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1、中文摘要生产过程自动化是当前科学技术发展的主要趋向之一。近年来，我国机械制造业中的自动化生产技术有较快的发展，在汽车、拖拉机、轴承、电机等工厂里设计和制造了许多自动化机床和自动线，提高了劳动生产率和生产技术水平，还改善了劳动条件。轴承是一种通用性机械零部件，用来支撑轴，保持轴的准确位置，在我们日常生产生活中，起到了极大的作用。轴承的分类很多，滚针轴承就是其中很重要的一种。由于其结构特性，滚针轴承在以往的装配过程中，大多采用手工，既费时又费力，极大限制了劳动生产率的提高。要实现滚针轴承装配自动化已经迫在眉睫。本次设计的全自动滚针轴承装针机是专为汽车万向节中的滚针轴承装配设计的，其主要特点是结构简
2、单，价格便宜，易于操作，维护方便，并且装针数目准确可靠，是一种比较理想的装配机。本装配机可以绝大部分取代人力劳动，大大提高生产效率，发展前景乐观。关键词 滚针轴承 装配自动化 全自动滚针轴承装针机外文摘要Title The Design Of The Automatic Assembling Machine For Needle Bearings AbstractProcess automation is one of the major directions in science technology at present。In recently years，the technology o
3、f 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 l
4、evel 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 ou
5、r 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
6、 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 mo
7、re，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。K
8、eywords needle bearing assembling automation the automatic assembling machine for needle bearings目录1 引言11.1 设计意义及目的.11.2 设计题目及要求.11.3 课题内容及工作量.1 2 总体方案设计32.1 课题的提出.32.2 总体方案.3 3 典型机构设计.53.1 滚针的自动上料机构.53.2 轴承外圈的上料机构.133.3 装配和卸料装置.183.4 凸轮机构.203.5 传动系统设计.274 机器的使用和维护.354.1 机器的调整.354.2 机器的使用.354.3 机器的维
9、护.365“U”形块的加工工艺过程.37结论.42致谢.43参考文献.44附录 电算程序45图 轴承外圈上料机构仿真图.491 引言1.1 设计意义及目的1.1.1 设计意义此次毕业设计是在我们学完全部基础课程和专业课程之后，并在生产实习和以前进行的各种课程设计基础之上，进行的一个重要而不可或缺的教学环节。这是我们在校期间进行的最后一次，也是最全面的从生产调研到具体设计的全面训练。这一次最接近于生产实际，是对我们在今后的实际岗位上从事设计工作的一次预演，同时培养我们理论与实际相结合的能力。1.1.2 设计目的培养我们查阅文献和使用工程手册的能力。掌握进行工程设计工作的一般方法。进一步培养分析和
10、解决工程技术问题的独立工作能力。1.2 设计题目及要求1.2.1 设计题目滚针轴承自动装针机设计。1.2.2 设计要求装针机以CA141汽车传动轴中的万向节滚针轴承为装配件。机械手每分钟装配成品十只。1.3 课题内容及工作量1.3.1 课题内容内容为设计研究CA141汽车传动轴中万向节滚针轴承的自动装针机。1.3.2 工作量主机设计1张A0图纸（草图）。设计说明书一份（20000字）。外文翻译（5000字）。上机绘制5张A0图纸（CAD）。2 总体方案设计2.1 课题的提出轴承装配（含轴承成品的自动检测、自动包装）自动线一直是困扰着技术进步的难题。在国外著名的轴承公司，这项技术已实际成功应用多
11、年。而国内靠国外引进，而使用效果仍不能令人满意。因而研发轴承装配自动生产线，并与轴承的磨削自动生产线有机连接，对于提高轴承的生产效率和产品质量，减少工序流动中的轴承零件的数量，减少人工干预的影响、降低成本，意义是显著的。本课题研究就是其中一例，内容为设计研究CA141汽车传动轴中万向节滚针轴承的自动装针机。以往滚针轴承的装配过程为人工操作，由人工先数清滚针数目，然后装入轴承外圈内部。本课题就是为了解决由人工装配带来的繁重劳动问题，使由机器工作完全代替以往的人工劳动而提出的。本装配课题在实际解决后，即自动装针机实际投入使用，完全代替人工劳动后，将会大大提高劳动生产率，更重要的是，节省了大量人力物
