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編號：
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯
（譯文）
院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名： 伍榮展
學(xué) 號： 1000110131
指導(dǎo)教師單位： 桂林電子科技大學(xué)
姓 名： 高成
職 稱： 助理研究員
2014 年 05 月 26 日
桂林電子科技大學(xué)
后橋殼疲勞失效的有限元分析預(yù)測
M.M. Topac, H. Gunal, N.S. Kuralay.
Fatigue failure prediction of a rear axle housing prototype
by using finite element analysis[J].
Engineering Failure Analysis，
摘 要
對與在試驗中，當(dāng)施加循環(huán)垂直應(yīng)力在后橋殼上，產(chǎn)生了過早的疲勞變形的現(xiàn)象 進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在這些試驗中，裂縫主要出現(xiàn)在樣品的同一區(qū)域。為了確定破壞的原因，建立了完整的后橋殼CAD模型。同時，橋殼的機(jī)械性能取決于其材料的拉伸性能。利用這些數(shù)據(jù)，運(yùn)用有限元原理進(jìn)行了應(yīng)力及疲勞分析。確定了疲勞應(yīng)變的發(fā)生位置以及不發(fā)生疲勞應(yīng)變的最小循環(huán)垂直應(yīng)力。將有限元分析的結(jié)果與實驗的結(jié)果進(jìn)行對比。設(shè)計提出了增強(qiáng)橋殼疲勞壽命的解決方案。
關(guān)鍵字：后橋殼；應(yīng)力集中；失效；有限元分析
1 概述
由于具有較高的承載能力，固體車橋通常用于重型商用車輛上[1]。固體車橋的結(jié)構(gòu)見圖1。在車輛的使用中，車橋是主要承載部件，由路面不平產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力進(jìn)而產(chǎn)生的動態(tài)壓力導(dǎo)致了車橋產(chǎn)生疲勞破壞。因此，最重要的是進(jìn)行橋殼抵抗疲勞破壞的壽命預(yù)測。在大規(guī)模生產(chǎn)前，有必要對橋殼模型在動態(tài)垂直應(yīng)力作用下進(jìn)行如圖2所示的裝載能力及疲勞壽命的有限元分析。在這些測試中，由液壓機(jī)構(gòu)提供的循環(huán)垂直載荷施加在樣品上，直到樣品出現(xiàn)疲勞破壞。根據(jù)承載標(biāo) 準(zhǔn)，橋殼必須能承載N=5X105循環(huán)應(yīng)力而不出現(xiàn)疲勞破壞。在對如圖3所示不對稱的橋殼模型進(jìn)行垂直疲勞測試時，在應(yīng)力達(dá)到極限前就有疲勞破壞出現(xiàn)在模型上。因此發(fā)現(xiàn)，不出現(xiàn)疲勞破壞的最小循環(huán)應(yīng)力大約為3.7X105。在這些測試中， 裂紋出現(xiàn)在班卓過渡區(qū)E1和E2。圖4所示為一早期破壞的例子。
為了找出早期失效的原因，運(yùn)用CATIA V5R15商業(yè)軟件建立了一個詳細(xì)的橋殼三維模型。利用該模型，建立有限元模型。運(yùn)用ANSYS V11.0商業(yè)有限元分析軟件工作平臺進(jìn)行應(yīng)力和疲勞分析。通過拉伸測試的有限元分析獲得了橋殼的材料性能，運(yùn)用RecurDyn商業(yè)CAE軟件進(jìn)行車輛動力學(xué)模擬，獲得了橋殼最大載荷。通過這些分析，找到應(yīng)力集中部位。為了實現(xiàn)疲勞分析，引入疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)建立了橋殼材料的估計S-N曲線。將分析獲得的結(jié)果與垂直疲勞測試實驗的結(jié)果進(jìn)行比較。為了阻止早期破壞并獲得增大的疲勞壽命，提出了一些解決方案。
圖1 商用車后橋殼總成
圖2 橋殼模型乘直疲勞測試
圖3 橋殼幾何形狀
圖4 測試樣品底部的疲勞開裂
圖5 橋殼的完整CAD模型
2 有限元模型
2.1 CAD和有限元模型
分析用全尺寸車橋CAD模型如上圖5所示。橋殼本質(zhì)上由兩個相同的薄壁殼組成，薄壁殼的厚度為9.5mm并沿著后橋殼的中性軸焊接。在前端面，一個用螺栓固定了差動齒輪裝載器的曾環(huán)被焊接在橋殼上用來增強(qiáng)剛度。出于密封性的考慮，將一個圓蓋焊接在后端面上。這里，元素A和B為下垂壁卡鉗聯(lián)接。支撐C和D代表輪與地面的接觸。車橋支撐聯(lián)接點之間的距離與后軸輪軌之間的距離相等。運(yùn)用 CATIA V5R15建立橋殼三維模型。將橋殼的完整CAD模型導(dǎo)入ANSYS V11.0工作平臺前置處理界面，建立分析所需的有限元模型。有限元模型用于圖6所示的壓力及疲勞分析。為了建立有限元模型，橋殼按照SOLID187進(jìn)行網(wǎng)格劃分。S0LID187具有二次位移的三維實體單元并且適用于進(jìn)行不規(guī)則網(wǎng)格劃分。橋殼被定義為擁有10個節(jié)點，且每個節(jié)點擁有3個自由度。運(yùn)用CONTA174和TARGE170元素建立橋殼各部件之間的聯(lián)系。焊接表面的聯(lián)接關(guān)系選擇為完整的可靠聯(lián)接。有限元模型由779,305個元素和1,287,354個節(jié)點組成。
圖6橋殼有限元模型
表1 S450N的化學(xué)特性（Wt%）
表2 抗拉測試結(jié)果
2. 2 橋殼材料
車橋殼是由9.5mm厚的微金屬合金管壁經(jīng)沖壓焊接制成的，該管壁的材料為熱成型標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵S460N （材料編號1.8901，等同于ISO標(biāo)準(zhǔn)[3]中E460）。該材料的化學(xué)成分是從供應(yīng)商獲得的，具體見表1 [4]。未加工的S460N的機(jī)械性能見參考文獻(xiàn)[5]。然而，橋殼材料在制造過程中需經(jīng)過若干道工序，包括退火至800°C和750°C熱沖壓。為了將工序?qū)C(jī)械性能的影響引入有限元分析并確定加工后材料的精確機(jī)械性能，從后橋殼模型中抽取5個樣本并進(jìn)行拉伸試驗。所有的試驗均在室溫下進(jìn)行。從后橋殼模型中抽取的5個樣本均在熱影響區(qū)之外。表2給出的結(jié)果均為5個樣本的最低值，并將這些結(jié)果引入有限元模型。將材料定義為顯性各向同向性材料。
2. 3 負(fù)荷條件
有限元分析中的負(fù)荷條件是根據(jù)垂直疲勞測試中出現(xiàn)早期失效處的支撐區(qū)域確定的。測試是在如圖7所示的可提供80噸載荷的裝置上進(jìn)行的。該裝置是由兩個具有承載單元的電動液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服閥組成的，伺服閥安裝在連接A，B的卡鉗處。TS表示兩個卡鉗間的距離，T因表示支撐C，D間的距離即真實后橋殼的輪距。車橋的模型是根據(jù)如圖8所示的由兩個空氣彈簧支撐的真實橋殼設(shè)計的。因 為載荷施加在牽引臂的偏心輪上，所以彈簧的彈力也產(chǎn)生了彎曲應(yīng)力，該應(yīng)力在橋殼上產(chǎn)生了一個額外的彎曲AM。測試樣品中的額外彎曲影響由圖7所示的液壓驅(qū)動裝置的偏距c提供。每個彈簧的最大設(shè)計載荷為F = 2850kg。應(yīng)力垂直的施加在彈簧底座的點。這導(dǎo)致了在卡鉗A, B處產(chǎn)生了靜態(tài)反應(yīng)力P=4550kg。因為路面不平使車身的集中質(zhì)量產(chǎn)生的垂直加速度導(dǎo)致在每個卡鉗處的最大動態(tài)載荷大約為P的兩倍。由ReoirDyn商業(yè)CAE軟件進(jìn)行的計算機(jī)路面模擬所得的載 荷變化范圍為182-9I00kg。垂直疲勞測試所得的載荷特性曲線如圖9所示。有限元分析也考慮到了最大動載荷9100kg沿額外彎曲變形△M所產(chǎn)生的影響。如圖10所示的車橋垂直應(yīng)力模型是根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]設(shè)計的。
圖7垂直疲勞測試原理圖
圖8 縱臂的偏心載荷
3 有限元分析及結(jié)果
