隐患。相对发动机自动化装配生产线而言，自动化更加安全，带来的劳动力也少的多，更加符合这个飞速发展社会的要求，更具有现代化的气息，也更能体现一个国家的现代化程度，因为汽车生产线现代化的程度不仅仅代表一个国家的汽车工业，也更多的代表着一个国家的科技水平和一个国家的现代化工业水平。因此研究汽车发动机缸盖螺栓装配自动检查装置的设计具有非常重要的现实意义，更符合社会发展的要求。汽车发动机缸盖连接螺栓装配自动检查装置的设计，是完全自动化的检查装置，检查时间为60秒。没有连接螺栓自动检查装置的生产线，主要凭借工人的肉眼来检查螺栓安装的正确性，不仅工作单调，而且容易产生疲劳，进而容易导致生产事故。而自动化的检查装置完全可以弥补这一不足。同样可以做到检查的准确性和可靠性，大大地节约了劳动力资源。设计就是要检查螺栓和垫圈安装的正确性。动机的缸盖共有10个螺栓孔分别分布在缸盖的两侧，设计的任务是检查上一道缸盖连接螺栓的安装工序中，垫圈和螺栓的安装是否正确，综合所有可能出现的安装错误，大致会出现五种情况：1 只有两个垫圈没有螺栓2 没有垫圈也没有螺栓3 只有一个垫圈没有螺栓4 没有垫圈只有螺栓5 确安装的方式是只有一个垫圈和一个螺栓，根据设计的要求和各种人力资源及经济因素的考虑，需要设计一套自动装配机构来完成此项任务。鉴于实际装配过程可能出现的几种错误情况，我们应当找出最实际、最实用而又最经济的设计想法。为此在翻阅了大量的关于检查检测装置的设计资料，了解到了众多的检查方法后，通过各种方案优化比较的综合分析，最后决定设计方案是：设计一个能够通过动力在支架上自由滑动的传感器来完成检查检测任务，动检查装置结构图1整体机架 2平衡机构 3传动机构 4检查机构 5为缸盖 章提出了垫圈和螺栓可能出现的安装错误，大致出现的五种情况。针对这一情况有了初步想法并决定了设计方案是：设计一个能够通过动力在支架上自由滑动的传感器来完成检查装置的任务。正确的装配是只有一个垫圈和一个螺栓。所要检查的螺栓是螺栓头高为10圈的高度是2高度是12此我们可以利用螺栓头和垫圈的总高度来确定装配是否正确。本设计利用数字测长传感器由上而下到达螺栓头的高度来确定安装是否正确。向系统输入正确装配时螺栓头和垫圈的总高度12一个螺栓和一个垫圈时，螺栓头上端为基准，因此就可以判断其他的高度是错误的安装。感器的性能指标传感器型号 测定范围 分辨率 使用温度 使用湿度 测头重0m 80（但不结冰） 3585%（但不结雾水） 要检查的螺栓数目为10个，这里存在一个传感器数目优化的问题，有三个方案可以考虑：利用10个传感器同时检查利用1个传感器，分10次检查利用5个传感器，分2次检查方案：由于时间是60秒，10个一起检查时间有剩余，多余的时间被浪费，况且10个传感器的费用大。方案：费用上很经济，但是由于时间是60秒，所以在时间上是很紧张。方案：通过5个传感器分步在缸盖的两侧检查，时间和费用上达到折中。通过综合的分析方案最为优越，故选择方案。螺栓孔的大小是11，而检查机构中所选取传感器的触头小于11；在检查既没有垫圈也没有螺栓时触头会插到螺栓孔中。由于是利用每次一起检查5个螺栓的机构，而这5个螺栓的装配又不能保证一定是正确的装配，于是就出现了检查的螺栓的高度不同，因此传感器不能一同接触到螺栓的顶部。怎样保持5个传感器移动的一致性，怎样能够做到更经济地使用等问题。中1表示为厚度为205个传感器分别固定在钢板上这样来保证一致性，也节省了分别用5个动力装置的费用，鉴于在检查过程中整个检查机构要受到力的作用，所以钢板与检查机构（也就是1与3）的连接是刚性连接；图中构件2为弹簧，利用弹簧的伸缩保证每个传感器接触到螺栓，以达到检查的目的，另外在整体抬升的时候保证可以将下面的装置弹开。而弹簧由特制的构件11和构件4来固定，当构件5滑到最底端时弹簧为自然长度；图中构件5为阶梯形的管套，其连接如图所示，而固定由构件3上的8销来固定，构件5可以与构件3之间是滑动配合，并能够在一定的范围内滑动，而阶梯管套的阶梯下端又有两种选择：一种选择是实心的钢柱，另一种是图中所示的钢管，比较而言第一种更耐用但自重增加，更重要的是在安装7构件时加工很难。而第二种只需要加工一个内螺纹即可容易的安装上构件7；图中7为替代传感器的构件，其直径是大于11的，这样保证不会探入到螺栓头部的内六角孔中；图中构件6是传感器接触的平台，并用一个螺栓在侧面将其固定在构件5上；图中9为数字测长传感器；图中10为固定传感器的构件。检查的过程就是整体向下移动，构件7接触到螺栓，弹簧被压缩，构件6上升接触传感器，通过传感器的伸缩量来确定螺栓安装正确与否的任务。钢板与提升钢板的活塞杆连接在这里有两个方案可以考虑：活塞杆与连接5个检查机构的钢板，可以像导柱一样采用刚性连接。可以设计一个较为精确的机构来把活塞杆与钢板连接。比较分析可知：方案可以保证检查时较高的精确性，但对于钢板来说，以有两个导向是刚性连接，再在钢板上加工孔时较困难。且安装时较难。方案由于已经有导向与钢板是刚性连接，在检查的这个过程中，精度已经完全可以达到保证，故设计一个机构，中1为设计的连接活塞杆和钢板的机构；2为钢板；3为活塞杆。首先，将活塞杆车成与机构1相配合的螺纹并与之连接，然后在活塞的端部加以垫圈和螺母旋紧。因为有导向柱是刚性连接，所以这个机构还可以保证活塞杆在上下运动时，有一定的摆动而不影响检查的准