12、力资源，对企业效益提高大有益处。2.2 总体方案经过两周到一汽的生产实际调研，结合工人的实际生产经验，提出以下设计方案：整个装配系统采用卧式装针方式，轴承外圈采用直立状态，开口端正对滚针进给端，滚针采用横向进给方式，即采用一特殊装配装置使滚针安排成圆周均布状态，其圆周直径和轴承外圈内壁直径相同，然后采用一推套把滚针推入轴承内，滚针只需排入轴承内壁即可，从而完成整个装配过程。为了实现上述方案，本装配系统采用五大机构：滚针的自动上料机构，轴承外圈的上料机构，装配和卸料装置，凸轮机构，传动系统。滚针需要整齐的排序，此机构利用电磁产生的微小振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用驱使滚针向前运动，并在运动过
13、程中自动定向的原理，采用振动式料斗进行上料，轴承外圈上料机构采用重心偏移法定向的料斗装置原理，具体采用特制一斜边推块上料机构，装配和卸料机构采用一汽实习时所见之装配原理，并进一步改进而成。为了实现装配和卸料机构中推套的运动，采用一圆柱凸轮摆杆机构。由于本系统所需转速低，各轴之间传动比要求低，所以采用链传动，并且结构简单紧凑，对本系统特别适用。综上所述：本装配机的总体方案合理可行。 3 典型机构设计本装配系统采用五大机构：滚针的自动上料机构，轴承外圈的上料机构，装配和卸料装置，凸轮机构，传动系统。3.1 滚针的自动上料机构3.1.1 自动上料装置类型及特点自动装卸工件装置通常惯称自动上下料装置或
14、自动上料装置。它所完成的工作包括将工件自动安装到机床夹具上，和加工完成后从夹具上下工件。其中的重要部分在于自动上料过程所用的各种机构和装置。根据原材料及毛坯形式的不同，自动上料装置有以下三大类型：卷料（或带料）上料装置。将线状的，细棒状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从轴卷上拉出来，经过自动校直被送向加工位置，在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。棒料上料装置。当采用棒料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，然后按每一工件所需长度自动送料，在用完一根棒料之前，加工是连续进行的。单件毛坯上料装置。当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时需要在机床上设置专门的
15、件料上料装置。本装配机的滚针和轴承外圈都属单件成品，所以其上料机构属单件毛坯上料装置。单件毛坯自动上料装置根据其工作特点和自动化程度的不同，可分为料仓式上料装置和料斗式上料装置两种形式。料仓式上料装置是一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自动定向，需要用人工定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。料斗式上料装置是自动化的上料装置。工人将单个工件成批任意的倒进料斗中，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。本装配机基于的思想是为了完全解决以往由人工装配的低效率问
16、题，是为了实现装配的全自动化，所以该上料装置采用料斗式上料装置。3.1.2 两种方案的比较选择生产中应用的自动定向料斗装置有两大类型：机械传动式料斗装置。在查阅一些书籍基础上，见到如图所示之上料机构。其工作原理是：滚针堆放在方形的料斗中，然后通过齿形轮1转动，使滚针顺序落入齿形轮的齿槽内，再通过一输料管送到装配机构2处。方案一：（如图3-1）图3-1 1齿形轮 2装配机构振动式料斗。在查阅大量文献基础上，见到如图所示之上料机构。其工作原理为：滚针堆放在圆盘底部，在微小振动的作用下，沿圆盘内壁的螺旋形料道向上运动，定向正确的滚针从圆盘上部的出料口进入输料管中。方案二：（如图3-2）图3-2 振动
17、式料斗具体工作过程为：圆盘形料斗是由内壁螺旋料道和底部呈锥形的料盘1组成。盘底做成锥体的目的在于使工件向四周运动，有利于走上料道。料斗的底部用连接块14与四个板弹簧5相连接，弹簧5的下端用连接块11固定在座盘4上。这四个倾斜安装的板弹簧沿长度方向的中线在水平面上的投影，正好与半径为r的圆相切。一般这个分布圆的直径2r要小于料盘1的平均直径Dm。在盘底部中央，还固定着衔铁13，电磁振动器的铁芯和线圈12则通过支承盘3安装在座盘4上。通过三个螺钉10可以调节衔铁与铁芯的间隙。整个料斗装置通过下支承盘6与用圆盘7和8组成的支座安装在底板上。当电磁线圈中通入交流电，并且从零增加到最大值时，衔铁13被吸
