1、 I （ 20_ _届） 本科毕业设计 汽车空调活塞分选机的设计 II 摘要 随着世界经济的快速，迅猛的发展，产品的质量已经成为了全世界的共同语言， 是现代各国经济建设中的一个普遍关注的重要问题。我国汽车工业的高速发展对汽车的关键零部件的质量提出了更高的要求。活塞是关键的零部件之一，活塞的质量好坏，对机器的工作状况有很大的影响。提高活塞质量是目前活塞制造业所面对的一个刻不容缓的问题。 文中详细介绍了质量管理和自动检测技术的发展现状，并根据我国目前在活塞检测方面存在的问题引出本研 究内容。本课题研究的是对活塞分选机的设计，系统采用比较测量的原理实现活塞的长度检测，以确保测量的高精度，高效率和高可
2、靠性。活塞的自动测试分选是全面控制活塞质量的关键技术，它的成功研制以及投入使用对于我国的活塞自动检测技术有重大意义。 关键字： 活塞，分选机，测试 III Abstract As the world economy rapid development, the quality of products has become the common language of the world, and it is become a major issues of common concern of the construction of modern national economies. The
3、rapid development of Chinas automobile industry on the quality of key parts of the car made a higher demand. The piston is one of the key components. The quality of the piston, the working conditions of the machine has a great influence. Improve the quality of the pistons in manufacturing industry i
4、s currently facing an urgent problem. This paper describes the quality management and the development of automated detection technology in detail and according to the present problems of the piston in testing leads to the research. The research project is the design of the piston separator, system u
5、ses the principle of comparative measurement of the length of the piston to achieve detection, in order to ensure that the measurement of high precision, high efficiency and high reliability. Automatic detection of piston is the key technology to control the comprehensive quality of piston. There is
6、 a great significance for the automatic detection of the piston when it successfully developed and put into use. Key words: piston, separator, detect IV 目录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 Abstract. 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1课题的背景和意义 . 错误 !未定义书签。 1.2国内外的研究成果和发展动态 . 2 1.3本文研究的意义及主要内容 . 3 2活塞分选机的总体设计 . 4 2.1设计原
7、理 . 4 2.2总体方案设计 . 6 3主要零部件的计算与校核 . 12 3.1拉伸弹簧的计算与校核 . 12 3.2主要螺栓的计算与校核 . 13 3.3气缸的选择 . 14 4气缸的选择 . 15 4.1机架的设计 . 15 4.2台面板的设计 . 16 结论与展望 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 20 附录 . 21 汽车空调活塞分选机的设计 1 1.绪论 1.1 课题的背景和意义 随着世界经济的快速发展和工业竞争的日益激烈，质量已经成为了全世界的共同语言，是现代各国经济建设中的一个普遍关注的重要问题。 我国汽车工业的高速发展，对汽车的关键零部件的质量提出了更高的要求。活塞是一