有限元分析用于預(yù)測應(yīng)力集中及疲勞壽命較低區(qū)域的準(zhǔn)確位置。P和△M施加在圖10所示的卡鉗連接處。運(yùn)用裝配1.86GHz因特爾至強(qiáng)四核處理器的HPx因8400工作站借助ANSYS V11.0工作平臺進(jìn)行壓力分析。圖11所示為有限元分析所得的等應(yīng)力分布圖。分析結(jié)果顯示應(yīng)力集中區(qū)域F1、F2分布在橋殼承載區(qū)域底部的過渡區(qū)。從圖12中可以看出疲勞失效區(qū)域與臨界區(qū)域在同一位置。計算得出的最大分布應(yīng)力為 σmax=388.7Mpa；是材料屈服應(yīng)力點的78. 1%。這說明橋殼在承受最大靜載荷時符合安全條件。
圖9疲勞測試中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷特性曲線
圖10橋殼的外加負(fù)荷及彎矩圖
圖11 下殼體上的工作應(yīng)力分布
圖12測試與分析結(jié)果比較
4.疲勞壽命預(yù)測
由于在使用中后橋殼承受動應(yīng)力，也需要進(jìn)行疲勞分析。壓力壽命的疲勞極限估計值se‘為
se‘=0.504·Sut （1）
鋼材的強(qiáng)度極限小于1400MPa[7，8]。這意味著疲勞強(qiáng)度的周期為106或更多。為了預(yù)測在105 - 106周期范圍內(nèi)的疲勞壽命，使用參考文獻(xiàn)[9]中使用簡單抗拉測試獲得所需數(shù)據(jù)的方法作出橋殼材料的S-N曲線。
se‘代表理想實驗樣品的壓力疲勞壽命。為了預(yù)測機(jī)械零件的真實疲勞強(qiáng)度se‘， 需要乘上代表各種設(shè)計，制造和環(huán)境對疲勞強(qiáng)度影響的修正因子[10]。Se為
Se=kakbkckdkese‘ （2）
式中ka為根據(jù)下式得出的表面拋亮度得到的表面因數(shù)
ka=aSutb （3）
由于橋殼表面的粗糙度與經(jīng)過熱沖壓工藝的熱軋鋼板相似，所以推薦的標(biāo)準(zhǔn)為 a=57.7和b=-0.718[7].經(jīng)計算得出ka=0. 564, Sut=629.9MPa。另外，噴丸工藝作為一種常見的爪于減少零件材料表面殘留應(yīng)力的方法，也用于增加熱沖壓后的橋殼表面的疲勞壽命。文獻(xiàn)[9]中給出這種方法可增加70%的疲勞壽命。因此，在有限元分析中ka的取值為0.959。因為橋殼為非圓形截面，根據(jù)橫截面深度h遠(yuǎn)大于50mm假定尺寸因數(shù)kb為0.75。由于環(huán)境溫度T=0-250°C，所以彎曲和環(huán)境因數(shù) kd=1，進(jìn)而確定負(fù)荷系數(shù)kc=1。
通過靜態(tài)有限元分析，可得出應(yīng)力集中區(qū)分布在班卓及橫臂過渡區(qū)域。所以，除了上述修正因數(shù)外，疲勞強(qiáng)度修正因數(shù)ke必須引入分析，ke可通過與應(yīng)力集中系數(shù)kf有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)kt得到。因此ke的計算式為
ke=1/kf （4）
出于安全考慮，kf假設(shè)與kt相等[7]。由于橋殼的大小及形狀的復(fù)雜性，kt無法從標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中查出。另一方面，kt被定義為
Kt=σpeak/σnominal （ 5 ）
式中σpeak為凹口處得峰值應(yīng)力，σnominal不出現(xiàn)應(yīng)力集中時的常應(yīng)力p[9, 12]，σpeak的使用數(shù)值可從σmax=388. 7MPa時的靜有限元分析中得出。為了計算σnominal將后橋殼簡化為一簡支梁，其沿縱軸Y的危險橫截面X1X1都為矩形并適用于純彎曲理論[6]。 σnominal按圖10所給出的模型的計算公式為
σnominal=M/Z （6）
式中M為彎曲力矩，Z為危險橫截面的斷面系數(shù)。M的取值為41.9xl06Nmm。斷面系數(shù)Z取值為127507mm3。因此計算得出σnominal為329MPa。發(fā)現(xiàn)kt≈kf=1.181，ke=0.846。運(yùn)用ANSYS V11.0工作平臺定義S-N曲線中標(biāo)繪的修正因數(shù)。通過壓力壽命決定橋殼材料的疲勞壽命。全部的疲勞分析都是以無限壽命進(jìn)行的（N=106）。
用有限元分析得到的壓力分布圖進(jìn)行疲勞壽命計算。由于載荷具有正弦波動特性
（平均應(yīng)力σm>0），修正方法如下[9]
σaSe+σmut=1n （7）
式中，n表示安全系數(shù)。振幅σa為
σa=σmax×σmin2 （8）
（8）平均應(yīng)力am可表示為
σm=σmax+σmin2 （9）
式中，通過有限元分析得到σmax為最大值9100kg，σmin匹配的最小值為182kg。殼體底部的分配系數(shù)n如圖13所示。根據(jù)疲勞分析結(jié)果，估計在周期為ca3.6X105時，橋殼表面F1區(qū)域會發(fā)生裂紋開裂，該數(shù)值低于預(yù)測值為5x105周期的最小疲勞壽命。此處n的最小值為0. 93。在橋殼的內(nèi)表面，最大應(yīng)力集中發(fā)生處F2區(qū)域的n值最小，計算結(jié)果為0.767。這意味著，在垂直應(yīng)力測試中區(qū)域F1和F2會在載荷周期5X105 前發(fā)生疲勞幵裂。
5.結(jié)構(gòu)及討論
有限元分析顯示在垂直疲勞測試中出現(xiàn)疲勞破壞的區(qū)域存在應(yīng)力集中，該應(yīng)力集中會導(dǎo)致在最小預(yù)測周期5X105前出現(xiàn)過早破壞。此結(jié)果與垂直疲勞試驗中的結(jié)構(gòu)相同。增大橋殼的疲勞壽命需減小應(yīng)力集中。減小應(yīng)力集中，增大疲勞壽命的最簡單的方法是金屬壁的厚度。然而，在F1F2區(qū)域外橋殼符合無限壽命周期條件。增加金屬筆厚度導(dǎo)致了不必要的重量增加。例如，增加厚度0.5mm，使得橋殼材料在臨界區(qū)域的疲勞極限提高到了超過5. 85X105周期，此極限超過了設(shè)計的疲勞極限。另一方面，這也意味著提高了汽車非簧載質(zhì)量5%的重量。所以這并不是實用的解決方法。作為另一種解決方法，可從新設(shè)計過渡區(qū)域的幾何形狀。平整的過渡區(qū)幾何形狀可提高疲勞痔命而不增加重量。
此外，加固環(huán)的形狀也對應(yīng)力集中產(chǎn)生影響。在所研究的該橋殼設(shè)計中，加固環(huán)的厚度為20mm。為了預(yù)測加固環(huán)的影響，在沒有加固環(huán)的情況下又進(jìn)行了一次有限元分析。在臨界區(qū)域F2處的最大分布應(yīng)力為428MPa。這意味著，實用加固環(huán)大約減少了10%的應(yīng)力集中。通過增加此部分的厚度，可能會增加硬度。在此設(shè)計中，由于動力系統(tǒng)外形的限制，增加的厚度為5mm。根據(jù)此加固環(huán)的外形變化 進(jìn)行靜態(tài)疲勞分析。然而，分析顯示疲勞強(qiáng)度的增加均為其自身的，因此橋殼的疲勞壽命不會增加到超過設(shè)計最小載荷周期5X105倍的程度。因此，増加加固環(huán)的厚度可與從新設(shè)計過渡區(qū)幾何形狀同時使用。
圖13下殼體安全系數(shù)分布
6.總結(jié)
運(yùn)用有限元分析方法對卡車后橋殼模型的早期疲勞失效進(jìn)行分析。在分析中，通過模擬垂直疲勞試驗過程，預(yù)測應(yīng)力集中區(qū)在班卓過渡區(qū)域。發(fā)生疲勞開裂的區(qū)域與分析所得結(jié)果相吻合。通過有限元分析可預(yù)測破壞發(fā)生的位置。
通過穩(wěn)態(tài)和循環(huán)張應(yīng)力確定臨界區(qū)域。裂縫導(dǎo)致破壞發(fā)生在橋殼的應(yīng)力集中區(qū)域。盡管橋殼模型負(fù)荷最大垂直載荷靜態(tài)忍耐條件，分析顯示，如果為循環(huán)載荷，疲勞破壞可能在預(yù)測的最小周期5X105前發(fā)生。有限元分析同樣可用于估計疲勞失效開始前的周期數(shù)。
為了解決該問題，増加金屬管壁的厚度因為會增加橋殼的重量，所以并不是實用的方法。重新設(shè)計班卓過渡區(qū)和增加加固環(huán)的厚度，這種符合最小設(shè)計準(zhǔn)則的途徑，也許是增強(qiáng)疲勞壽命的好方法。
感謝
這篇論文在土耳其伊茲密爾市的Ege Endustri ve Ticaret A.S.的幫助下完成。作者同時也對來自Dokuz Eylul大學(xué)的E. Cmar Yeni博士和Pamukkale大學(xué)的Cemal Meran博士的批評與建議表示感謝。
譯文原文出處：M.M. Topac, H. Gunal, N.S. Kuralay. Fatigue failure prediction of a rear axle housing prototype by using finite element analysis[J]. Engineering Failure Analysis，(16)2009,:1474-1482.
