汽车调温器橡胶圈自动装配机机械设计

图3.16 三维装配效果图
作用： 该装置主要用于实 现汽车调温器和橡胶 圈的装配； 动力源： 夹具的驱动力是气 缸，采用齿轮齿条机 构实现夹紧（逆时针）。
三、自动装配机结构设计-6
7.回转工作台传动装置
图3.17 机构运动简图（XOZ平面）
图3.18 机构运动简图（XOY平面） 作用：
该传动装置实现工作台的间歇性回转 蜗轮蜗杆：1.达到大传动比一级减速； 2.传递空间交错轴间运动和 动力； 凸轮机构：实现回转工作台的定位； 槽轮机构：实现工作台的间歇性回转； 齿轮系：1.传递动力； 2.在空间上将力的传动型式和 能量进行平移。
Ft —主动件与运动方向相反；
从动件与运动方向相同 Fr —各自指向轮心 图4.1 蜗杆传动受力分析-1
Fa —蜗杆用左右手定则判定
四、主要零部件的设计计算-2
蜗杆传动受力分析-2
受力分析（二）
（1）蜗杆的圆周力Ft1（其大小等于 蜗轮上的力Fa2，方向相反）
（2）蜗杆的轴向力Fa1（其大小等于 蜗轮上的圆周力Ft2,方向相反）
图3.6 气缸的种类（节选）
气缸的实际工作要求：
行程为40mm，最大负载 不超过5kg,直线导轨的 最大摩擦系数不超过 0.3,气缸的安装角度为 90°。 名称 圆缸 方缸
横向比较：
缺点
选用结果：
由于X向、Y向气缸对 其结构要求不高,同时为 了缩短设计周期、降低 制造成本，采用亚系标 准气缸。[台湾AMAC公司 （日本SMC公司）的气缸] 夹紧缸精度要求比较 高，采用欧系非标气缸。
图2.3 自动装配机工作原理图（总图）
二、系统方案设计-4
工作原理和流程-2
1.机架； 2.橡胶圈送料气缸； 3.橡胶圈储料仓；4.装配气缸； 5.橡胶圈装配机械手； 6.换向齿轮； 7.齿条； 8.定位块； 9.回转工作台； 10.传动装置； 11.蜗杆； 12.蜗轮； 13.凸轮； 14.防护罩
三、自动装配机结构设计-4
4.橡胶圈送料装置
图3.11 装配剖视图
图3.12 机构运动简图
Байду номын сангаас
作用： 该装置主要用于实 现橡胶圈的自动送料； 动力源： 装置的水平运动采 用气压驱动。
图3.13 三维装配效果图
三、自动装配机结构设计-5
5.装配扩张收缩装置
图3.14 装配正视图
图3.15 机构运动简图
MT2=MT1iη , η为蜗杆 传动总效率
（3）蜗杆的径向力Fr1（其大小等 于蜗轮上的 径向力Fr2,方向相反）
图4.2 蜗杆传动受力分析-2
四、主要零部件的设计计算-3
蜗杆材料属性 材料 40Cr
屈服极限σs 强度极限σb
蜗杆传动有限元分析-1
伸长率δs
785MPa
980MPa
9%
回转工作台传动装置中的蜗杆： 为整个传动装置输入轴，属传动轴，传递扭矩，承受切应力，为最危险杆件。
图1.1 汽车调温器作用
图1.2 调温器手工装配生产线
一、课题来源和意义-2
汽车调温器橡胶圈自动装配机技术要求如下， 3 ,完成整个 1 自动装配系统的设计：根据设计要求和现实状况 自动上料系统的分析：对振动式上料机工作原理以及影响其 自动装配系统的总体方案设计。 供料速度各参数进行理论分析和选型。
五、关键机构运动分析-3
3、橡胶圈送料装置
（Ⅱ）
图5.3 橡胶圈送料板仿真位置时间图
理论工作循环图
分析：将橡胶圈送料板仿真位置时间图与理论工作循环 图对比可知：仿真结果和理论结果近似相等，其 设计符合工作要求。
五、关键机构运动分析-4
4、橡胶圈装配机械手
（Ⅳ）
图5.4 橡胶圈装配瓦仿真位置时间图
请评委老师批评指正！
三、自动装配机结构设计-1
2.气缸 3.振动式上料机 1.橡胶圈装配机械手
8.回转工作台
