汽车空调活塞分选机的设计【毕业设计】

1、<p>　　本科毕业设计(论文)</p><p><b>　　（二零 届）</b></p><p>　　汽车空调活塞分选机的设计</p><p>　　所在学院 </p><p>　　专业班级 械设计制造及其自动化 </p>&

2、lt;p>　　学生姓名 学号 </p><p>　　指导教师 职称 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　随着世界经济的

3、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。</p><p>　　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。

4、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。</p><p>　　关键字：活塞，分选机，测试</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　

5、　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 rapid

6、development of China's 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

7、great influence. Improve the quality of the pistons in manufactur</p><p>　　This paper describes the quality management and the development of automated detection technology in detail and according to the pre

8、sent problems of the piston in testing leads to the research. The research project is the design of the piston separator, system uses the principle of comparative measurement of the length of the piston to achieve detect

9、ion, in order to ensure that the measurement of high precision, high efficiency and high reliability. Automatic detection of piston is the key techn</p><p>　　Key words: piston, separator, detect</p>&

10、lt;p><b>　　目录</b></p><p>　　摘 要错误!未定义书签。</p><p>　　Abstract错误!未定义书签。</p><p>　　1 绪论错误!未定义书签。</p><p>　　1.1课题的背景和意义错误!未定义书签。</p><p>　　1.2国内外的

11、研究成果和发展动态2</p><p>　　1.3本文研究的意义及主要内容3</p><p>　　2活塞分选机的总体设计4</p><p><b>　　2.1设计原理4</b></p><p>　　2.2总体方案设计6</p><p>　　3主要零部件的计算与校核12</p>

12、<p>　　3.1拉伸弹簧的计算与校核12</p><p>　　3.2主要螺栓的计算与校核13</p><p>　　3.3气缸的选择14</p><p><b>　　4气缸的选择15</b></p><p>　　4.1机架的设计15</p><p>　　4.2台面板的设计

13、16</p><p><b>　　结论与展望18</b></p><p><b>　　参考文献19</b></p><p><b>　　致谢20</b></p><p><b>　　附录21</b></p><p><

14、b>　　1.绪论</b></p><p>　　1.1课题的背景和意义</p><p>　　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。</p><p>　　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。活塞是一个典型零件，它被广泛地应用于汽车、摩托车、

15、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。</p><p>　　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

16、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。</p><p>　　在质量管理方面，由于工作人员的素质较低，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

17、，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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

18、产品的质量要求比任何时候更为严格。</p><p>　　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。</p><p>　　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

19、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。</p><p>　　1.2国内外的研究成果和发展动态</p><p>　　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

20、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

21、编写的部分有关活塞检测系统与分组系统的文献。</p><p>　　1） 活塞外圆的非接触式检测</p><p>　　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

22、视觉进行活塞异型曲面非接触式测量[2]～[3]。</p><p>　　2） 各种活塞自动检测仪检测系统的研制</p><p>　　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

23、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。

24、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，</p><p>　　3) 智能图像检测在活塞分选中的应用</p><p>　　将机器视觉检

25、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]。</p><p>　　4） 其他对活塞内外圆的检测方

26、法</p><p>　　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

27、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]。</p><p>　　1.3本文研究的意义及主要内容</p><p>　　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

28、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。主要包括以下内容：</p><p>　　（1）了解国内外尺寸自动测量的发展趋势。</p><p>　　（2）了解位移传感器工作原理。</p><p>　　（3）总体方案的确定。</p><p>　　（4）分选零件准确堆放。<

29、/p><p>　　（5）主要零件的设计计算与校核。</p><p>　　2．活塞分选机的总体设计</p><p><b>　　2.1设计原理</b></p><p>　　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

30、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。</p><p>　　图1. 活塞自动检测系统工艺流程图</p><p>　　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

31、：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. 1m)；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。</p><p>　　图2. 活塞的测量示意图</p><p>　　该分选机主要运用PLC和触摸显示屏进行对数据的采集、

32、处理、结果显示，系统工作原理图如图3所示。</p><p>　　图3. 系统工作原理图</p><p><b>　　2.2总体方案设计</b></p><p>　　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

33、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。</p><p>　　机架设计的一般要求：</p><p>　　在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻

34、、成本低。</p><p><b>　　抗振性好。</b></p><p><b>　　噪声小。</b></p><p>　　机构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。</p><p>　　机构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件。</p><p>　　有导轨的

35、机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好。</p><p>　　造型好，使之适用经济又美观大方。</p><p>　　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。</p><p>　　1.M12机床调整脚 2.机架 3.台面板 4.不锈钢罩壳 </p><p>　　5.控制柜支座 6.控制柜 7.检测装置<

36、/p><p>　　图4.分选机总体设计图</p><p><b>　　图5</b></p><p>　　其中最主要的检测装置设计图如图6所示：</p><p>　　1.底板 2~3.内六角圆柱螺钉 4.竖版 5.气缸 6.气缸安装板 7.内六角圆柱螺钉 8.气缸连接块 9.内六角圆柱螺钉 10平垫圈 11.