第10頁 共10頁
SY-025-BY-5
畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
填表日期
年 月 日
迄今已進(jìn)行 周剩余 周
學(xué)生姓名
龍飛宇
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程07-5班
指導(dǎo)教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
汽車運(yùn)用
是否外聘
□是■否
題目名稱
威馳轎車前門設(shè)計
指
導(dǎo)
教
師
填
寫
畢業(yè)
設(shè)計
（論文）工作
進(jìn)度
已完成主要內(nèi)容
待完成主要內(nèi)容
存在問題及努力方向
學(xué)生簽字：
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
教研室
意 見
教研室主任簽字： 年 月 日
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
龍飛宇
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程
指導(dǎo)教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是否
題目名稱
哈飛輕型商務(wù)車后橋油封安裝壓入機(jī)的設(shè)計
一、設(shè)計（論文）目的、意義
微型及普及型汽車在我國有很大市場，從0.9L到1.6L，價格適合我國國情,適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況。后橋安裝油封是重要工序內(nèi)容，隨著現(xiàn)在設(shè)計加工制造技術(shù)的發(fā)展，裝配手段等也在不斷發(fā)展，確定裝配工藝與裝夾方案及設(shè)計，從而達(dá)到對汽車制造裝備進(jìn)一步更深了解；
該畢業(yè)設(shè)計可以加強(qiáng)常用工具AutoCAD和國內(nèi)外流行三維PRO/E軟件的使用與掌握；加快了解汽車企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計、制造及應(yīng)用的過程。
二、設(shè)計（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
收集有關(guān)國內(nèi)外輕型面包客車后橋殼體工藝相關(guān)資料, 采用驅(qū)動橋半軸的半浮支承方式，通過對后橋殼體工作條件和受力情況的了解，提出后橋殼體油封安裝壓入機(jī)方案，進(jìn)行油封安裝工藝分析，從工藝設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析油封安裝工藝和夾具設(shè)計和加工技術(shù)，提出問題，提出自己的觀點，解決問題，設(shè)計典型工序的夾具。（屬于汽車制造裝備設(shè)備）
輕型汽車占汽車保有量的1/3，哈飛每年生產(chǎn)近20萬輕型汽車。1.0~1.3L發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動,用于輪距在: 1310/1300/1280/1290/1235/1220/1200
技術(shù)要求：
1．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的安裝方法、原理及裝配圖；
2．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的主要部件及零件的圖：床身、壓裝機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、主工作裝置等。
3．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的液壓、氣壓控制原理圖及相應(yīng)的主要典型元件聯(lián)接裝配圖及相應(yīng)的件的選型。
主要內(nèi)容：
1．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的裝配圖
2．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的主要部件及零件的圖：床身、壓裝機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、主工作裝置等。
3．設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的液壓、氣壓控制原理圖及相應(yīng)的主要典型元件聯(lián)接裝配圖及相應(yīng)的件的選型；
4．圖紙和說明書要符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化、清晰；
三、設(shè)計（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、裝配圖1套；
2、主要部件及零件的二維圖及三維圖；
3、液壓及氣壓控制原理圖及主要元件聯(lián)接裝配圖；
4、設(shè)計說明書1份(1.5萬字以上)；
5、所有設(shè)計資料的電子文稿；
四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排
1、熟悉設(shè)計任務(wù)書，并了解相關(guān)材料(網(wǎng)上查閱)，準(zhǔn)備資料，填寫開題報告：第1~3周（3月3日~3月23日）
2、熟悉零件圖紙(提出有相應(yīng)問題)，熟練掌握CAD2004以上版本及工藝學(xué)、PR0/E：第4~5周（3月24日~4月6日）
3、據(jù)自已所學(xué)知識及實習(xí)工廠或其它修配廠提出改進(jìn)裝配方法、裝夾方案及裝配圖設(shè)計：第6~7周（4月7日~4月20日）
4、零件的二維圖及三維圖的設(shè)計及中期檢查：第8~9周（4月21日~5月3日）
5、液壓及氣壓控制原理圖、聯(lián)接裝配圖及主要元件聯(lián)接件的設(shè)計：第10~11周（5月4日~5月18日）
6、液壓及氣壓主要元件聯(lián)接裝配圖的的設(shè)計與分解零件圖：第12~14周（5月19日~6月8日）
7、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計及編寫說明書、后期檢查審核及修改不足：第15~16周（6月9日~6月22日）
8、畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備答辯及答辯：第17周 （6月23日~6月29日）
五、主要參考資料
[1]周爾民.基于Pro/ENGINEER的汽車變速器虛擬裝配仿真技術(shù)[J].汽車工程,2007.6
[2]馮櫻.基于Pro/E的汽車變速器裝配及運(yùn)動仿真的動畫實現(xiàn)[J].機(jī)械工程師,2007.3
[3]富成科.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].人民交通出版社,1999.1
[4]沈宜慧.機(jī)械工程材料[M].人民交通出版社,1998.1
[5]徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8
[6]王寶璽.汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10
[7]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.11
[8]張德永. Pro/ENGINEER數(shù)控加工(基礎(chǔ)篇 ).清華大學(xué)出版社,2005.10
[9]熊志旺.SEAT發(fā)動機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)及工藝性能分析研究[D].南京理工大學(xué),2004
[10]岳陸游,胡天策,儲亞峰.基于Pro/E三維夾具設(shè)計研究[J].機(jī)械工程師,2006.03
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學(xué)生姓名
龍飛宇
院系
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B05-7班
指導(dǎo)教師姓名
張德生
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
哈飛輕型商務(wù)車后橋油封安裝壓入機(jī)的設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、課題研究現(xiàn)狀
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我國汽車保有量日益增長，目前已經(jīng)成為汽車消費大國。微型及普及型汽車在我國的很大市場，從0.9L到1.6L,價格適合我國國情，適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況。后橋安裝油封是重要工序內(nèi)容，隨著現(xiàn)在設(shè)計加工制造技術(shù)的發(fā)展，裝配手段等也在不斷發(fā)展，確定裝配工藝與裝夾方案的設(shè)計，從而達(dá)到對汽車制造裝備進(jìn)一步更深了解；現(xiàn)在有很多種后橋油封壓入機(jī), 有一種后橋主軸螺栓及后橋油封壓入機(jī)涉及汽車制造行業(yè)領(lǐng)域，是一機(jī)架，固定安裝在機(jī)架上的定位機(jī)構(gòu)、油封壓入機(jī)構(gòu)、主軸螺栓壓緊機(jī)構(gòu)，機(jī)架的底部設(shè)置調(diào)整地角調(diào)整設(shè)備的高度和水平度；它的主軸螺栓壓緊機(jī)構(gòu)由固定板、支撐座、導(dǎo)桿、彈簧座、壓頭、拉桿、導(dǎo)套、滑動座、連接套、定位銷構(gòu)成，下部連接一液壓缸，對汽車后橋工作；它的定位機(jī)構(gòu)由過渡套、壓頭和Ｖ型支架構(gòu)成，壓頭的尾端分別連接液壓缸。 既然要設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)，就必須了解每部分的作用和組成。油封的作用：防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中；限制軸承中的潤滑油漏出。對油封的要求是尺寸應(yīng)符合規(guī)定；要求有適當(dāng)?shù)膹椥?，能將軸適當(dāng)?shù)乜ㄗ。鸬矫芊庾饔?；要耐熱、耐磨、?qiáng)度好、耐介質(zhì)（油或水等），使用壽命長。后橋油封，應(yīng)注意以下幾點：由于設(shè)計和結(jié)構(gòu)上的原因，高轉(zhuǎn)數(shù)的軸應(yīng)使用高速油封，低轉(zhuǎn)速的軸使用低速油封，不能將低速油封用于高速軸上，反之也不行。一般的油封承受壓力能力差，壓力過大時油封會變形。在壓力過大的使用條件下應(yīng)采用耐壓支承圈或加強(qiáng)的耐壓油封。油封和軸配合時偏心過大，則其密封性會變差，特別是在軸轉(zhuǎn)速高時尤為嚴(yán)重。如果偏心過大時，可采用“W”形斷面的油封。軸的表面光潔度，直接影響油封的使用壽命，即軸的光潔度高，油封使用壽命就會長。而且要在油封的唇口應(yīng)有一定量的潤滑油。要特別注意防止塵土浸入油封。說后橋油封壓入機(jī)的設(shè)計直接影響著一輛車的壽命。所以說油封壓入機(jī)對油封能起到的作用有很大的影響。好的壓入機(jī)能使的它和油封之間的作用力不大也不會太小，用適當(dāng)?shù)牧η『媚苁褂头夂蛪喝霗C(jī)的壓頭很好的接觸，不會使油封變形，也不會由于壓力過小而達(dá)不到密封的效果。
現(xiàn)在輕型汽車占汽車保有量的三分之一，哈飛每年生產(chǎn)近20萬量輕型汽車。1.0~1.3L發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動，用于輪距在：1300/1310/1280/1290/1235/1220/1200等 而且國內(nèi)外輕型面包客車后橋殼體大部分都是采用驅(qū)動橋半軸的半浮支承方式，汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端。其基本功用時增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動車輪，其次驅(qū)動橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，橫向力，以及制動力距和反作用力矩等，顯然后橋油封安裝壓入機(jī)與汽車后橋殼體的工作有很密切的關(guān)系，我們必須了解這些現(xiàn)有的程度。
