发动机缸体翻转振荡排屑机构的设计说明书.docx

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发动机缸体翻转振荡排屑机构的设计说明书

本科生毕业设计

发动机缸体翻转振动排屑机构的设计

Designofengineblockturningvibrationchipremovalmechanism

学生姓名

所在专业

所在班级

申请学位

工学学士

指导教师

职称

副指导教师

职称

答辩时间

目录

设计总说明I

introductionII

1本课题的研究现状、运用目的和生产意义1

1.1目前国内外研究的现状1

1.2本课题研究的目的和意义2

1.3本课题研究的主要内容2

2翻转机构的设计2

2.1翻转机构的整体设计3

2.2缸体的选取和参数3

2.3翻转机构的回转油缸的设计3

2.4翻转回转油缸主要参数的确定4

2.5定子与缸筒的结构设计4

2.6翻转轴的设计6

2.6.1翻转轴的尺寸设计6

2.6.2翻转轴的校核6

2.6.3定叶片上键的尺寸确定和校核7

2.6.4轴承的选用8

3振动机构的设计8

3.1振动机构的结构尺寸的确定8

3.2振动机构的零部件组成9

4液压系统的设计9

4.1液压系统的特点9

4.2液压系统工况分析9

4.3确定供油路线10

4.3.1液压回路的设计10

4.3.2拟定液压系统图10

4.3.3液压系统原理图的分析设计10

4.4液压元件的选用14

5输送辊道的设计16

5.1传动方式的选用16

5.2输送机的减速机选用16

5.3链条的设计17

5.3.1滚子链的设计17

5.3.2链节数的计算17

5.3.3单排链额定功率17

5.3.4确定链条的中心距17

5.3.5验算链速V18

5.3.6选择链条的润滑方式18

5.3.7链传动的静强度计算18

5.3.8链轮的基本参数的确定18

5.4输送滚筒的设计18

5.4.1辊道滚筒的尺寸18

5.4.2输送机滚筒的校核19

5.5输送机链轮轴承和联轴器的选用20

6Solidworks三维设计图20

鸣谢23

参考文献24

设计总说明

本设计的机构是用在发动机缸体生产线上的深盲孔的排屑工序的，发动机缸体翻转振动排屑机构是一个主要实现的设备，流水线滚筒输送机是另外辅助生产的设备。

缸体翻转振动排屑机构的运作在流水线上是全自动化的。

整个装置运作的实现是依靠缸体在输送流水线上运动时，缸体碰触到翻转装置的行程开关的时候，从而触发电磁铁1DT通电，使油泵排油，继而带动了翻转机构的正反转以及振动机构的工作运转，完成缸体排屑的生产环节。

本课题需要设计四大部分：

翻转机构部分、振动机构部分和传动流水线部分和液压系统部分。

翻转机构设计部分，涉及回转油泵、翻转液压元件、翻转液压系统和翻转轴的选用和设计。

翻转轴是非标准件，还进行了强度校核，以及相应轴承的选用和校核。

振动机构设计部分，涉及振动液压元件、振动系统、振动结构选用和设计。

输送部分的设计，确定使用链传动，选用输送减速电动机，并进行链条的设计。

全自动化生产线的实现，靠行程开关控制，本设计画出了液压传动原理图，以及二维、三维设计图的展示。

关键词：

翻转机构；振动机构；输送机；液压系统

introduction

Thepurposeofthisdesignisusedintheenginecylinderblockproductionlineofdeepblindholechipprocess,theenginecylinderturnovervibrationchipremovingmechanismisamainequipment,pipelinetransportationisauxiliaryequipment.

Theoperationofthecylinderturningvibrationchipremovalmechanismisfullyautomated.Theoperationofthewholedeviceachieveistorelyonthecylinderintheconveyingpipeline,cylindertouchedtheturningdeviceofthetravelswitch,triggering1dtofelectromagnetenergized,sothatthepumpdischargeofoil,andthenledtheturnovermechanismisreversingandvibrationmechanismofstopping,completecylinderrowchipproductionprocesses.Thistopicneedstodesignthreemajorparts:

theturningmechanismpart,thevibrationmechanismpartandthetransmissionlinepart.Thedesignoftheturningmechanismisinvolvedintheselectionanddesignoftherotarypump,thehydrauliccomponents,thehydraulicsystemandtheturningshaft.Turningshaftisnotstandardparts,alsocarriedoutthestrengthcheck,aswellasthecorrespondingbearingselectionandcheck.Vibrationmechanismdesignpart,involvevibrationhydrauliccomponents,vibrationsystem,vibrationstructureselectionanddesign.Transmissionpartofthedesign,todeterminetheuseofchaintransmission,theuseofconveyormotor,andthedesignofthechain.

