1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 某活塞分选机的设计 1.前言 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 (如图 1 所示 )是压缩机的主要配件之一， 压缩机的活塞在汽缸内不断地运动，改变了汽缸的容积，从而在制冷系统中起到了压缩和输送制冷剂的作用。 由于活塞作 往复运 动 ， 且速度在不断变化， 这就产生了很大的惯性力，使
2、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， 活塞 现 已发展成为集轻质高强度新材料、异型销孔、异型外圆复合型面等多项新技术于一体的高技术含量产品，以保证活塞的耐磨性、耐热性、平稳的导向性和良好的密封功能 。 为满足以上 的功能要求， 图 1 空调活塞 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
3、。 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。 2.主题 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
4、能实现对缸套的优化配对 9。 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 I
5、SA 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。 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
6、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 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
7、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
8、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。 接触式检测既减轻工人的劳动强度，又
9、提高检测效率，是有较强的实用价值，但该测量机测量活塞是接触式测量，测量时 难免会划伤工件表面，影响检测精度； 非接触式检测虽检测精度高，对工件没有损伤，但是成本高，结构复杂，不利于活塞厂家的普及。 3.总结 综合上述，活塞检测技术已慢慢从手工检测向活塞自动检测方向发展， 但由于检测装置的复杂性以及成本的问题，使得先进的 检测装置未能得到普及。所以在设计活塞检测装置时，应考虑到成本问题以及能否适用于大多数活塞生产厂家。正确认识检测设备的优缺点以及检测存在的常见问题，对于我国提高检测活塞质量的水平具有重要意义。 现在对于活塞、 活塞环、活塞销等典型零件，目前大多采用柔性化专用检测设备和高效综合终检
10、机来控制产品的质量，使汽车零部件的质量有了显着提高，为我国汽车制造技术的飞跃打下了坚实的基础。 随着计算机技术的不断发展，自动检测系统将充分开发和利用计算机的资源，采用特定的软件算法和技术，进行信号的分析、测量和激励信号的形成，从而能在 硬件显著减少的条件下，极大地提高测试功能，使自动检测系统的控制器不仅仅控制系统的协调工作，而且直接参与信号的产生，完成被测工件性能参数的测量。 4.参考文献 1 侯英岢 活塞质量检测与生产过程控制系统的开发 J. 通用机械 ，2005， (1)： 56 58. 2 赵明 . 基于汽车活塞检测的应变片式微位移传感器系统研究 D沈阳：沈阳理工大学 ， 2008 3
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