還有些新型的使用ＰＬＣ控制，半自動化處理，勞動強(qiáng)度低，工作效率高，操作簡易，噪音低，安全可靠。一套動力設(shè)備可完成兩個動作，具有聯(lián)動功能，節(jié)約動力設(shè)備，節(jié)省成本。還有一些油封克服了現(xiàn)有的車橋油封使用壽命短、密封效果差，不適用于惡劣工況條件的缺陷，用新型密封主唇、密封副唇、骨架和彈簧，而且裝配方便，對軸、孔的安裝精度要求較低，延長了油封的使用壽命，密封性好。
2、選題的目的和意義
（1）目的：
本項目研究的主要目的是根據(jù)所給后橋殼體工藝相關(guān)資料，采用驅(qū)動橋半軸的半浮支承方式，通過對后橋殼體工作條件和受力情況的了解來引入后橋殼體油封安裝壓入機(jī)的方案，還要進(jìn)行油封安裝工藝分析，從工藝設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析油封安裝的工藝和夾具，通過這些來完善后橋油封壓入機(jī)的密封性，耐久性和使其成本更低
（2）意義：
在車輛的使用中，往往會出現(xiàn)漏油故障，它將直接影響到汽車的技術(shù)性能，導(dǎo)致潤滑油、燃油的浪費，消耗動力，影響車容整潔造成環(huán)境污染.由于漏油、機(jī)器內(nèi)部潤滑油減少，導(dǎo)致機(jī)件潤滑不良、冷卻不足，會引起機(jī)件早期損壞，甚至留下事故隱患. 防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中限制軸承中的潤滑油漏出。而且是汽車中保持轉(zhuǎn)動部件不可少的非金屬配件。常用的骨架式油封一般由金屬骨架環(huán)、鋼絲彈簧圈及橡膠密封層部分組成。所以說這項技術(shù)對我們很重要。
。
二、設(shè)計的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、本設(shè)計的主要內(nèi)容:
（1）設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的裝配圖。
（2）設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的主要部件及零件的圖：床身、壓裝機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、主工作裝置等；
（3）設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的液壓、氣壓控制原理圖及相應(yīng)的主要典型元件連接裝配圖及相應(yīng)的件的選型。
2、擬解決的主要問題:
（1）油封安裝壓入頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計；
（2）適合不同尺寸后橋的裝夾，動態(tài)進(jìn)給，一機(jī)多用(主進(jìn)給，副進(jìn)給)
（3）怎樣用氣壓和液壓來進(jìn)行裝夾
（4）制定系統(tǒng)方案設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選型
三、技術(shù)路線（研究方法）
收集相關(guān)資料
↓
撰寫開題報告
↓
研究后橋殼結(jié)構(gòu)壓力油封
↓
判定并填寫夾緊方案
↓
計算尺寸參數(shù)
校核
↓
繪制二維圖
成型方法
↓ ↓
拆解零件圖
聯(lián)接方式
↓
繪制三維圖
制作說明書
↓
修改不足
↓
答辯
四、進(jìn)度安排
1、熟悉計劃任務(wù)書，并了解相關(guān)資料，準(zhǔn)備資料，填寫開題報告：
第1~3周（3月3日~3月23日）。
2、熟悉零件圖紙（提出有相應(yīng)問題），熟練掌握CAD2004以上版本及工藝學(xué)、Pro/E:
第4~5周（3月24日~4月6日）。
3、據(jù)自己所學(xué)知識及實習(xí)工廠或其他修配廠提出改進(jìn)裝配方法、裝夾方案及裝配圖得設(shè)計：
第6~7周（4月7日~4月20日）
4、零件得二維圖及三維圖的設(shè)計及中期檢查：
第8~9周（4月21日~5月3日）
5、液壓及氣壓控制原理圖、聯(lián)結(jié)裝配圖及主要原件聯(lián)結(jié)件的設(shè)計：
第10~11周（5月4日~5月18日）
6、液壓及氣壓主要元件聯(lián)結(jié)裝配圖的的設(shè)計與分解零件圖：
第12~14周（5月19日~6月8日）
7、總結(jié)畢業(yè)設(shè)計及編寫說明書、后期檢查審核及修改不走：
第15~16周（6月9日~6月22日）
8、畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備答辯及答辯：
第17周（6月23日~6月29日）
五、參考文獻(xiàn)
[1]周爾民.基于Pro/ENGINEER的汽車變速器虛擬裝配仿真技術(shù)[J].汽車工程,2007.6
[2] 馮櫻.基于Pro/E的汽車變速器裝配及運(yùn)動仿真的動畫實現(xiàn)[J].機(jī)械工程師,2007.3
[3] 富成科.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].人民交通出版社,1999.1
[4] 沈宜慧.機(jī)械工程材料[M].人民交通出版社,1998.1
[5] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.8
[6] 王寶璽.汽車拖拉機(jī)制造工藝學(xué)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10
[7] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.11
[8] 吳俊.CAD的應(yīng)用教程.東南大學(xué)出版社
[9] 孔繁臣，黃娟.AutoCAD2010基礎(chǔ)教程.冶金工業(yè)出版社
[10] 岳陸游，胡天策，儲亞峰?；赑ro/E三維夾具設(shè)計研究[J]。機(jī)械工程師，2009.3
[11] 徐灝.密封.冶金工業(yè)出版社
[12] 林崢. 實用密封手冊(材料類實用手冊大系). 上海科學(xué)技術(shù)出版社
[13] 莊競.AutoCAD2006機(jī)械制圖教程.化學(xué)工業(yè)出版社
[14] 紀(jì)峻嶺.傳動軸、差速器、驅(qū)動橋及車橋.化學(xué)工業(yè)出版社,2005.1
[15] 呂瑛波，王影.機(jī)械制圖手冊 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1
六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
本文主要介紹輕型汽車后橋油封安裝壓入機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計頭。本機(jī)由床身、壓裝機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、接件機(jī)構(gòu)、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)六大部分組成。該機(jī)為框架式結(jié)構(gòu)，動力驅(qū)動方式為氣動與液壓傳動，并靠電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。本實用新型的有益效果是：使用ＰＬＣ控制，半自動化處理，勞動強(qiáng)度低，工作效率高，操作簡易，普通操作人員簡單培訓(xùn)及可上崗。人工操作失誤具有自動聲光報警提示。設(shè)備噪音低，安全可靠。一套動力設(shè)備可完成兩個動作，具有聯(lián)動功能，節(jié)約動力設(shè)備，節(jié)省成本。本設(shè)備主要用于汽車后橋兩端部油封的自動壓裝及后橋的輸送，采用本設(shè)備自動壓裝油封克服人力手工壓裝的不足，從而減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品壓裝油封的生產(chǎn)效率及質(zhì)量。
關(guān)鍵詞： 壓入機(jī)；氣動傳動；液壓傳動；PLC控制
ABSTRACT
In this paper, light vehicle axle seals installed into the machine's structural design pressure head. The machine consists of bed, press-fit bodies, transport bodies, fittings, pneumatic system, electrical system, six major components. This machine frame structure, power-driven approach to pneumatic and hydraulic transmission, and control by electrical system. The beneficial effect of this utility model is: use PLC control, semi-automated processing, low labor strength, efficient, simple, common operator training and can be a simple induction. Manual errors with automatic sound and light alarm. Equipment, low noise, safe and reliable. A power plant to be completed by the two movements, with the linkage function, power saving devices and reducing costs. This equipment is mainly used for automobile rear axle oil seal both ends and fitted with Auto-delivery after the bridge, using the device automatically press-fit oil seal fitted to overcome the shortage of human hand pressure, thereby reducing labor intensity and improve the product pressure loaded oil seal production efficiency and quality
Key words： indentation machine; pneumatic transmission; hydraulic transmission; PLC control
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題的目的和意義 2
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 2
1.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容 1
第2章 后橋油封壓入機(jī)的總體方案設(shè)計 4
2.1 設(shè)備用途 4
2.2 適用條件 4
2.3規(guī)格及性能 4
2.4 結(jié)構(gòu)形式 4
2.5 工作原理 5
2.6后橋油封軸向壓入力的計算 6
2.6.1軸向壓入力的分析 7
2.6.2軸向壓入力的計算 7
2.7 本章小結(jié) 7
第3章 用Auto CAD和CATIA設(shè)計機(jī)械裝配圖 8
3.1主要零件的Auto CAD圖 9
3.1.1支座 9
3.1.2擋塊 9
3.1.3擋塊 9
3.2主要零件的CATIA圖 10
3.2.1油封壓入裝置 11
3.2.2工作臺 12
3.2.3后橋V型支座 13
3.3本章小結(jié) 13
第4章 電機(jī)驅(qū)動與控制部分的設(shè)計 14
4.1控制對象狀態(tài)確定 14
4.2控制方案的設(shè)計與選擇 14
