1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 某活塞分选机的设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 III 摘 要 随着科学技术的快速发展，汽车需求量日益增加，对汽车性能以及质量的要求也在不断地提高。汽车空调活塞的质量直接关系到汽车空调的 经济性、环保型和运行可靠性，因此，活塞的检测尤为重要。 本课题研究的是汽车空调活塞分选机的设计。首先，介绍了活塞分选机的发展现状、检测类型；其次，对活塞分选机进行方案设计，分析活塞分选机的检测效果；最后，根据活塞分选机的工作原理和设计要求设计出一台活塞分选机。 本次设计中检测系统的优劣、传感器精度的高
2、低以及检测是否灵便都直接关系到活塞的质量。通过大量的资料查阅和理论计算，确立了传感器的类型、气缸的型号以及其他零件的结构，最终设计出比较合理的活塞分选机。 关键词 ：活塞，自动检测，分选机，设计 IV The design of automotive air conditioning piston sorting machine Abstract With the rapid development of science and technology， increasing the demand for automobiles， automotive performance and quali
3、ty requirements are constantly improved The quality of automotive air conditioning piston is directly related to the economy ， environmental protection and reliability of automotive air conditioning Therefore， the detection of the piston is particularly important The research is the design of automo
4、tive air conditioning pistons sorting machine First， introduces the development status and detection type of piston sorting machine Secondly， design schemes of the piston sorting machine and analyze detection effect of the piston sorting machine Finally， according to the principle and design require
5、ments of the piston sorting machine to design a piston sorting machine The merits of detection system， the level of sensor accuracy and testing whether agile are directly related to the quality of the piston Through a lot of material review and theoretical calculation， establish the type of sensor，
6、the cylinder model as well as the structure of other parts， design a more reasonable piston separator in the end Keywords： piston， automatic detection， sorting machine， design V 目 录 摘要 . Abstract. 1 绪论 .1 1.1 课题的背景及意义 .1 1.2 国内外发展现状 .1 1.3 课题研究的主要内容 .3 2 活塞分选机的总体设计 .4 2.1 总体设计内容 .4 2.2 总体方案设计 .5 2.3