37、气缸安装板 12.直线导轨 13.滑块 14.夹具定位块 15活塞 16.固定夹具 17螺栓 18分选机球头 19活塞定位夹具 20调节螺母 21.六角螺母 23.拉伸弹簧</p><p>　　图6.分选机检测装置</p><p>　　其中数据采集和显示部分分别运用了PLC和显示屏技术，主界面如图7，图8，图9 和图10所示：</p><p>&

38、lt;b>　　图7 进入软件界面</b></p><p><b>　　图8 开始界面</b></p><p>　　图9 标准参数输入截面</p><p>　　图10 活塞测试截面</p><p>　　3．主要零部件的计算与校核</p><p>　　3.1拉伸弹簧计算与校核<

39、;/p><p>　　分选机中所需要的弹簧的安装载荷F1=21N，工作载荷F2=26N，工作行程h=()mm，所选用的弹簧钢丝直径d=1mm。</p><p>　　根据弹簧的钢丝直径，查机械设计手册得抗拉强度</p><p><b>　　，取其中间值，</b></p><p>　　查机械设计手册的许用切应力</p>

40、<p><b>　　，取其中间值，</b></p><p><b>　　试验切应力最大值</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　为保证弹簧特性，要求工作载荷，在试验载荷的20%~80%之间，取，则,</p><p>　　查机械设计手册

41、确定弹簧的中径</p><p><b>　　D=10mm，</b></p><p>　　则内径D1=D-d=10-1=9mm，</p><p>　　外径D2=D+ d=10+1=11mm，</p><p><b>　　则确定试验载荷,</b></p><p><b>

42、;　　一圈弹簧的刚度</b></p><p>　　计算弹簧刚度和有效圈数</p><p><b>　　计算弹簧刚度：，</b></p><p><b>　　计算有效圈数：，</b></p><p><b>　　取有效圈数，</b></p><p&

43、gt;<b>　　则弹簧的实际刚度：</b></p><p><b>　　弹簧的初拉力</b></p><p>　　根据机械设计手册的图表所示，当时，查得初拉力，取，</p><p><b>　　计算初拉力，</b></p><p><b>　　弹簧的变形量：<

44、/b></p><p><b>　　安装变形量</b></p><p><b>　　工作变形量</b></p><p><b>　　工作行程</b></p><p><b>　　符合的要求</b></p><p><b&

45、gt;　　试验载荷下的变形量</b></p><p><b>　　校核弹簧特性</b></p><p>　　符合，在的20%~80%的范围内的要求</p><p><b>　　弹簧材料的展开长度</b></p><p>　　3.2主要螺钉的强度计算与校核</p><p

46、>　　从整个机架来看，受力强度最大的螺钉是在气缸连接块上的两枚连接螺栓，因此对其进行强度的计算与校核。</p><p>　　设计时选用的螺钉为M6×20的螺栓，螺钉所需要连接的零件包括夹具组件，滑块，活塞夹具定位块和气缸连接块四部分，其中，夹具组件重0.597Kg，滑块重0.492Kg，活塞夹具定位块重0.433Kg，气缸连接块重0.451Kg。</p><p>　　螺钉危

47、险截面的面积：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　每枚螺钉受到的剪切力：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　因此每枚螺钉受到的剪切应力：</p><p><b>　　；</b></p>&

48、lt;p>　　查机械设计手册，中碳钢的屈服极限为</p><p><b>　　，取；</b></p><p><b>　　其安全系数为</b></p><p><b>　　，取；</b></p><p>　　则螺钉的需用切应力：</p><p>&

49、lt;b>　　[]=></b></p><p>　　螺钉受到的切应力远远小于它的许用切应力，该螺钉可以使用</p><p><b>　　3.3气缸的选择</b></p><p><b>　　1）确定汽缸缸径</b></p><p>　　设计中汽缸所需要承受的重量包括（夹具组件

50、重0.597Kg，滑块重0.492Kg，活塞夹具定位块重0.433Kg，气缸连接块重0.451Kg），所以所要支撑的总重量为1.973Kg，因气缸速度在50～500mm/s范围内的垂直动作，则气缸负载率，根据气缸输出力换算表，，选择缸径尺寸为20mm。</p><p><b>　　2）确定汽缸行程</b></p><p>　　因为活塞分选机的行程为（183）mm，所以

51、，确定气缸的行程为25mm。</p><p><b>　　3）气缸安装</b></p><p>　　气缸安装时的安装形式为通孔及两端螺孔共用。</p><p>　　综上所述，选择汽缸为薄型汽缸，汽缸型号为SMC的CDQ2B20-25DC。</p><p>　　4．机架与台面板的设计</p><p>

52、;<b>　　4.1机架的设计</b></p><p>　　机架的设计主要是能够容纳电气设备，最重要的是能够支撑分选机的检测装置，保证检测装置的保证刚度、强度和稳定性，最后保证其经济，美观大方。</p><p>　　（1）刚度 评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度，例如在机床中床身的刚度决定着机床生产率和产品精度；在齿轮减速箱中，箱体的刚度决定了齿轮的啮合情况和它