4.3硬件電路的設(shè)計 14
4.3.1進(jìn)步電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 14
4.3.2 計數(shù)方式的選擇 16
4.3.3 顯示電路設(shè)計 16
4.3.4 單片機(jī)電源電路的設(shè)計 16
4.4 PC、PLC、PT的通訊 17
4.5電氣原理圖 19
4.6本章小結(jié) 19
第5章 設(shè)備的安裝調(diào)整及保養(yǎng)與檢測 21
5.1安裝 21
5.2調(diào)整 21
5.2.1壓裝機(jī)構(gòu)調(diào)整 21
5.2.2夾緊松開缸調(diào)整 22
5.3試車運(yùn)行與操作 23
5.3.1試車運(yùn)行 23
5.3.2操作 23
5.3.3運(yùn)行 24
5.4操作事項 25
5.5保養(yǎng)與維修 26
5.6故障與排除 27
5.7觸摸屏（PT）工藝流程圖 28
5.8本章小結(jié) 28
結(jié)論 29
參考文獻(xiàn) 30
致謝 31
2
第1章 緒 論
1.1 選題的目的和意義
本項目研究的主要目的是根據(jù)所給后橋殼體工藝相關(guān)資料，采用驅(qū)動橋半軸的半浮支承方式，通過對后橋殼體工作條件和受力情況的了解來引入后橋殼體油封安裝壓入機(jī)的方案，還要進(jìn)行油封安裝工藝分析，從工藝設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用等方面分析油封安裝的工藝和夾具，通過這些來完善后橋油封壓入機(jī)的密封性，耐久性和使其成本更低。
在車輛的使用中，往往會出現(xiàn)漏油故障，它將直接影響到汽車的技術(shù)性能，導(dǎo)致潤滑油、燃油的浪費，消耗動力，影響車容整潔造成環(huán)境污染.由于漏油、機(jī)器內(nèi)部潤滑油減少，導(dǎo)致機(jī)件潤滑不良、冷卻不足，會引起機(jī)件早期損壞，甚至留下事故隱患. 防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中限制軸承中的潤滑油漏出。而且是汽車中保持轉(zhuǎn)動部件不可少的非金屬配件。常用的骨架式油封一般由金屬骨架環(huán)、鋼絲彈簧圈及橡膠密封層部分組成。所以說這項技術(shù)對我們很重要。
現(xiàn)在市場對汽車質(zhì)量的要求越來越高，競爭日趨激烈，而汽車零部件的裝配水平對汽車的質(zhì)量起著決定性的作用。在汽車后橋裝配線的改造設(shè)計任務(wù)中，后橋油封裝配式裝配線上一個關(guān)鍵工位，此工位的改造成為刻不容緩的課題，廢品率高，耐用性差等特點，嚴(yán)重影響該產(chǎn)品在客戶的聲譽(yù)和市場占有率，這次設(shè)計我們針對油封裝配工藝特點進(jìn)行了深入分析研究，并對壓入力進(jìn)行理論計算，制訂了較優(yōu)化裝配方案，改進(jìn)了壓頭結(jié)構(gòu)，大大提高了裝配工藝的合理性。
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我國汽車保有量日益增長，目前已經(jīng)成為汽車消費大國。微型及普及型汽車在我國的很大市場，從0.9L到1.6L,價格適合我國國情，適合正在發(fā)展的中國的現(xiàn)況。后橋安裝油封是重要工序內(nèi)容，隨著現(xiàn)在設(shè)計加工制造技術(shù)的發(fā)展，裝配手段等也在不斷發(fā)展，確定裝配工藝與裝夾方案的設(shè)計，從而達(dá)到對汽車制造裝備進(jìn)一步更深了解。
現(xiàn)在輕型汽車占汽車保有量的三分之一，哈飛每年生產(chǎn)近20萬量輕型汽車。1.0~1.3L發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動，用于輪距在：1300/1310/1280/1290/1235/1220/1200等 而且國內(nèi)外輕型面包客車后橋殼體大部分都是采用驅(qū)動橋半軸的半浮支承方式，汽車的驅(qū)動橋位于傳動系的末端。其基本功用時增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，即增大由傳動軸或直接從變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩合理的分配給左右驅(qū)動車輪，其次驅(qū)動橋還要承受作用于路面或車身之間的垂直力，橫向力，以及制動力距和反作用力矩等，顯然后橋油封安裝壓入機(jī)與汽車后橋殼體的工作有很密切的關(guān)系，我們必須了解這些現(xiàn)有的程度。
現(xiàn)在有很多種后橋油封壓入機(jī), 有一種后橋主軸螺栓及后橋油封壓入機(jī)涉及汽車制造行業(yè)領(lǐng)域，是一機(jī)架，固定安裝在機(jī)架上的定位機(jī)構(gòu)、油封壓入機(jī)構(gòu)、主軸螺栓壓緊機(jī)構(gòu)，機(jī)架的底部設(shè)置調(diào)整地角調(diào)整設(shè)備的高度和水平度；它的主軸螺栓壓緊機(jī)構(gòu)由固定板、支撐座、導(dǎo)桿、彈簧座、壓頭、拉桿、導(dǎo)套、滑動座、連接套、定位銷構(gòu)成，下部連接一液壓缸，對汽車后橋工作；它的定位機(jī)構(gòu)由過渡套、壓頭和Ｖ型支架構(gòu)成，壓頭的尾端分別連接液壓缸。 既然要設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)，就必須了解每部分的作用和組成。油封的作用：防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中；限制軸承中的潤滑油漏出。對油封的要求是尺寸應(yīng)符合規(guī)定；要求有適當(dāng)?shù)膹椥?，能將軸適當(dāng)?shù)乜ㄗ。鸬矫芊庾饔?；要耐熱、耐磨、?qiáng)度好、耐介質(zhì)（油或水等），使用壽命長。后橋油封，應(yīng)注意以下幾點：由于設(shè)計和結(jié)構(gòu)上的原因，高轉(zhuǎn)數(shù)的軸應(yīng)使用高速油封，低轉(zhuǎn)速的軸使用低速油封，不能將低速油封用于高速軸上，反之也不行。一般的油封承受壓力能力差，壓力過大時油封會變形。在壓力過大的使用條件下應(yīng)采用耐壓支承圈或加強(qiáng)的耐壓油封。油封和軸配合時偏心過大，則其密封性會變差，特別是在軸轉(zhuǎn)速高時尤為嚴(yán)重。如果偏心過大時，可采用“W”形斷面的油封。軸的表面光潔度，直接影響油封的使用壽命，即軸的光潔度高，油封使用壽命就會長。而且要在油封的唇口應(yīng)有一定量的潤滑油。要特別注意防止塵土浸入油封。說后橋油封壓入機(jī)的設(shè)計直接影響著一輛車的壽命。所以說油封壓入機(jī)對油封能起到的作用有很大的影響。好的壓入機(jī)能使的它和油封之間的作用力不大也不會太小，用適當(dāng)?shù)牧η『媚苁褂头夂蛪喝霗C(jī)的壓頭很好的接觸，不會使油封變形，也不會由于壓力過小而達(dá)不到密封的效果。有限元法隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，在包括汽車發(fā)動機(jī)在內(nèi)的幾乎所有工程領(lǐng)域得到愈來愈廣泛的運(yùn)用。有限元技術(shù)的出現(xiàn)，為工程設(shè)計領(lǐng)域提供了一個強(qiáng)有力的計算工具，經(jīng)過迄今約辦半個世紀(jì)的發(fā)展，它已日趨成熟使用，在近乎所有的工程設(shè)計領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。而汽車發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計是有限元技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一。
還有些新型的使用PLC控制，半自動化處理，勞動強(qiáng)度低，工作效率高，操作簡易，噪音低，安全可靠。一套動力設(shè)備可完成兩個動作，具有聯(lián)動功能，節(jié)約動力設(shè)備，節(jié)省成本。還有一些油封克服了現(xiàn)有的車橋油封使用壽命短、密封效果差，不適用于惡劣工況條件的缺陷，用新型密封主唇、密封副唇、骨架和彈簧，而且裝配方便，對軸、孔的安裝精度要求較低，延長了油封的使用壽命，密封性好。
1.3 設(shè)計研究的主要內(nèi)容
對后橋油封壓入機(jī)的壓入全過程分析進(jìn)行深入研究，其主要的研究內(nèi)容有：
（1）對后橋油封安裝壓入機(jī)的主要部件：床身、壓裝機(jī)構(gòu)、鎖止機(jī)構(gòu)、主工作裝置等進(jìn)行分析
（2）對后橋油封安裝壓入機(jī)的液壓、氣壓控制原理圖及相應(yīng)的主要典型元件連接裝配圖及相應(yīng)的件的選型進(jìn)行分析。
（3）對油封安裝壓入頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析。
（4）對怎樣適合不同尺寸后橋的裝夾，動態(tài)進(jìn)給，一機(jī)多用(主進(jìn)給，副進(jìn)給)進(jìn)行分析和考慮
（5）對怎樣用氣壓和液壓來進(jìn)行裝夾進(jìn)行運(yùn)算和分析。
第2章 后橋壓入機(jī)的總體方案設(shè)計
2.1 設(shè)備的用途
本設(shè)備主要用于汽車后橋兩端部油封的自動壓裝及后橋的輸送，采用本設(shè)備自動壓裝油封克服人力手工壓裝的不足，從而減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品壓裝油封的生產(chǎn)效率及質(zhì)量。
2.2 適用條件
(1)海拔高度：0m～1000m;
(2)環(huán)境溫度：10℃～40℃;
(3)電源電壓：220VAC;
(4)相對濕度：≤85%;
2.3 規(guī)格及性能
(1)油缸最大推力：5t
(2)油缸最大行程：25mm
(3)氣源壓力：0.50MPa～0.60MPa
(4)氣液增加器增壓比：1 ：25
(5)壓裝循環(huán)動作時間：55s ± 5
(6)設(shè)備外廓尺寸（長x寬x高）： （3450X740X2130）mm
(7)設(shè)備總重：4t
2.4 結(jié)構(gòu)形式
本機(jī)由床身、壓裝機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、接件機(jī)構(gòu)、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)六大部分組成。該機(jī)為框架式結(jié)構(gòu)，動力驅(qū)動方式為氣動與液壓傳動，并靠電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。
(1)床身包括下部主床身及上部支架。
(2)壓裝機(jī)構(gòu)包括增壓油缸（壓封油缸），定位氣缸、鎖緊氣缸、滑動導(dǎo)軌、頂桿、V型塊、支座、收口機(jī)構(gòu)等。
(3)輸送機(jī)構(gòu)包括水平運(yùn)動的移動氣缸，上下運(yùn)動的升降氣缸，運(yùn)輸工件的夾緊松開缸。
(4)接件機(jī)構(gòu)包括氣缸、V型塊、導(dǎo)桿等。
(5)氣動系統(tǒng)包括管路、電磁閥、減壓閥、氣液轉(zhuǎn)換器、氣液增壓器、單向節(jié)流閥、氣動兩聯(lián)體等。
(6)電氣系統(tǒng)包括電氣控制柜、PLC控制器、24V直流電源、線路，磁性開關(guān)、行程開關(guān)、觸摸屏（PT）等。（見圖2.1）
圖2.1后橋油封安裝壓入機(jī)總裝配
2.5工作原理
在主氣源接通和電氣系統(tǒng)通電狀態(tài)下，首先由操作者在兩端頂桿端頭部位置套上預(yù)壓裝的油封和壓蓋，然后定的位置上。
確定上述工把汽車后橋放置到設(shè)備指件放置到位后，按動啟動按鈕，電磁閥DT01和DT03通電，定位缸前進(jìn)，同時將后橋兩端部頂住定位。隨后電磁閥DT05、DT07通電，鎖緊缸前進(jìn)，鎖住收口機(jī)構(gòu)。
上述動作完成后，電磁閥DT19、DT21和電磁閥DT09、DT11通電，液壓油通過氣液轉(zhuǎn)換器和氣液增壓器被壓入增壓油缸（壓封油缸），壓封油缸將頂件端部上的油封和壓蓋壓入到后橋兩端部。
在確定油封和壓蓋被準(zhǔn)確壓到位后，電磁閥DT20、DT22和電磁閥DT10、DT12通電，壓封油缸后退，電磁閥DT06、DT08通電鎖緊缸返回，同時電磁閥DT02、DT04通電，定位缸回位，此時壓裝過程結(jié)束。