8、个典型零件，它被广泛地应用于汽车、摩托车、工程机械、压 缩机、农业机械中。活塞的质量好坏，对机器的工作状况有很大的影响。提高活塞质量是目前活塞制造业所面对的一个刻不容缓的问题。 在我国的活塞检测方面，我们无论是在检测技术还是检测设备上都比发达国家落后。在活塞检测时，温度补偿不能进行，当环境温度发生变化时，同一工件的测量数据就会有相当大的差异，测量过程中不能消除产生的各种误差，例如原理误差、人员误差及定位误差等等。另外，测量数据不是用计算机自动记录的方式，很多都采用人工记录，由于记录比较麻烦，很容易出现数据记错的现象，甚至还有检测人员擅自改动测量数据的问题。 在质 量管理方面，由于工作人员的素质
9、较低，质量的意识不是很强，预防性的质量控制工具没有得到良好的应用。与此同时，由于用于质量管理的数据采用人工记录，其可靠性不高，而且数据处理采用人工的方式，数据计算量非常大，很容易出现计算错误的问题。另外，当生产出现异常时，不容易及时的发现，因而需要相关的软件系统对产生异常的原因进行分析，帮助生产人员及时的找出质量异常的原因并加以纠正。 质量己经是当今全世界共同的语言，质量在国家的战略高度、企业的竞争力和客户的需求等方面都有着非常重要的意义，世界各国都提出要高度重视产品质量。 如 今，客户对于产品质量的要求越来越高，现代管理的首要原则就是产品的质量必须满足客户的要求，也就是说，当今客户对产品的质
10、量要求比任何时候更为严格。 总之，提高产品的质量是当务之急。我国在活塞生产时，在对提升产品的技术含量，提高产品的可靠性和使用寿命的同时，必须同时加强对活塞生产的检测，加强质量的管理，提高产品的质量，生产出更多优质产品，只有这样，才能在国际市场的竞争中保持较高的水平。 由于计算机技术的不断发展，研究和开发一个能够对活塞进行自动数据检测，并将检测到的数据进行分析，进而能够自行发现质量问题，分析质量 问题产生的原因的系统已经成为可能，这对我国活塞产品的现场管理水平的提高、对其加工质量的保证将具有重要的意义。针对汽车空调活塞的质量问题设计一个活塞分选机非常的必要。 2 1.2 国内外的研究成果和发展动
11、态 国外对活塞的质量十分重视。在活塞生产线中，除了各工序的分项检测外，还必须对活塞成品的多参数进行综合检测。目前，在德国、美国、英国、日本等少数发达国家己经成功的研制出了很多种类的活塞自动测量系统，并且在世界上著名的活塞制造公司，如英国 AE、德国 MAHLE和 KS、日本 ART等公司得到了广泛的应用。 但是在国内，除了 少数几个大型企业引进了发达国家的自动测量系统以外，大部分的活塞生产企业仍然靠手工检测。 通过中外科技期刊等网络资源的查询，检索到国内高等院校编写的部分有关活塞检测系统与分组系统的文献。 1） 活塞外圆的非接触式检测 根据激光干涉的原理 ,采用激光测位仪作为主要的测试仪器对活
12、塞裙部的纵向中凸型线和交椭圆横截面进行测量 。 用回归分析的方法来处理活塞横截面的测量数据 , 用 5 点 2 次中心滑动平均的方法对其中凸型线进行处理 1。以 计算机视觉理论为基础，采用图像处理技术，通过非接触式检测，采用计算机视觉进行活塞异型曲面 非接触式测量 2 3。 2） 各种活塞自动检测仪检测系统的 研制 基于 ISA总线的活塞自动检测及分选机，利用电涡流传感器将活塞规定的三个断面直径尺寸转换为频率信号 , 利用 8253 芯片对频率信号进行 F/ D 转换 ,并且用并行接口 8255芯片扩展 I/ O 接口 , 通过 ISA总线来连接计算机 , 实现活塞三个规定断面直径尺寸的自动数
13、据采集 4。根据活塞裙部廓形的复杂性以及现行对活塞检侧的方法中存在的诸多问题，采用活塞止口定位和内拉杆夹紧结构，找到活塞测量的基准点，通过对 活塞外圆直径 、 外圆型线 、 外圆椭圆度 、 环 槽槽底直径、销孔圆柱度 、 压缩高 、 销孔直径 、 销孔与活塞外圆的气门坑深度 、 垂直度 、活塞重量等参数的测量 ，对活塞进行检测 5 6、 7。利用 超声检测的原理 ,将超声波信号转换为具有缺陷特征信号并且在 FPGA处理的过程中 ， 提出一种基 FPGA的超声波智能检测方法。该方法能够高效智能地对镶圈活塞的粘接面缺陷进行自动判定 8。针对活塞圆度误差检测的要求，根据活塞端面图像边缘的灰度阶跃性的
14、变化 ， 通过图像处理 ， 检测出活塞端面的边缘 ， 并提取其边界 ， 进而确定其边界特征的位置和大小 。 图像边界圆的检测包括圆心位置检测、圆边缘 检测 。 边缘误差的测量是以圆心为参考点进行测量 ， 先拟合出边界函数 ， 再与标准函数进行像素级比较 ， 得到圆位置的偏差和圆度偏差 ， 圆心位置的确定并且结合圆自身的特性 ，用最小二乘法对取得的坐标进行圆拟合 ， 得到圆心坐标和圆函数 ， 从而得到圆的位置和大小 9。 3) 智能图像检测在活塞分选中的应用 汽车空调活塞分选机的设计 3 将机器视觉检测技术应用于活塞的在线视觉检测分选中，开发一套智能图像的检测系统。该系统将 VB与图像传感器相结