18、向下，因为板弹簧5的下端固定，于是将产生弯曲变形。由于四片弹簧都是沿圆周切向置的，所以圆盘料斗1产生了既有上下运动又有切向扭转的振动。料斗底部的工件在振动的作用下沿螺旋料道上升，定向后的工件从出料槽15送出。为了防止料斗的振动传给底板或其他装置，也为了避免支座影响料斗的自振频率，在座盘4和下支承盘6之间装有三个螺旋弹簧5，并且用导向杆9使整个料斗装置定心。这种具有一个电磁振动器的料斗结构比较简单，调节衔铁和铁芯的间隙比较方便，但须注意四个板弹簧的刚度应当一致。否则将对料斗的振动产生不良影响。两种方案的比较：方案一结构比较简单，但是在上料过程中存在撞击和摩擦，容易使已经精加工的滚针表面出现划伤，
19、影响轴承的使用性能。同时可能发生卡死现象。方案二在送料和定向过程中，没有机械的搅拌，撞击和强烈的摩擦作用，因而工作平稳。对于已经精加工的滚针来说，用这种料斗是很合适的。最后，选定方案二中振动料斗作为滚针的上料装置，同时采用方案一中的齿形轮作为滚针的二次定向装置。在振动料斗和齿形轮之间用一塑料管连接。经过参考其它上料装置，决定在齿形轮和装配机构之间采用一“S”形管道，有利于滚针的自动上料。3.1.3 振动料斗的设计振动器采用电磁振动器，尺寸参照BK-150控制变压器铁芯的硅钢片尺寸,振动器的铁芯和衔铁间隙取0.41mm。振动器的线圈接入经过半波整流的交流电，此时振动频率为50HZ。经过半波整流后
20、，频率虽然降低一半，但振动节奏分明，料斗振幅加大，而且更易保证料道降移的加速度高于升移的加速度，有利于滚针向上滑行，因而能保证较高的送料生产率。如图3-3为振动器的电路图，电路中的半波整流器采用耐压400伏特以上，最大允许电流0.55安培的整流二极管。图3-3 振动器的电路图支撑弹簧支撑弹簧的主要参数为截面尺寸和倾斜角。应用类比法初步确定板弹簧的截面尺寸为16mm，厚度为2.5mm，材料为65Mn，在调试过程中再作适当的修正。支撑弹簧的倾斜角决定于螺旋料道的振动升角的大小。经验表明，经过半波整流时取=2025，角不宜过大或过小，角较小时，工件向前的分速度大，但瞬时腾空的作用减小，适宜于精密、细
21、小的工件送料；角较大时，腾空抛掷的作用加强，会导致降低送料平均速度，产生较大的噪声。于是取=20。对于圆盘形料斗，一般支撑弹簧固定点的分布圆直径2r比料斗的中径Dm要小，所以支撑弹簧的倾斜角不等于角，为了得到选定的角，须用下式换算：tg=Dmtg/2r 即： =arctg(Dmtg/2r)=arctg(327tg20/310)=21圆盘料斗圆盘料斗应尽量做得轻巧些，一般都用铸铝制成整体式，然后将螺旋料道车出。圆盘料斗的主要结构参数是：螺旋料斗的升角、升距t和中径Dm。螺旋料斗的升角， 升角愈小，工件的平均速度愈高，但料道的螺旋圈数增多。当工件的高度或直径较大时还会使料斗直径显著增大。值也不能太
22、大，当增加到某一极限值max时，工件将不能向上滑移。根据相关分析工件在料道上滑移的条件可知，角的极限值与角和摩擦系数有关，从经验公式可得：tgmaxtg(-)tg即： maxarctg(tg)所选取的值应比max小，一般=15。取=3。料道螺旋升距t：应保证两层料道之间不让工件直立通过，其升距可按下式决定：t=1.6L+S=1.618+9=38（毫米）式中L工件在料道上的长度（毫米）； S料道板的厚度（毫米）。螺旋料道的中径Dm和料道外径D：中径Dm取决于升角和升距t： Dm=t/(tg)=38/（3.14tg3）=327（毫米）圆盘料道的外径：D=Dm+b+2e=327+9+24=344（毫
23、米）式中b料道的宽度（毫米）； e料斗壁厚（毫米）。 3.1.4 “S”形输料槽曲率半径的确定当滚针在输料槽中运动时，为了防止其在下滑时直立，造成卡死现象，其曲率半径有一定的要求。如图3-4所示：采用反推法，先求出工件能够在弯管中顺利通过的半径。如图工件能通过弯道的曲率半径为： R=(R-s)+L/4由此可得 R=s/2+L/(8s)式中 R输料槽转弯处的圆弧半径 L工件长度式中弧高s应根据输料槽直槽部分B来考虑选取。如果输料槽的直槽部分与圆弧部分做成一样宽的话，则 B=d+c+s式中d工件的直径 c必须的最小间隙，可以用工件的直径d作为公称尺寸，取其67级精度的公差数值根据本工件滚针的自身特性，取s=2mm，则工件可以顺利通过弯道的半径R为： R=s/2+L/(8s)=2/2+18/(82)=21.5式中L=18mm显然，使滚针在输料槽中不会直立的弯道半径R21.5，结合其自身结构取R=16mm。图3-4 “S”形输料槽