輸送后橋工作開始，電磁閥DT14通電，升降缸帶動夾緊松開缸下移，到位后電磁閥DT15通電，夾緊松開缸氣爪閉合，夾緊后橋，電磁閥DT13通電，升降缸帶動夾緊松開缸和后橋上移，上移到位后發(fā)送信號，電磁閥DT17通電，移動缸水平移動，同時把后橋平移運(yùn)送到輸送線一側(cè)。
當(dāng)接件機(jī)構(gòu)底部行程開關(guān)QS28檢測到接件機(jī)構(gòu)升起到位后，同時后橋接件機(jī)構(gòu)上的行程開關(guān)OS25檢測到前件已輸送走，電磁閥DT14通電，升降缸帶動后橋下移，到位后DT16通電氣爪打開，后橋落入接件機(jī)構(gòu)，電磁閥DT13、DT18通電，升降缸帶動氣爪升起，移動缸返回原位等待。
當(dāng)行程開關(guān)QS27檢測到輸送線托件工位到位發(fā)送信號，電磁閥DT23通電，接件機(jī)構(gòu)帶動后橋下降，同時后橋平穩(wěn)落入輸送帶托件上。（見圖2.2）
圖2.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖
活塞做往復(fù)運(yùn)動時，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度
x===(r+)
=
式（2.1）可進(jìn)一步簡化，由圖2.1可以看出：
即
又由于 諧運(yùn)動所組成。
當(dāng)或時，活塞速度為零，活塞在這兩點改
式中：—活塞上的氣體作用力，；
圖2.2壓裝機(jī)構(gòu)工作原理簡圖
2.6 后橋油封的軸向壓入力的計算
圖2.2壓裝機(jī)構(gòu)工作原理簡圖
2.6后橋油封的軸向壓力的計算
2.6.1 軸向壓入力的分析
實踐表明，壓入力的合理選擇，決定了壓配的質(zhì)量，當(dāng)壓入力過大時，會造成壓頭和油封損壞；當(dāng)壓入力過小時，油封容易傾斜無法壓入到要求位置。對此，我們結(jié)合所裝配件的特點，確定計算軸向壓入力的計算公式：
P = f π d l p
式中
P—壓入時最大軸向壓力(kg)
f—壓入時表面摩擦系數(shù)
d—配合表面的公稱直徑（mm）
l—配合表面的長度（mm）
p—過盈配合時，接觸表面的壓應(yīng)力（㎏∕C㎡）
根據(jù)壓裝零件具體的參數(shù)值，選擇相應(yīng)計算系數(shù)，得出所需軸壓入力值約1T，乘以修正系數(shù)，選取公稱直徑250的汽缸為驅(qū)動源。
2.6.2 軸向壓力的計算
壓向軸向的側(cè)向力，
其中沿連桿的作用力為：
而側(cè)向力為：
2.7 本章小結(jié)
本章首先分析了設(shè)備的用途工作條件和規(guī)格及性能，重點分析設(shè)計后橋油封安裝壓入機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，通過以上的分析來初步確定它的工作原理然后通過對軸向壓力的大小和方向的分析，來計算了解所需要的軸向壓力的大小來設(shè)計增壓。
第3章 用Auto CAD和CATIA設(shè)計機(jī)械裝配圖
3.1 主要零件的Auto CAD圖
3.1.1 支板用來支撐支座的零件，其材料是由球墨鑄鐵鍛造出來的。（如圖3.1）
圖4.1支座
3.1.2 擋塊用來防止定位汽缸過度滑行。（如圖3.2）
圖3.2擋塊
3.1.3 支架有2個主要用途是用來接已經(jīng)壓好油封的后橋的。（如圖3.3）
圖3.3支架
3.2 主要零件的CATIA視圖
本部分主要運(yùn)用CATIA的草圖功能進(jìn)行平面繪制，再通過立體拉伸功能使其成為三維視圖，最后用裝配功能進(jìn)行各部分組裝。（如圖3.4）
圖3.4支架
3.2.1 油封壓入裝置
本部分畫法和上圖畫法一樣，其主要運(yùn)用草圖中的圓來生成圓柱體，這部分的主要功能是安裝油封和壓蓋并且能夠把它們壓入后橋兩端的裝置。（如圖3.5）
圖3.5油封壓入裝置
3.2.2 工作臺
工作臺的主要用途是放置壓裝機(jī)構(gòu)的，壓裝機(jī)構(gòu)在其工作臺上進(jìn)行油封的壓裝的一切活動。（如圖3.6）壓裝機(jī)構(gòu)通過工作臺來完成油封的壓裝，壓裝機(jī)構(gòu)在工作臺上移動定位氣缸通過電器系統(tǒng)的驅(qū)動由下部的耳軸腳座在工作臺上移動使壓裝機(jī)構(gòu)能工作更靈活。
圖3.6工作臺
3.2.3 后橋V型支座
V型支座主要是用來支撐和限制后橋在壓裝機(jī)構(gòu)上的自由度的機(jī)構(gòu)。（如圖3.7）
圖3.7后橋V型支座
3.2.4油剛壓入裝置殼體
此裝置是用來用來給油封壓入裝置提供走油的機(jī)構(gòu)。（如圖3.8）
(a)
圖3.8油剛壓入裝置殼體（b）
第4章 電機(jī)驅(qū)動與控制部分的設(shè)計
4.1 控制對象狀態(tài)確定
本設(shè)計要對步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量進(jìn)行控制，當(dāng)生產(chǎn)數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時，通過控制系統(tǒng)使電機(jī)停轉(zhuǎn)。對產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)需進(jìn)行記數(shù)并顯示。
本設(shè)計要實現(xiàn)控制的對象有步進(jìn)電機(jī)，對產(chǎn)品的開合次數(shù)進(jìn)行記數(shù)的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。
4.2 控制方案的設(shè)計與選擇
本設(shè)計中的步進(jìn)電動機(jī)可以通過單片機(jī)、PLC和微機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)具有體積小、性能/價格比高、耗電少、可靠性高和容易掌握等優(yōu)點[14]。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；編程方法簡單；控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。但，PLC控制的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如單片機(jī)控制的好，而且8051單片機(jī)已完全可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，故選用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。
4.3 硬件電路的設(shè)計
選用8051單片機(jī)實現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的控制，采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714控制勵磁；通過光電記數(shù)器來實現(xiàn)對產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)數(shù)進(jìn)行記數(shù)；顯示電路部分選用8位LED顯示器顯示開合次數(shù)。
同時為了向本設(shè)計中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動控制裝置提供非常穩(wěn)定的低壓直流電源，設(shè)計了一種單片機(jī)+5V的直流穩(wěn)壓電源電路。
4.3.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計
本設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分，采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714控制勵磁。PMM8714的引腳功能說明見下表4.1。本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分是通過硬件實現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號，通過軟件可編程控制并行I/O口和P1.0和P1.1，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。PMM8714芯片采用雙脈沖輸入法的連線方式，即其中 、 兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖， 和U/D端子接地，如下圖4.1所示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由軟件實現(xiàn)調(diào)節(jié)。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)功率放大器后控制步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大。如果將輸出信號與功率放大器直接相連，將會引起強(qiáng)電干擾。輕則影響計算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機(jī)和接口電路損壞，所以在接口電路與功率放大器之間要接上光電隔離電路。光電隔離電路如下圖4.2所示。
圖4.1 雙脈沖輸入法的連線方式
圖4.2 光電隔離電路
表4.1 PMM8714的引腳功能說明
引腳
符號
功能
1
CU
正轉(zhuǎn)時鐘脈沖輸入
2
CD
反轉(zhuǎn)時鐘脈沖輸入
3
Ck
時鐘脈沖輸入
4
U/D
旋轉(zhuǎn)方向切換
5
EA
勵磁模式切換
6
EB
勵磁模式切換
7
EC
勵磁模式切換
8
PD
控制輸出信號為低電平
9
Z0
輸出相源檢測
10
C0
輸入脈沖檢測
11
EM
勵磁檢測
12
GND
地
13
復(fù)位
14
Q
輸出
15
Q
輸出
16
Q
輸出
17
Q
輸出
18
Q
輸出
19
QE
輸出E
20
QD
輸出D
21
QC
輸出C
22
QB
輸出B
23
QA
輸出A
24
VCC
電源
4.3.2 計數(shù)方式的選擇
計數(shù)的方式有很多，綜合考慮，選用光電計數(shù)器，最適合本壓入機(jī)。在搖桿轉(zhuǎn)軸上裝碼盤，光源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)將一束光照射到轉(zhuǎn)軸的端面上，當(dāng)軸每轉(zhuǎn)過一個角度反射光投射到光電元件上的強(qiáng)弱發(fā)生一次改變，故光電元件可產(chǎn)生一脈沖信號，此信號經(jīng)整形放大后送計數(shù)器記數(shù)[15]。所選的光電計數(shù)器型號為：EFV/H-20NC-T5V。
4.3.3 顯示電路設(shè)計
為了知道測試機(jī)已開合多少次，設(shè)計電路中需有顯示部分，本設(shè)計電路選用LED顯示器，LED顯示器的顯示方法為動態(tài)顯示。由測試機(jī)開合次數(shù)的需要本設(shè)計選用8位共陰極顯示器。8051的P2口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動器75492接顯示器共陽極；P0口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動器7407接顯示器的各個陽極。本設(shè)計的8位動態(tài)顯示器接口電路如下圖4.3所示。
圖4.3 8位動態(tài)顯示器接口電路
4.3.4 單片機(jī)電源電路的設(shè)計
在我國，工業(yè)交流電電壓為220V,頻率為50Hz。本設(shè)計中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動控制裝置，需要用到非常穩(wěn)定的低壓直流電源。為了得到直流電，除了用直流發(fā)電機(jī)外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。如圖4.5所示為單片機(jī)+5V電源電路圖，圖中表示了把工業(yè)交流電變換成低壓直流電的過程，可以分為以下四個環(huán)節(jié)：
(1)整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。
(2)整流電路：將交流電壓變換為單向脈動電壓，其中的整流元件(晶體二極管)所以能整流，是因為元件具有單向?qū)щ姷奶匦浴?