Therealizationofthefullautomaticproductionline,bythestrokeswitchcontrol,thedesignofthehydraulictransmissionprinciplediagram,aswellasthethree-dimensionalmapoftheshow.

Keywords:

Turningmechanism；Vibrationmechanism；Conveyerbelt；pressure

发动机缸体翻转振动排屑机构的设计

毕业设计说明书

1本课题的研究现状、运用目的和生产意义

1.1目前国内外研究的现状

本课题研究的目的是针对缸体生产线上的翻转振动排屑机构的设计和改进。

每个工序都有相应的生产环节，而每一个生产环节都是相扣的。

发动机缸体的翻转振动排屑装置，应该与发动机缸体其他的生产环节相匹配。

一个缸体的完整生产，需要每一个工序都落实好。

随着时代的进步，世界各国的经济都得到飞速发展。

但是，近几年爆发了全球性金融危机后，让工业制造行业饱受冲击，即使是在世界上来说已经成为龙头行业之一的汽车制造行业也难逃过这次“灾难”。

如何在金融危机中把握机会，再促进技术上的进步，成为每一个国家的企业首要面对的一大难题。

在汽车发动机的装配生产来说，生产的效率和成本，零件质量等主要问题是公司必须考虑的问题，以降低其生产成本，提高产品的质量，这是社会生产发展的方向。

我们国家的大部分企业的生产率仅为世界先进国家的3/1，与美国，德国，日本等发达国家相比，甚至还不到5/1。

前面我们看到的巨大差距是技术落后和资源浪费。

创新的和先进的汽车生产线技术已成为我国汽车产业的主要追求目标。

在汽车行业竞争日益激烈，特别是金融危机的动荡之后，如何抓住机遇与挑战，如何摆脱弱竞争，如何在质量和价格上脱颖而出，这是我们需要一步一步来提高的。

发动机缸体是发动机的重要组成部分，如果提高了缸体的生产效率，对提高发动机的生产效率有着直接的意义，尤其是缸体生产的需求量一直很大，无论是国内还是国外。

实现缸体的自动生产线上的翻转振动装置具有比手动操作更方便快捷有效的优点。

创新的生产线，是保证缸体的生产效率和质量的有力要素。

1.2本课题研究的目的和意义

由于汽车的产业链长，人们需求量大，社会的关注度高；随着汽车的普及，汽车生产和销售规模日益增加。

2011年汽车销量超过1800万辆，获得了全球第一个销量的同时，在整个汽车产业需求量激增和就业增长的同时，汽车生产和市场营销的也紧跟着高速增长。

正是在这种颇有挑战的环境下，自主创新技术的结果，劳动成本的降低和生产率的提高是近年来我国汽车行业发展的趋势。

改革开放以来，通过汽车工业的发展和进步，给我国的工业发展带来空前的进步。

目前，汽车产业已逐渐成为我国国民经济的支柱产业之一。

汽车工业组织结构逐年优化,零部件的设计制造水平有了较大的提高。

但是，我国目前还有存在工作人员综合素质较低、生产的设备陈旧、生产往往仅靠半自动和人力经验从事汽车生产的企业。

发动机缸体的深盲孔加工后由人工来翻转振动清理的话，操作者劳动强度大，经常会造成腰部损伤，而且难以达到排屑效果，大批量生产所需人员过多，生产成本会高居不下，所以发动机缸体翻转振动排屑装置就是作为汽车生产行业较为常见的一个辅助设备而出现，是完成发动机深盲孔排屑的最基本工具,其能使发动机缸体深盲孔里的排屑更加彻底。