53、的工作性能。</p><p>　　（2）强度 对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起做够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不得大于允许应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。</p><p>　　对于某些机器的机架尚需满足振动或抗振的要求。</p><p>　　（3）稳定性

54、机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须加以校核。</p><p>　　为保证机架的强度和刚度，又要使其不失美观大方，选择宽40mm的不锈钢角钢以及宽为60mm的不锈钢方管焊接而成，架子的四周用2mm的不锈钢薄板焊接，将其包裹，其截面图如图11，12所示：</p><p><b>　　图11.机架<

55、/b></p><p><b>　　图12.机架</b></p><p>　　用焊接件来焊接机架，其优点主要有以下几点：</p><p>　　（1）满足结构实用性要求 焊接接头的强度一般可达到与母材等强，能够承受基本金属所能承受的各种载荷的作用。焊接是一种金属原子间的连接，刚度大，整体性好。</p><p>

56、　　（2）可节约金属材料 焊接结构的零件或部件可以直接通过焊接的方法进行连接，不需要附加连接件（如铆接时常用的连接角钢等）。与铆接相比，相同结构的重量可减轻10%-20%。</p><p>　　（3）工艺灵活性大 根据产品结构特点，可以将几何尺寸大，形状复杂的结构分解，对分解后的零件或部件分别进行加工，再焊接成整体结构。</p><p>　　（4）对金属材料的适应性强 通

57、过焊接可将多种不同形状与厚度的钢材连接起来，也可将不同种类金属材料（铸钢件，锻压件）连接起来，从而使焊接结构的材料分布、性能的匹配更加合理。</p><p>　　（5）投资少，见效快 焊接结构生产一般不需要大型的、贵重的设备，而且对产品的生产规模适应性强，更换产品型号和品种都比较方便。</p><p><b>　　4.2台面板的设计</b></p>

58、<p>　　台面板在设计时，首先需要考虑的是否有足够的强度能够支撑分选机检测专职，其次需要考虑到是对于操作者的操作方便程度，台面板需要有足够大的空间让操作者在台面板上进行操作，但是有不能过大，太大不仅占用周围空间，又会使分选机整体外观显得不和谐，所以对于本次设计的台面板采用厚度为30mm的整块钢板，其尺寸图如图13所示，</p><p>　　图13.台面板结构尺寸</p><p>

59、;<b>　　结论与展望</b></p><p>　　本文综述了国内外对此课题的研究现状和各制造企业在此方面的应用，在对这些理论和方法深入研究的基础上研制开发了一个活塞分选机。本文主要做了以下工作：</p><p>　　1、通过对活塞生产的现状及当前的质量管理研究应用概况进行分析，确立</p><p>　　了本文的研究内容——活塞分选机的设计。

60、</p><p>　　2、对本系统的硬件构成做了详细介绍。</p><p>　　3、实现了对活塞断面和间隙的检测，该检测方法与传统的检测方法相比较，检测的数据更加准确，检测方法更加方便。</p><p>　　活塞分选机在生产实际应用表明，各项技术性能指标都达到了预期的设计技术要求，是一台高精度，高效率和高稳定性的仪器。</p><p>　　但

61、是，该分选机也有不足之处，对今后在此类研究的方向上进行一些展望与设想：</p><p>　　活塞有些参数不能测量，如活塞的圆度误差，有待进一步解决；</p><p>　　不能进行机械的送料和取料，能够在这一方面进行设计；</p><p>　　不能进行非接触式的测量，并且能够自动成像，对活塞的各种误差进行智能分析，希望有研究往这方面进行设计。</p>&

62、lt;p>　　活塞分选机改变了目前国内手工测试活塞的落后方式，不仅能够避免人为检测出现的漏检，误判等缺点，而且大大提高了工作效率，提高了检测质量，减轻了劳动强度。随着生产的发展，势必有更多的企业需要活塞分选机或检测仪，如果国内能够研制出满足高要求的高质量的活塞分选机就可以代替进口，因此具有广阔的发展前景。</p><p><b>　　参考文献</b></p><p&

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70、><p><b>　　附录 </b></p><p><b>　　附录图1 底板1</b></p><p><b>　　附录图2 调节螺钉</b></p><p>　　附录图3 分选机球头</p><p>　　附录图4 活塞定位夹具1</p>

71、<p>　　附录图5 夹具定位块2</p><p><b>　　附录图6 夹具组件</b></p><p><b>　　附录图7 拉伸弹簧</b></p><p><b>　　附录图8 螺栓</b></p><p>　　附录图9 气缸安装板1</p>&

72、lt;p>　　附录图10 气缸安装板2</p><p>　　附录图11 气缸连接块B</p><p>　　附录图12 气缸连接块A</p><p><b>　　附录图13 竖版</b></p><p>　　附录图14 直线导轨</p><p>　　附录图15 直线导轨定位座1</p&g

73、t;<p>　　附录图16 直线导轨定位座2</p><p><b>　　附录图17 控制柜</b></p><p>　　附录图18 控制柜支座</p><p><b>　　附录图19 机架</b></p><p><b>　　附录图20 台面板</b></