(3)濾波器：減小整流電壓的脈動程度，以適合負(fù)載的需要。
(4)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。
圖4.4 單片機(jī)+5V電源電路圖
特別在穩(wěn)壓部分，本文設(shè)計選擇了集成穩(wěn)壓電源。因為采用運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仍有不少外接元件，還要注意共模電壓的允許值和輸入端的保護(hù)，使用復(fù)雜。當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用單片集成穩(wěn)壓電源，其體積小、可靠性高、使用靈活、價格低廉。其內(nèi)部電路也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，這種穩(wěn)壓器只有輸入端1、輸入端2和公共端3三個引出端，也可稱為三端集成穩(wěn)壓器。使用時只需在其輸入端和輸出端并聯(lián)一個電容即可，穩(wěn)壓器前端所接電容主要用來抵消輸入端較長線的電感效應(yīng)，為防止自激振蕩，接線不長時也可不用。后端所接電容是為了瞬時增減負(fù)載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。
W7800系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓有+5V、+8V、+15V、+18V、+24V等[19]，本文設(shè)計的單片機(jī)51計數(shù)系統(tǒng)選用輸出為+5V的直流穩(wěn)壓電源。
4.4 PC、PLC、PT的通訊
本工裝電氣系統(tǒng)中PLC與PT的通訊端口已接好，PC與PLC、PC與PT的通訊端口（如圖4.5）所示, 以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。PMM8714芯片采用雙脈沖輸入法的連線方式，即其中 、 兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖， 和U/D端子接地，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由軟件實現(xiàn)調(diào)節(jié)。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)功率放大器后控制步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大。如果將輸出信號與功率放大器直接相連，，這種穩(wěn)壓器只有輸入端1、輸入端2和公共端3三個引出端，也可稱為三端集成穩(wěn)壓器。使用時只需在其輸入端和輸出端并聯(lián)一個電容即可，穩(wěn)壓器前端所接電容主要用來抵消輸入端較長線的電感效應(yīng)。
PLC 正面
SYSMAC CPM2AH
PLC與PC通訊口
PLC與PT通訊口
圖4.5 PC操作圖
PT與PC通訊口
PT與PLC通訊口
圖4.6 PT 操作圖
4.5 電氣原理圖
本工裝電氣系統(tǒng)中可編程控制器采用歐姆龍C系列的SYSMAC CPM2AH型號PLC。
以下為本設(shè)備電氣系統(tǒng)相關(guān)圖紙。包括40點PLC接線圖、原理圖1.5、底部電磁閥布置圖、傳感器布置圖。請了解并熟悉其各界面內(nèi)容，以便在工裝進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行時使用。
圖4.7 PLC 工作原理圖
4.6 本章小結(jié)
本章通過對電機(jī)驅(qū)動也控制部分的分析，重點解決控制部分的工作情況和電器系統(tǒng)的計數(shù)方法，使油封壓入機(jī)的工作給你個便捷，更準(zhǔn)確。
第5章 設(shè)備的安裝調(diào)整及保養(yǎng)與檢測
5.1 安裝
設(shè)備安裝對地面基礎(chǔ)無需特殊，但要保證地面平整，將設(shè)備放置到位后，調(diào)整設(shè)備地腳，保證工作臺面與輸送線基面平行，缸氣爪中心線與輸送線定位件中心線對正。接件機(jī)構(gòu)單獨放置在輸送線兩側(cè)，同時調(diào)整水平方向尺寸及高度方向尺寸，調(diào)整到位后安裝地腳螺栓。
安裝時要求各緊固件緊固，所有緊固件裝前涂少量潤滑脂。各管路應(yīng)清洗干凈無各種雜物，以防止閥類元件堵塞。管接頭連接處應(yīng)密封可靠，不得漏氣和滲油。
5.2 調(diào)整
5.2.1 壓裝機(jī)構(gòu)調(diào)整
設(shè)備平臺上預(yù)置兩檔銷釘孔，一檔銷釘孔為安裝短尺寸后橋，另一檔銷釘孔為安裝長尺寸后橋而用。推拉壓裝機(jī)構(gòu)對準(zhǔn)其中一檔銷釘孔位置，打上銷釘擰緊固定螺栓，即可方便更換長或短后橋。接件V座后側(cè)預(yù)設(shè)兩種墊片。長后橋使用薄墊片，短后橋使用厚墊片。
5.2.2 夾緊松開缸調(diào)整
夾緊松開缸預(yù)設(shè)兩組安裝孔，工作時根據(jù)后橋長短調(diào)整安裝孔位置，可卡夾長后橋或短后橋。
5.2.3 壓裝油缸調(diào)整
（1） 壓緊力調(diào)整
壓裝油缸導(dǎo)桿推動安裝油封和壓蓋的壓緊力大小調(diào)整，可通過調(diào)節(jié)氣動減壓閥設(shè)定壓力值改變輸出力大小。
（2） 油封、壓蓋位置調(diào)整
通過調(diào)整壓裝油缸上四個安裝螺桿上的螺母，使壓裝油缸前后位移，確定壓裝油封和壓蓋被壓入后橋后是否到位。確定到位后鎖緊螺母。（見圖5.1）
5.2.4 后橋接件缸調(diào)整
后橋接件缸預(yù)設(shè)兩組安裝孔，工作時根據(jù)后橋長短調(diào)整接件缸安裝位置。
1-底板 2-定位氣缸 3-壓封油缸 4-收口機(jī)構(gòu) 5-滑動導(dǎo)軌 6-頂桿 7-V型塊 8-支座 9-鎖緊氣缸
圖5.1后橋接件缸調(diào)整
5.3 試車運(yùn)行與操作
5.3.1 試車運(yùn)行
1.開機(jī)前的檢查。
（1）觸摸前請用測電筆確認(rèn)控制柜無電壓。
（2）檢查設(shè)備中各部件是否處于原點狀態(tài)，氣缸處于原點狀態(tài)包括：
(1) 定位缸后退到位。
(2) 鎖緊缸后退到位。
(3) 壓入缸后退到位。
(4) 升降缸上升到位。（長時間停機(jī)該氣缸導(dǎo)桿會下降，開機(jī)后點擊觸摸屏（PT）自動操作界面的原位點即可升至上升位。
(5) 夾緊松開缸松開到位。
(6) 移動缸后退到位（處于操作臺上方）。
(7) 后橋支架氣缸上升到位。
2.接工作電源，控制系統(tǒng)開機(jī)。
（1） 一切確認(rèn)無誤后，接通220V電源，將總電源開關(guān)旋鈕旋至“1”位置。
接通氣源。
（2） 打開控制柜，將空氣開關(guān)撥至“ON”的位置，此時PLC電源接通，指示燈“RUN”亮。
（3） 將24V電源空氣開關(guān)撥至“ON”的位置，在電源下方綠色指示燈亮，此時24V電源接通。
（4）觸摸屏（PT）插入鑰匙開關(guān)，開機(jī)30秒后仍未插入鑰匙開關(guān)自動轉(zhuǎn)為為自動運(yùn)行檔，無須密碼輸入即進(jìn)入自動操作界面，點擊原位點所有氣缸恢復(fù)原位。放置工件后按啟動按鈕自動運(yùn)行工序。
（5）觸摸屏（PT）插入鑰匙開關(guān)，旋至調(diào)試檔，開機(jī)后屏幕出現(xiàn)對話框 ，點擊“輸入”，出現(xiàn)密碼 ，點擊 彈出小鍵盤，輸入密碼后按“確認(rèn)”進(jìn)入程序界面，一切正常。
（6）觸摸屏（PT）鑰匙開關(guān)處于調(diào)試檔時，可以對設(shè)備工序運(yùn)行進(jìn)行手動調(diào)試。
3.關(guān)機(jī)操作。
先將氣缸置于原點狀態(tài)后，將24V電源空氣開關(guān)撥至“OFF”，然后將控制柜總開關(guān)撥至“OFF”，最后關(guān)斷設(shè)備總電源。
5.3.3 運(yùn)行
（1）開機(jī)檢查確認(rèn)無誤后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
（2）開機(jī)默認(rèn)鑰匙開關(guān)處于自動運(yùn)行檔，將其旋至手動調(diào)試位置，手動模式按工藝流程進(jìn)行調(diào)試。
（3） 首先應(yīng)進(jìn)行空載試車運(yùn)行，打開手動操作界面，點動顯示屏無觸點按鈕，按工序流程控制氣缸和油缸的動作時反復(fù)多次運(yùn)動觀察油缸中注油腔是否混入空氣，一旦油中混入空氣應(yīng)盡快將油中的空氣從高處泄除。
（4） 觀察各運(yùn)動件運(yùn)動是否平穩(wěn)、靈活、安全可靠，如無故障可進(jìn)行載荷試車，系統(tǒng)由低到高調(diào)整，調(diào)整減壓閥按鈕控制系統(tǒng)壓力，壓力應(yīng)由0.1MPa開始逐步調(diào)到0.8Mpa，檢查系統(tǒng)有無漏氣、滲油現(xiàn)象，如有滲漏必須重新緊固克服。
（5） 手動調(diào)試完成后，轉(zhuǎn)至自動操作界面確認(rèn)原點對話框周圍各個傳感器顯示塊均亮起，同時確認(rèn)各運(yùn)動機(jī)構(gòu)無問題后，將鑰匙開關(guān)旋至運(yùn)行檔，設(shè)備進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)。
（6） 零件按工藝規(guī)定位置放置正確后，同時按下操作臺啟動按鈕“SB1”“SB2”，設(shè)備開始正常運(yùn)行。電磁閥通電順序?qū)凑疹A(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行自動工作。
（7） 鑰匙開關(guān)旋至自動運(yùn)行檔時，觸摸屏（PT）功能限制為顯示屏。只顯示自動操作界面，點擊其它功能頁面無效。
（8） 拔出鑰匙，妥善保管。以備設(shè)備維修及開機(jī)調(diào)試時使用。
（9） 觸摸屏（PT）旁的急停開關(guān)可用于調(diào)試及自動運(yùn)行時的緊急制動。斷電重新啟動后，按工序要求進(jìn)行手動調(diào)試，調(diào)試無誤后方可轉(zhuǎn)至自動運(yùn)行檔。
5.4 操作事項
5.4.1 操作注意事項
(1) 操作者必須經(jīng)過培訓(xùn)合格后方可上崗。
(2) 嚴(yán)禁兩人同時操作設(shè)備。
(3) 正式使用前必須經(jīng)調(diào)試并運(yùn)行正常。
(4) 使用過程中經(jīng)常檢查行程開關(guān)，磁性開關(guān)的位置及動作情況。
(5) 非專業(yè)維修人員不要打開電控箱，按鈕盒、顯示屏以防觸電。
(6) 出現(xiàn)故障務(wù)必請專業(yè)人員進(jìn)行檢修，請勿自行打開、拆卸控制柜內(nèi)電氣元器件、線路，有觸電危險。無關(guān)人員禁止亂動。
(7) 操作人員離機(jī)時應(yīng)停車，并切斷電源。工作電源切斷后，一分鐘之內(nèi)，請勿觸摸PLC內(nèi)部電路。
(8) 停電時間低于10ms時，控制柜中的PLC不受影響繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)停電時間過長或電源電壓下降將使PLC停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出全部OFF，當(dāng)電源恢復(fù)正常時，PLC亦自動回復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
5.4.2 操作程序
預(yù)備接通壓縮空氣，合上總電源開關(guān)。檢查行程開關(guān)和磁性開關(guān)處于原位工作狀態(tài)。將觸摸屏鑰匙開關(guān)旋至運(yùn)行工作檔。