全自动流程不仅可以减轻劳动者的工作强度而且提高了生产率，其装置在汽车发动机的缸体生产有着举足轻重的地位。

企业的生产目标应该以更高效，更专业和减少成本为发展之道；创新的装配线，更先进的生产技术，是促进整个汽车产业链的发展的至关重要因素。

1.3本课题研究的主要内容

本课题主要研究的是缸体翻转振动装置的运动方案和运动机构。

在设计任务中，可分四个主要部分：

翻转装置机构的设计、振动装置的机构设计、输送生产线辅助部分的设计和液压系统的设计。

这里主要设计的是前面两个部分。

除此之外，我们还需要图纸来更直观地表达本装置的生产，装配和应用。

我们需要把二维CAD和三维的零件图、装配图画出来。

2翻转机构的设计

主要解决带动翻转架翻转的机构设计，液压系统参数的确定，液压零件的选用和主要非标件的校核。

2.1翻转机构的整体设计

图2-5翻转装置的整体尺寸

2.2缸体的选取和参数

翻转机构设计中，翻转机架的设计都是根据缸体的尺寸来确定的。

本课题选取的发动机缸体是：

EQ4H（四缸发动机缸体）

缸体的材料：

HT250

缸体的尺寸：

长（l）=551mm，宽（b）=372mm，高（h）=428mm

缸体的重量：

W=100Kg

2.3翻转机构的回转油缸的设计

1）缸体的重量为100kg，粗略估值翻转架的重量约为80kg，

所以粗略估算液压回转油缸转矩为：

（1000+800）N*0.65m=1170N·m

2）按实际的工业需求，翻转架的转速很慢，不大于5r/min，因此应该控制压力油流量。

根据转矩和转速，估算输入功率=1170*5/（9549*0.6）=1.02kw

3）液压系统的压力的确定：

（2-1）

（2-2）

由以上两式可知,在选择液压回转油缸相应的运行压力p时,按照机械的运作条件、部件的制作能力等各方面因素进行考虑.在满足系统所需功能、系统的效率和流量、运行稳定性、经济以及工艺性等方面的条件后,在设计中,应选择类比法来选择

。

参考表2.1、2.2,选择系统的工作压力p=15MPa.

表2.1各类液压设备常用的工作压力

设备类型

磨床

组合

机床

车/铣

镗床

龙门

刨床

农业机械,小

型工程机械

工程机械

锻压设备

船用

系统

工作压力/MPa

≤2

<6.3

2～4

<10

10～16

16～32

14～25

表2.2不同负载下的液压缸常用的工作压力

负载/KN

<5

5～10

10～20

20～30

30～50

>50

工作压力/MPa

<0.8～1

1.5～2

2.5～3

3～4

4～5

≥5～7

选择液压回转缸的工作压力

按照本次的设计的条件采用的系统的运行压力为15Mpa为接下来液压翻转振动排屑机构的设计提供相应的理论依据。

2.4翻转回转油缸主要参数的确定

从液压回转缸的工作情况特点出发，本次设计采用单叶片式液压缸。

安装方式为轴向底座式。

根据动力以及运动的分析，设计计算的主要尺寸大小参数如下：

选择液压回转缸的工作压力，前面已采用15MPa

液压回转油缸内径：

按照液压缸系统所采用的供液压油的压力P以及用规定的输出力F来确定缸筒转动叶片的受力面积A（mm

），其计算的公式为：

A=F/P=120（mm

）（2-3）

式中F----液压缸的输出力（N）

p----供油压力（MPa）

根据以上计算的公式先试拟定出液压缸的内径D为80mm，L为160mm。

2.5定子与缸筒的结构设计

1.定子

（1）主要技术要求：

要有足够的强度

要有足够的刚度

内表面长期在转动叶片密封件的反复摩擦作用下,还可以长期正常运输,并且几乎没有摩损,要有很高的几何精度,可以保证回转油缸的密封性。

（2）结构形式

在本次设计过程中选择半环联接的形式作为回转油缸结构形式,它具有以下特点:

加工方便,结构相对简单,方便装卸。

（3）材料

定子的材料必须要有一定冲击韧性以及一定的强度,考虑到液压缸的主要参数、毛坯选型以及用途,可以选择四十五号碳素钢钢管.

（4）定子计算

定子厚度计算

=

0+c1

（2-4）

式中

0----定子材料强度要求的最小值（m）

c1----定子外径公差余量（m）

定子的厚度计算分为以下几种:

当

/D小于等于0.08时,按照薄壁缸筒计算

0≥

/（2[

]）=0.733（mm）（2-5）

取定子厚度为10mm

式中D----定子内径（m）

——缸筒内的最高工作压力,当工作压力P小于10Mpa时,

等于1.5p;在工作压力p>15Mpa时,

=16Mpa;