15、合，充分利用 VB结合智能图像传感器的特点，使检测系统操作更加简单、高效和精确。在检测中，主要应用了模板匹配原理对 图像进行识别 10。 采用数字图像的检测方法 ， 运用计算机的图像处理技术 ， 结合 Matlab强大的数学运算和图像处理能力 ， 对活塞端面圆度进行像素级误差检测 9。 4） 其他对活塞内外圆的检测方法 对 活塞的质量特征，即其几何特性参数 的分析， 描述构成活塞几何体所具有的基本参数，包括活塞的重量、体积、重心、惯性矩等 11。对 活塞外圆专用检具的误差来源的分析，计算出检具的测量不确定度，并用它测量活塞外圆的不确定度，并给出测量结果 12。 通过在现有的试验台上安装图像监控
16、系统 ,用基于联合灰度级分布的动态图像差分法 ,有 效的避免了光照的影响 ,得到热冲击过程中裂纹扩展信息 ,为热损伤的量化分析提供了方法 13 以及对活塞外圆加工刀纹故障的检修 14。还有国外研究活塞在液压缸中的定位情况 15，和 由异辛烷液滴连续滴落到热活塞表面产生的一系列的特征 16。 1.3 本文研究的意义及主要内容 目前，随着我国经济的高速发展，企业的竞争也比以前更加激烈，我国的企业要在世界性竞争中利于不败之地，必须提高产品的质量。我国的活塞生产企业存在着企业多，但是企业规模小，生产自动化低，人员素质不高等问题。本人在对前人研究深入总结的基础上，设计 的活塞分选机来解决上述问题。主要包
17、括以下内容： （ 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）分选零件准确堆放。 （ 5）主要零件的设计计算与校核。 4 2活塞分选机的总体设计 2.1 设计原理 活塞自动检测系统工艺流程示意见图 1 所示，其整个流程呈线性布局，前端与检测平面案板相连，检测平面案板用于检测人员检验活塞外观质量，外观检测合格，在进行活塞断面高度检测，检测合格后在进行间隙长度检测，最终确定是否合格。 图 1. 活塞自动检测系统工艺流程图 活塞自动检测机共检测活塞的断面高度和间隙长度，活塞的测量示意图如图 2 所示，将活塞放入活塞分选机，活塞定位夹具在
18、汽缸作用下夹紧活塞，利用位移传感器对活塞进行测量。所采用的测量方式是接触式测量，采用的传感器是 KEYENCE数字式传感器。数字式传感器的优点是：结构简单，输出功率大，输出阻抗小，灵敏度较高，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，适用于工厂条件，性能可靠稳定，分辨率高 ( 分辨率达到 0. 1 m)；缺点是频率响应低，不适合高速动态测量。但活塞自动测量系统的每一工位循环节拍为 5s 左右，限制不大，故采用数字式位移传感器。 外观检测 不合格 推出不合格品 合格 端面高度检测 推出不合格品 合格 间隙长度检测 包装 合格 不合格 不合格 推出不合格品 汽车空调活塞分选机的设计 5 活塞定位夹具位移传
19、感器活塞分选机球头位移传感器图 2. 活塞的测量示意图 该分选机主要运用 PLC和触摸显示屏进行对数据的采集、处理、结果显示，系统工作原理图如图 3所示。 图 3. 系统工作原理图 活塞 传感器 PLC 显示 6 2.2 总体方案设计 机械的设计主要应保证刚度，强度以及稳定性。此外，对于机床、仪器等精密机 械还应考虑热变形，有导轨的的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，机架结构设计时应使热变形尽量小。机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架抗振性能应从提高机架结构的静刚度，控制固有频率，加大阻尼率着手。合理设计机架结构的截面形状和尺寸，合理选择壁厚及布肋，注意机架的整体刚度与局部刚度以及合面刚度的匹配等。 机架设计的一般要求： 1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。 2） 抗振性好。 3） 噪声小。 4） 机构设计合理， 工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。 5） 机构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件。 6） 有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好。 7） 造型好，使之适用经济又美观大方。 综合以上几点要求，本次设计的分选机的总体机架如图 4，图 5所示。