工作循環(huán)：人工放件（油封、壓蓋和后橋）—雙手啟動開關(guān)—定位缸前進(jìn)—鎖緊缸移動—壓封缸工作—工件壓封完成—壓封缸退回—鎖緊缸縮回—定位缸后退—升降缸下移—夾緊松開缸閉合夾緊工件—升降缸上移—移動缸平移—工件被吊運(yùn)輸送線上方—接件缸升起等待接件—升降缸下移到位—夾緊松開缸爪開啟—工件落入接件機(jī)構(gòu)中—升降缸升起—移動缸返回原位等待進(jìn)行下一工序—此時行程開關(guān)檢測輸送線上定位件到位—接件缸下移—工件（后橋）落入輸送線定位件上隨輸送線移走。此時完成一個工作循環(huán)，并進(jìn)行下一工作循環(huán)。（見流程圖5.2）
完成一個工作循環(huán)，進(jìn)行下一工作循環(huán)
接件缸升起，等待接件
接件缸下降工件落入輸送線上
行程開關(guān)檢測到輸送線上定位件到位
移動缸返回原位等待進(jìn)行下一工序
升降缸升起
工件落入接件機(jī)構(gòu)中
夾緊松開缸松開工件
升降缸下移到位
接件缸升起等待接件
工件被吊運(yùn)至輸送線上方
移動缸平移
升降缸上移
夾緊松開缸閉合夾緊工件
升降缸下移
定位缸后退
鎖緊缸縮回
壓封缸退回
工件壓封完成
壓封缸工作
前左、右鎖緊缸前進(jìn)
后左、右鎖緊缸前進(jìn)
右定位缸前進(jìn)
左定位缸前進(jìn)
人工放件（油封、壓蓋、后橋）
圖5.2流程圖
5.5 保養(yǎng)與維修
（1）人走關(guān)斷電源和氣源，設(shè)備防塵防潮。
（2）請勿將PLC控制柜裝置于落塵大、油煙、金屬性粉末、高溫結(jié)霧、腐蝕性或可燃性氣體的環(huán)境及有直接震動及沖擊的場所當(dāng)中。長期停機(jī)時應(yīng)進(jìn)行防潮、防灰塵處理。
（3）運(yùn)行檢修周期一年，對機(jī)械系統(tǒng)、氣液系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)檢修一次，更換有損傷的零件。
（4）設(shè)備應(yīng)每日清掃，運(yùn)行導(dǎo)向部分每周注（涂）潤滑（油）脂。（注油點見圖5.3、圖5.4、圖5.5）
（5）每班前檢查運(yùn)動部件上緊固件是否松動。
（6）液壓油每半年更換一次。
圖5.3 壓裝機(jī)構(gòu) 圖5.4 支架機(jī)構(gòu)
圖5.5 汽缸
5.6 故障及排除
序號
故 障
原 因
排除方法
1
氣缸不運(yùn)動無工作壓力或壓力不足。
1、回路中開關(guān)閥、速度控制閥等未打開或開度太小。
2、系統(tǒng)漏氣嚴(yán)重。
1、打開閥類開關(guān)。
2、更換密封件或軟管。
2
壓力不能調(diào)整。
減壓閥彈簧及膠墊損壞。
分解更換損傷件。
3
外滲漏。
1、密封件損壞。
2、油溫過高。
1、更換新件。
2、采取降油溫措施。
4
壓封座爬行速度忽快忽慢。
1、滑軌間平行度產(chǎn)生誤差。
2、壓力供給不足。
1、調(diào)整滑軌適當(dāng)潤滑。
2、提高供給壓力。
5
液壓油缸上頂桿工作不到位。
1、油量不足。
2、頂桿滑動未到位。
1、適當(dāng)注入液壓油。
2、調(diào)節(jié)油缸安裝螺桿上螺母。
6
后橋工件放置后按鈕開關(guān)不起動。
行程開關(guān)未到位。
調(diào)節(jié)行程開關(guān)距離。
7
后橋工件落入輸送線不到位。
行程開關(guān)發(fā)送信號時間差不匹配。
調(diào)整行程開關(guān)與輸送線上定位件位置尺寸。
8
電源（Power）之LED指示燈通電后不亮。
電源未正確接入PLC。
1、請檢查電源輸入線路是否穩(wěn)定。
2、當(dāng)排除以上之可能原因并確認(rèn)電源輸入正常，該指示燈仍然不亮，則此PLC已故障。請更換并返廠家進(jìn)行維修。
9
錯誤（error）指示燈閃爍。
1、操作時將不合法的程序輸入PLC或是程序中的指令、組件超過允許范圍。
2、供應(yīng)電源不足。
1、使用者應(yīng)由主機(jī)特殊資料緩沖器查詢錯誤代碼，找出錯誤原因，修改程序，再重新送入PLC。
2、請檢查負(fù)載是否過大。
10
錯誤（error）指示燈持續(xù)亮（不閃爍）。
1、程序回路執(zhí)行時間超過逾時設(shè)定時間。
2、可能有噪聲干擾源存在。
3、異物侵入PLC內(nèi)部。
1、查找回路中存在的逾時工作點，進(jìn)行相應(yīng)的維修。
2、消除噪聲干擾。
3、請專業(yè)人員進(jìn)行相應(yīng)處理。
11
氣缸運(yùn)行時相應(yīng)的磁性開關(guān)相應(yīng)輸入點指示燈不亮。
1、使用漏電流過大的磁性開關(guān)，造成輸入點不預(yù)期的動作。
2、是否輸入線路接點發(fā)生永久性的開路或斷路。
1、檢查或更換磁性開關(guān)。
2、檢查相應(yīng)輸入配線回路及螺釘是否鎖緊。
12
輸出指示燈ON/OFF時負(fù)載不相應(yīng)動作。
輸出接點可能因為負(fù)載或者負(fù)載短路，造成接點溶掉而黏住，造成接觸不良。
檢查相應(yīng)接點輸出配線回路及螺釘是否鎖緊。
13
自動運(yùn)行時按啟動按鈕設(shè)備不動作。
程序原位點未全部到位。
打開觸摸屏中自動操作界面，原位點周圍是否有未亮的顯示塊。點擊原位點，等全部亮起后即可轉(zhuǎn)入自動操作狀態(tài)。
5.7 觸摸屏（PT）工藝流程圖
本設(shè)備電氣系統(tǒng)中觸摸屏采用歐姆龍NS系列可編程終端。以下為本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中觸摸屏（PT）部分相關(guān)工藝流程畫面。請了解并熟悉其各界面內(nèi)容以便在工裝進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行時使用。
1. 觸摸屏外觀
紅色故障燈
綠色電源指示燈
運(yùn)行/調(diào)試鑰匙開關(guān)
顯示屏
急停按鈕
用手同時按住觸摸屏任意兩個邊角界，可以彈出快捷菜單，在密碼設(shè)置工具欄可以按需要修改密碼。
圖5.6 PT 觸屏控制器
2. 開機(jī)界面：
接通電源后，鑰匙開關(guān)處于調(diào)試檔即顯示該界面，點擊“輸入”，即可進(jìn)入輸入界面。
時間
日期
輸入
圖6.7 PT 控制開機(jī)界面圖
3. 密碼輸入界面：開機(jī)后點擊輸入進(jìn)入該界面
圖6.8 PT 密碼部分圖
4. 自動操作界面：
（1） 原點顯示初始化個個氣缸是否處于原點位置，周圍各點均亮起表示全部到位，可以自動運(yùn)行。如有不亮，請點擊原點。氣缸即回至原位。
（2） 暫停用于運(yùn)行中的制動。
5. 手動操作界面：
（1） 氣缸手動操作狀態(tài)，手動燈會一直亮。
（2） 可以手動調(diào)節(jié)各個氣缸的運(yùn)動，默認(rèn)狀態(tài)時，各指示塊均為灰色，氣缸均為原點狀態(tài)。
（3） 點擊相應(yīng)指示塊，該指示塊便會亮起，氣缸相應(yīng)動作。
（4） 出現(xiàn)故障時，報警燈會亮起，請轉(zhuǎn)至報警操作界面，檢查故障點，在手動操作界面進(jìn)行相應(yīng)處理，故障清除后燈會熄滅。
圖5.9 故障警報裝置
6. 工藝顯示界面：
（1） 在自動運(yùn)行時，可以顯示當(dāng)時工序流程，顯示各個傳感器所在氣缸的運(yùn)行情況。舉例：若QS13亮起說明左壓入缸壓入到位。
（2） 界面中所涉及磁性開關(guān)標(biāo)號與設(shè)備現(xiàn)場氣缸上磁性開關(guān)標(biāo)號一致。
圖5.10 故障警報電路圖
7. 報警界面：
（1） 正常運(yùn)行時，各指示塊呈灰色。
（2） 當(dāng)有氣缸運(yùn)動不到位時，相應(yīng)指示塊會閃爍，此時請轉(zhuǎn)至手動狀態(tài)調(diào)節(jié)。故障排除后，該指示塊恢復(fù)原態(tài)。
圖5.11 報警界面示意圖
5.8 本章小結(jié)
本章通過對設(shè)備的安裝和調(diào)整能夠掌握故障以及排除故障，并且能夠工作工作臺的電子設(shè)備來發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，最后注意保養(yǎng)和維護(hù)。
結(jié) 論
隨著現(xiàn)代社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，隨著我國進(jìn)入WTO以來，汽車制造業(yè)在我國的地位明顯提高，人們對汽車的需要也越來越多，本文設(shè)計的產(chǎn)品輕型汽車后橋油封安裝壓入機(jī)具有一定的通用性，更尤其適合對輕型汽車的后橋進(jìn)行油封安裝。
本文設(shè)計的壓入機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，主傳動系統(tǒng)選用同步帶傳動。同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的優(yōu)點，工作時，帶與帶輪間沒有相對滑動，從而保證了同步傳動。測試機(jī)的動力源選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)易于控制。通過對步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速控制，經(jīng)同步帶對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的傳遞，實現(xiàn)對產(chǎn)品的開合運(yùn)動，以及對產(chǎn)品的開合角度與開合頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。通過滾子鏈傳動實現(xiàn)對工作臺高度的調(diào)節(jié)?？梢赃M(jìn)行對輕型汽車后橋油封的批量生產(chǎn)。并且設(shè)計了很好的循環(huán)移出工作零件的裝置。
選用8051單片機(jī)實現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)的控制，8051單片機(jī)具有體積小、性能/價格比高、耗電少、可靠性高和容易掌握等優(yōu)點。采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714控制勵磁。選用光電記數(shù)方式對產(chǎn)品的開合進(jìn)行記數(shù)。產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量經(jīng)8位LED顯示器顯示。
通過合理的分析知，本設(shè)計的輕型汽車后橋油封安裝壓入機(jī)能很好的完成預(yù)先設(shè)定的設(shè)計功能，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性，是合理的設(shè)計。
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致 謝
感謝我的老師張德生!本論文從選題構(gòu)思、資料收集到修改定稿，無不凝聚著老師的心血。正是老師的辛勤勞動，我才有了今天的成績!古語有云“師者，傳道，授業(yè)，解惑者也”，張德生老師廣泛淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)和積極進(jìn)取的事業(yè)精神，都使我受益匪淺。張德生老師的悉心教誨，使我在學(xué)術(shù)專業(yè)方面有了一定的提高，更為重要的是，老師在治學(xué)為人上的那份執(zhí)著和熱誠，也深深地影響著我，并將鼓勵我在未來的路上不斷地探索、前進(jìn)!
感謝所有給以我支持和幫助的朋友、同學(xué)們!
最后，感謝在百忙之中審閱本文的專家、老師們!
謝謝大家!
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