7、 方案评价 .5 2.4 总体布置设计 .5 3 主要零部件的设计计算与校核 .8 3.1 气缸的选择 .8 3.2 拉伸弹簧的设计计算 .8 3.3气缸连接块的设计与校核 .11 3.4 总装配图及工作原理 .12 4 机架与台面板的设计说明 .14 4.1 机架的结构设计 .14 4.1.1 机架设计准则 .14 4.1.2 机架设计的一般要求 .14 4.1.3 机架的材料选择及截面形状 .14 4.2 台面板的结构设计 .16 结论 .18 参考文献 .19 致谢 .21 附录 .22 附录 1 总图 .23 附录 2 机架 .23 附录 3 台面板 .24 附录 4 不锈钢罩盖 .2
8、4 附录 5 控制柜支座 .25 附录 6 控制柜 .25 附录 7 检测装置 .26 附录 8 底板 .26 VI 附 录 9 竖板 .27 附录 10 夹具组件图 .27 附录 11 气缸连接块 .28 附录 12 气缸连接块 A.28 附录 13 气缸安装版 1.29 附录 14 气缸安装版 2.29 附录 15 夹具定位块 2.30 附录 16 活塞定位夹具 1.30 附录 17 调节螺钉 .31 附录 18 直线导轨定位座 1.31 附录 19 直线导轨定位座 2.32 附录 20 分选机球头 .32 附录 21 螺栓 .33 附录 22 直线导轨 -滑块 .33 附录 23 弹簧
9、.34 某活塞分选机的设计 1 1 绪论 1.1 课题的背景及意义 现在，随着科技的快速发展，汽车已越来越多地走进人们的生活，成为人们的代步工具。汽车空调已是汽车车身内部重要装置之一，汽车空调 系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置 ， 它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。 制冷压缩机是 汽车空调制 冷系统的心脏， 而活塞是压缩机的主要配件之一， 由于活塞 在汽缸内 作往复运 动 ， 且速度在不断变化， 这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷 ， 动力平衡性能差，限制了压缩机转速的提高 。 活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形
10、并加速磨损 ，因此，活塞质量的好坏直接影响空调的质量以及性能，活塞质量检测的提高成为推动汽车行业发展的重要因素 1。 随着技术的提高以及汽车对空调的经济性、环保型和可靠性的要求越来越严格， 通常将活塞的外圆设计成中凸变 椭圆， 其 型面是由横向椭圆截面和 中 凸型 线 叠加而成 2。 因此，对其型面的检测实际 上可 以 分为横向椭圆截面检测和中凸型线检测两部分 3。从纵向截面看，其型面呈鼓形；从横截面看，则成椭圆形。 如此复杂的外形，给机械加工带来困难， 因此对它检测很有必要 4。有效的检测是其中的关键，将检测的数据进行分析，能够自行发现质量的问题，并分析产生质量问题的原因，这对保证活塞的加工
11、质量具有重要意义 5。检测系统的优劣，精度的高低以及检测是否灵便都直接关系到活塞出厂的质量，检测活塞装配关系到活塞在汽缸内的装配是否正确 6 - 8。 活塞质量不仅取决于加工质量，而且也取决于检测质量，因此，准确、有效又快 速地检测活塞在汽车工业中显得很重要，活塞外径测量能实现对缸套的优化配对 9。 1.2 国内外发展现状 随着近年来计算机技术、测量技术的迅速发展，为活塞的自动检测提供了硬件及软件 双 方面的保证 。 少 数发达国家已成功地研制了多种型号的 活 塞自动测量系统并得到广泛应用 ， 由于自动测量系统价格不菲，在国内，除少数企业引进了发达国家的活塞自动测量机外，大部分活塞生产企业仍然
12、依靠手工 检测。 （ 1）活塞的接触式检测 基于 ISA 总线的活塞自动检测及分选机 ：该测量机利用浮动测量原理，采用电涡流传 感器把待检测活塞规定的三个断面直径尺寸转换为频率信号，用集成芯片 8253对频率信号进行 F/D转换，再用并行接口芯片 8255扩展 I/O接口电路，通过 ISA总线连接计算机，计算机采集数据，并在处理后输出测量结果，同时输出控制信号控制活塞的分选 10。 某活塞分选机的设计 2 活塞自动检测机的研制 ： 活塞自动检测机共检测活塞外圆直径、外圆椭圆度、环槽槽底直径、外圆型线，销孔直径、压缩高、销孔圆柱度、销孔与活塞外圆的垂直度、活塞重量 、 气门坑深度等参数 。运输料
13、道把活塞送至活塞外圆检测工位， 定位块在液压气缸作 用下向上升起， 并 定位活塞，然后由步进电动机驱动 来 作旋转运动，由电感式传感器测量活塞裙部径向位移信号，信号经 A/D转换电路处理后送入计算机，由分析软件进行数据处理 11。 基于嵌入式系统的活塞外径自动测量及分选系统 ： 该系统主要由被测工件输送子系统 、 数据采集子系统、工件分选分组子系统 以及 PC104控制系统组成 。被测工件从传送机构输入端进入工件流 ， 按一定速度运行，当控制系统检测到工件到达接近 开关时，启动其后的 数据采集系统 来循环采集数据，直到得到活塞的真实测量值，并存入数据库中。 工件到达分选系统时，控制系统通过数据