[

]----材料的许用应力（MPa），[

]=

b/n=600/8=75（MPa）

式中[

b]----定子的材料抗拉强度（MPa）

n----安全系数,参考表2-3取n=8。

表2-3材料的安全系数n

材料

静载荷

交变载荷

冲击载荷

不对称

对称

钢

3

5

8

12

铁

4

6

10

15

综上取定子的壁厚

=10mm

所以缸筒外径：

D1=D+2

=90（mm）（2-6）

2.缸筒连接方式：

法兰式连接要求的连接强度较高，方便拆卸安装、制造简单，制造成本较低廉并且可以能够承受较高的压力；焊接式的联接强度很高并且不容易拆装，而且整体式的结构比较复杂不利于加工

。

故选用法兰式联接。

2.6翻转轴的设计

2.6.1翻转轴的尺寸设计

图2-1翻转轴的整体尺寸

2.6.2翻转轴的校核

轴的材料选用45钢,调质处理硬度235-269HBS；表面淬火后硬度为55-60HRC。

轴的传动功率

.

图2-2翻转轴的受力示意图

根据受力图，两个受力点的扭矩

.

弯矩

.

由[14]，翻转轴主要受到扭矩的作用和作用不大的弯矩。

基本上可以通过降低许用扭转切应力来校核轴的扭转强度。

翻转轴所受到的扭转强度

，因

<[

]=55MPa，考虑到弯矩的影响，因此[

]已经降低了数值，所以轴符合强度要求。

图2-3翻转轴弯矩图

根据受力图，两个受力点的扭矩

.

弯矩

.

由[14]，翻转轴主要受到扭矩的作用，以及可以忽略不计的弯矩。

基本上可以通过降低许用扭转切应力来只校核轴的扭转强度。

有前面计算所得结论：

翻转轴复合强度要求。

图2-4翻转轴的扭矩图

2.6.3定叶片上键的尺寸确定和校核

按普通B型键来设计，材料是45钢，根据d=55mm，由[3]得键的尺寸为b=18mm,h=14mm，取键长Ll=160mm。

查[2]表6-2得[σp]=120-150MPa，

因为是B型平头键，l=L，k=0.5h=7mm，

当T=1160N·m全部作用在一个键上面时，则有，

σp=2000T/kld=2000*1160/（7*160*55）=37.66MPa<120MPa符合要求。

2.6.4轴承的选用

翻转装置选用的轴承是：

角接触球轴承；型号是：

7217AC，此轴承极限转速比高，轴向承载能力也比较大，可以同时承受径向以及轴向载荷。

3振动机构的设计

主要是振动机构的尺寸设计，振动液压系统的拟定和液压元件的设定。

3.1振动机构的结构尺寸的确定

根据翻转装置的尺寸先确定振动箱体的尺寸：

L=220;D=170;H=130（mm）

从液压缸的工作情况特点出发,本次设计采用单作用活塞杆式液压缸。

安装方式为轴向底座式。

根据动力以及运动的分析,设计计算的主要尺寸大小参数如下：

选择液压缸的工作压力,前文已采用P=15MPa

液压缸油腔内径:

按照液压缸系统所采用的供液压油的压力p以及用规定的输出力F来确定缸筒的内径D（m）,其计算的公式为:

D=

=3.91（mm）（3-3）

式中F----液压缸的输出力（N）

p----供油压力（MPa）

根据以上计算的公式得出液压缸油腔的内径D，取值并且圆整到标准值

取D=10mm

滑阀杆直径：

由表2.3可取d=0.7D,得d=7（mm）,

查表:

取d=8（mm）

表3.4机床内液压缸活塞杆的直径推荐值

活塞杆受力情况

受拉伸力

受压缩力,工作压力p1（MPa）

p1≤5

5

p1>7

活塞杆直径d

（0.3～0.5）D

（0.5～0.55）D

（0.6～0.7）D

0.7D

执行机构的运行条件可以确定液压滑阀杆的行程,但是为了简化制造工艺,降低制造成本,增加产品的通用性,应该选择标准化的值,这里将S=1100（mm）

计算工作阶段液压缸所需要的流量：

q=

2

=0.0785L/min（3-4）

图3-1滑阀与活塞推杆的连接方式

3.2振动机构的零部件组成

振动机构是由振动箱体（制定油路、油腔），滑阀1和滑阀2，活塞推杆1组成。

4液压系统的设计

4.1液压系统的特点

1）轻易地达到无级调速的目的，而且调速的区间比较大，一般可以达2000：

1。

2）液压系统的重量较轻体积较小；

3）使用液压传动时较为平稳；

4）可以完成过载保护，并且工作油液可以自动润滑传动的部件，从而可以增加使用年限；

5）操做方便简单，可以实现自动化。

6）液压元件便于实现系列化、通用化以及标准化，选择液压传动可以机械的内部结构更加简单，因此可以使机械的内部零部件数目减少。

4.2液压系统工况分析

本次设计的液压翻转振动排屑装置的运行流程总体如下：

发动机缸体进入翻转架中→触动翻转机构液压元件→翻转叶片翻转→带动翻转架翻转180°→触动振动机构液压元件→活塞推杆推动翻转架一个角度→活塞推杆回缩→翻转架向下运动顶到活塞推杆上，达到振动效果→回转油缸反转→翻转架回到原位。

等待下一次翻转振动工作。

以上就是液压翻转振动装置的一次运行流程。

4.3确定供油路线

为了实现这个设备在翻转运行时速度低,振动运行时进给速度高的要求,从节约能量、降低热损失出发,泵源系统应该选择变量泵供油或者双泵供油,本次设计选择变量柱塞泵供油。

4.3.1液压回路的设计

首先，设计翻转回路。

在液压系统中翻转回路应该达到以下几个要求：

1）可以在设定的调速区间内控制执行元件的运行速度。

2）当载荷不断改变时,已经设定好的变速区间大小要尽量小,并且应该在设定的区间内波动。

3）可以为驱动执行元件提供所需要的转矩和力。

4）要尽量降低功率损耗，尽量减少热量散发。

5）当工件接近原位时，翻转架会压下行程节流阀，实现缓冲，达到减少工件与输送带导轨的碰撞。

此外，为了保证振荡的性能，在振荡时应使回转油缸里的右油腔排出的压力油，全部流入回转油缸的左油腔。

因为右油腔排出的油，如有一部分流回油箱，就一定会使左油腔形成一定程度上的真空，就会有不利于振动的影响。

所以本液压系统在调速阀之后需要串联一个背压阀，以保证振动排屑的效果。

4.3.2拟定液压系统图

我们知道，液压系统的回路大致可以分为两种：

开式回路和闭式回路。

经过我们反复对比可以得知闭式系统回路比较对称、外形和构造相对紧密，但是液压系统内部相对复杂，为了确保控制系统可以安全运行，需要向低压液压油输入控制回路，因此回路需要设计一个低压保护的地方来保正系统安全运行；当闭式系统中的油温逐渐升高时，热量的散发就会比较困难，因此还要设计高效的冷却系统来冷却工作中的油液，由于附加了这些回路，使系统更加复杂化；闭式系统选择容积调速回路适用于大功率场合，因此只有在比较好的的条件下才能使用。

开式回路相对于闭式回路结构比较简单，冷却条件较好，不需要冷却回路，对资金没有太大要求，对比之下比较合适液压翻转振动排屑装置。

4.3.3液压系统原理图的分析设计

（1）这个液压系统是中低压液压系统，因此选择齿轮泵来给回路供油。

综合考虑上述回转的回路、振动的回路和卸荷的回路、以及保护液压系统的保护回路和控制方向回路来制定回路的液压原理图。

它的翻转振动的工作流程如下：

图4.1缸体翻转倒屑装置

开启电源开关，液压泵开始运行，油路开始上升。

缸体触动行程开关，电磁铁1DT通电后，油泵里面排出的压力油，经过三位五通电磁阀以及行程节流阀之后，流入回转油缸的左腔（相当于轴上的a孔），然后转动叶片沿着轴转动，使翻转装置翻转，从而带动工件翻转。

翻转到一定角度时，翻转架压下行程节流阀，实现节流缓冲。

当振臂接触液压振荡器的柱塞后（翻转180°），行程开关使电磁铁1DT断电并使3DT通电，于是二位三通电磁滑阀接通了油泵和振荡器的油路，使压力油进入到振荡器里面，振荡器开始振荡。

振荡结束后，延时继电器发出信号使2DT通电。

于是从油泵排出的压力油，经过三位五通电磁阀流入回转油缸的右腔（相当于图上的b孔），从而带动工件返回。

当工件接近原位时，回转油缸上的翻转架压下行程节流阀，实现缓冲以消除工件给输送带导轨所带来撞击。

表4.3液压系统工作控制通电表

序号

工作流程

Y1

Y2

Y3

回转