4.橡胶圈送料装置 5.装配扩张收缩装置
6.下料挡板 7.回转工作台传动装置 图3.1 自动装配机三维装配效果图
三、自动装配机结构设计-2
1.橡胶圈装配机械手
图 3.3 装配俯视图 装配仰视图 图 3.2
图3.4 机构运动简图
图2.2 自动装配机方案二总体结构图
二、系统方案设计-3
工作原理和流程-1
1.调温器放在工作台上，旋 转到装配位置； 2.橡胶圈送料板从橡胶圈储 料仓最底层推送出一个橡 胶圈； 3.装配瓦向下运动，从橡胶 圈送料板中撑起橡胶圈， 向上运动； 4.橡胶圈送料板收回到原 位； 5.装配瓦带着橡胶圈向下运 动，运动到装配位置； 6.夹具夹紧收缩，环形卡槽 卡住橡胶圈； 7.装配瓦向上运动，（由于 夹具卡槽对橡胶圈大约有 0.2Kg的定位卡紧力，故 装配瓦离开后，橡胶圈不 会被带走），此时，橡胶 圈自动收缩，装配到调温 器外缘上； 8.夹具松开，工作台旋转， 装配下一个调温器，如此 循环工作下去。
图3.5 三维装配效果图
作用： 该装置主要用于实 现橡胶圈的张紧； 动力源： 装置整体的上下运 动和装配瓦的伸缩运 动均由气缸实现。
三、自动装配机结构设计-2
2.气缸选择
图3.7 亚洲系列圆缸
作用：
气缸是气压传动中将压缩气体的压力 能转换为机械能的气动执行元件。气缸 可根据机构的需要进行设计,但尽量直接 选用标准气缸。
理论工作循环图
分析：橡胶圈装配瓦是装配的执行件，将橡胶圈装 配瓦仿真位置时间图与理论工作循环图对比 可知：仿真结果和理论结果近似相等，其设 计符合工作要求。
六、创新点
1 实现了汽车调温器和橡胶圈的上料、送料、装配、
下料全自动化生产；
2 产品生产周期和生产节拍可根据厂家需求进行人性
化设计；
3 做了系统气压传动控制设计。
四、主要零部件的设计计算-6
图4.8 橡胶圈安装定位块设计图
五、关键机构运动分析-1
1、凸轮
图5.1 凸轮轮廓位移曲线图
五、关键机构运动分析-2
2、装配扩张收缩装置
（V）
装配扩收装置
图5.2 装配扩张收缩装置仿真位置时间图
理论工作循环图
分析：将装配扩张收缩装置仿真位置时间图与理 论工作循环图对比可知：其设计符合要求。
汽车调温器橡胶圈自动装配机机械设计
指导教师：常治斌 设 计 者：明正惠 班 级：T913-4
目 录
一、课题来源和意义 二、系统方案设计 三、自动装配机结构设计 四、主要零部件的设计计算 五、关键机构运动分析 六、创新点
一、课题来源和意义-1
课题来源：东风富士汤姆森调温器有限公司
课题意义： 汽车调温器橡胶圈的装配目前主要由手工操作，劳动强度 大，生产效率低。汽车调温器橡胶圈自动装配机可以完成调温 器与橡胶圈的自动装配，节约人力，提高生产效率。
查资料，动载荷下安全系数：ns=3 由第三强度理论公式:许用应力[σ]= σs/ns=262MPa
工况扭矩：M=576N*m； 施加扭矩：M=1000N*m
图4.3 蜗杆有限元网格划分图
图4.4 蜗杆施加扭矩图
四、主要零部件的设计计算-4
蜗杆传动有限元分析-2
分析： MAXvon-Mises 应力 =60.04MPa <许用应力
优点
1.进气出气 1.圆跳、全跳大 比较快 2.瞬间冲击振动 2.成本低廉 大 运行平稳 成本较高
三、自动装配机结构设计-3
3.JK-振动式上料机
图3.8 JK-振动式上料机模型图
图3.9 JK-振动盘上料机示意图
图3.10 橡胶圈振动上料机实物示意图
作用： 该装置主要用于实 现橡胶圈的自动供料。
装置
图2.5 自动装配机各执行机构工作循环图
二、系统方案设计-6
装配工艺流程
自动装配机装配系统由以下几个工位组成：调温器 上料工位——橡胶圈上料工位——调温器与橡胶圈装配 工位——成品取料工位：