14、 分析以及分组规则，启动相应电磁阀，由分选机将工件送入工件存放架中 12。 （ 2）活塞的非接触式检测 活塞外圆的非接触式在线检测技术 ：根据激光干涉原理，采用 超精密激光测位仪 作为主要测试仪器， 把测头安装在刀架上 对活塞的 中凸变椭圆裙面 进行测量，用一台通过 RS-232 串行口与其相连的计算机来进行数据处理。用回归分析的方法对活塞横截面的测量数据进行处理，用滑动平均方法对活塞的中凸型线进行处理 13。激光干涉中，采用哈特曼方法检测活塞像差 14。 智能图像检测在活塞在线分选中的应用 ：该系统结合 VB与智能图像传感器，充分利用 VB 与智能图像传感器的特点，使检测系统更方便有效。 当
15、活塞在传送带上到达触发位时，光电触发 器 开关触发 ， 智能传感器拍摄图像 ， 对获得的图像进行处理并根据检测结果输出具体操 作指令。 对同一种活塞，当其在正位 以及出现旋转时，系统都能准确快速将其识别出来， VB 界面中指示灯为绿色。当检测到的活塞不合格时，扬声器及信号灯报警， VB 界面中 的 指示灯为红色，同时信号分配器输出 的 指令使 PLC 控制汽缸完成一次推动，将不合格 的活塞分选出 15 16。 基于 CCD 的非接触式活塞外圆在位检测系统 ： 测量系统 采用 投影法来实现对活塞外圆的在位检测 ， 由摄像头、图像采集卡和计算机组成 。 进行检测时，摄像头和漫反射光源同时移动至相应
16、的测点处停止，然后转动主轴或伺服电 动 机带动工件和摄像头开始进行中凸型面或椭圆横截面的检测 。 由于在位检 测 测量的是由刀具往复运动产生的工件半径缩减量所造成的位置信息，因此，光线通过工件表面的遮挡就会造成一定的变化，这种变化代表了测量点的相应位置信 息 17。 某活塞分选机的设计 3 1.3 课题研究的 主要内容 研究的主要内容是对活塞分选机进行产品开发设计，通过网上及书籍资料查询现有市场上的活塞分选机的外形尺寸以及分选方式等技术参数确定本设计中活塞分选机的结构方案，主要是依据设计原理，设计出适用的结构，选择合适的位移传感器，完成对气缸、气缸连接块、拉伸弹簧等相关零部件的选用和设计计算，
17、并绘制机器装配图和主要零件图。 主要内容如下： （ 1） 了解国内外尺寸自动测量的发展趋势。 （ 2） 了解位移传感器工作原理。 （ 3） 总体方案的确定。 （ 4） 分选零件准确的堆放。 （ 5） 主要零件的设计计算与校核。 某活塞分选机的设计 4 2 活塞分选机的总体设计 2.1 总体设计内容 本次设计的活塞分选机 属于接触式检测，主要由检测装置和显示装置两大部分组成，被检测的活塞如图 2-1所示。 此次设计的 分选机采用中间夹具固定，两头分别用气缸带动直线导轨上的夹具并用位移传感器进行检测并显示。分选后设备控制抽屉自动打开，防止误操作 ，分选后活塞准确堆放。活塞的检测如图 2-2所示。
18、图 2-1 被检测活塞 检测前需要对活塞间隙尺寸进行校核，以校核尺寸作为基准，再以检测的数据与校核数据进行比较，从而分选出质量不一的活塞。 1-位移传感器； 2-夹具定位块； 3-分选机球头； 4-活塞； 5-活塞定位夹具 图 2-2 活塞检测示意图 某活塞分选机的设计 5 2.2 总体方案设计 总体方案的设计思路如图 2-3 所示。 图 2-3 设计思路 2.3 方案评价 该方案采用位移传感器对活塞间隙值进行检测，通过界面的显示分析，能有效快速地分选出不合格的活塞，分选后设备抽屉自动打开。方案中的位移传感器精度为 1m，符合设计要求。 该方案设计出的活塞分选机结构简单、横截面尺寸小、维修简便
19、以及操作简单，降低工人的劳动强度，节省时间，大大提高分选效率，同时也提高分选质量。 2.4 总体布置设计 （ 1）检测装置 检测装置主要由气缸、位移传感器、直线导轨以及夹具组成。位移传感器是检测装置的核心结构，其精度的高低关系到检测的灵敏度，此次选择的位移 传感器精度为 1m。 检测装置如图 2-2所示。 位移传感器的工作原理：位移传感器 是一种属于金属感应的线性器件， 功能在于把直线机械位移量转换成电信号 。 接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的手工上料 位移传感器检测及显示（活塞间隙测量） 位移 传感器 2 检测及显示（端面误差测量） 显示分析 手工卸料