图2.6 装配工艺流程图
二、系统方案设计-7
系统气压传动控制设计
X1
X6
图2.7 系统气动控制原理图
系统气动控制原理概述：系统中X向气缸、Y向气缸和夹紧缸均只需两个工作位置，故其配用
[σ]=262MPa 故，蜗杆设计 符合要求。
图4.5 蜗杆von-Mises应力图
分析： MAX变形 δ=0.085835mm <许用伸长率 [δs]=0.09mm 故，蜗杆设计 符合要求。
图4.6 蜗杆变形（位移）图
四、主要零部件的设计计算-5
内齿轮 基本参 数:
图4.7 自动装配机回转工作台设计图
5-1.装配瓦； 5-2.夹紧气缸； 10-1.盖板； 10-2.蜗轮； 10-3.缺口圆盘；10-4.转臂； 10-5.圆柱销； 10-6.槽轮； 10-7.花齿轮
图2.4 自动装配机工作原理图（局部放大图）
二、系统方案设计-5
各执行机构工作循环
工作台传动装置 （电机驱动） X向送料气缸 （气压驱动） Y向装配气缸 （气压驱动） X向夹紧气缸 （气压驱动） X向装配气缸 （气压驱动）
图 图 3.19 3.20整体装配外形图 传动装置机构图
四、主要零部件的设计计算-1
蜗杆传动受力分析-1
受力分析（一）
蜗杆传动时，齿面上作用的 法向力Fn和摩擦力Ff可分解为三 个相互垂直的分力：圆周力Ft、 径向力Fr和轴向力Fa。∑=90°且 蜗杆主动时，蜗杆蜗轮所受力的 大小和对应关系为：
各力方向：
4 2 自动移置机构的设计：完成气动装配机械手中气缸的选型； 自动传送系统的设计：选择合适的分度机构,并根据工作要求 完成气压传动设计；下料机构设计。 完成间歇传动系统的选型与设计。
图1.3 汽车调温器（未装橡胶圈）
图1.4 汽车调温器（装上橡胶圈）
二、系统方案设计-1
方案比较：方案一
该结构巧妙的运用伸缩爪的 结构与伸缩爪滑座及伸缩轴体 的相互配合来完成橡胶圈的张 开及自动装配。 1.气缸带动伸缩轴体向下运 动，并压缩圆柱螺旋压缩弹 簧压缩契块向下运动带动伸 缩爪A向下运动； 2.一段行程后契块与伸缩爪B接 触，带动伸缩爪B向下运动； 3.运动一段行程后（伸缩爪已 经进入橡胶圈里）契块挤压 伸缩爪A、B向外扩张，将橡 胶圈张开; 4.节温器顶升到位后，气缸开 始回程，首先压缩弹簧对契 块的压力减少，橡胶圈慢慢 松开； 5.气缸继续回程带动伸缩轴体 向上运动，伸缩轴体上挡块 带动伸缩爪A开始向上，橡胶 圈脱离伸缩爪A卡在调温上； 6.一段距离，伸缩轴上的另一 组挡块带动伸缩爪B向上运动 抽离橡胶圈，使橡胶圈完全 卡在调温器上,完成一个工作 循环 。
图2.1 自动装配机方案一总体结构图
二、系统方案设计-2
方案比较：方案二
1.调温器放在工作台上，旋 转到装配位置； 2.橡胶圈送料板从橡胶圈储 料仓最底层推送出一个橡 胶圈； 3.装配瓦向下运动，从橡胶 圈送料板中撑起橡胶圈， 向上运动； 4.橡胶圈送料板收回到原 位； 5.装配瓦带着橡胶圈向下运 动，运动到装配位置； 6.夹具夹紧收缩，环形卡槽 卡住橡胶圈； 7.装配瓦向上运动，（由于 夹具卡槽对橡胶圈大约有 0.2Kg的定位卡紧力，故 装配瓦离开后，橡胶圈不 会被带走），此时，橡胶 圈自动收缩，装配到调温 器外缘上； 8.夹具松开，工作台旋转， 装配下一个调温器，如此 循环工作下去。
电磁阀均选用2位5通电磁阀，单电磁铁驱动，弹簧复位。 其中，气缸的工作位置由磁性开关检测，当磁环靠近固定在气虹上的磁性开关时，磁性开关上 两根磁簧片被磁化从而使触点闭合，产生电信号；当磁环远离磁性开关后，舌簧片失磁，触点断开， 电信号消失。磁性开关安装在气缸的两个极限位置，分别编号XI—X6。 在一个工作循环过程中，水平运动气缸，垂直运动气缸和夹紧气缸分别动作一次。