EA型汽車發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計
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畢業(yè)設計(論文)中期報告（學生用表）
姓名
學號
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
院系
機械工程系
論文(設計)題目
EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計
校內指導教師
校外指導教師
開題報告(打√)
外文翻譯(打√)
工作進度(打√)
是否上交(√ ) 是否批改( √)
是否上交(√ ) 是否批改( )
超前( ) 正常(√ ) 滯后( )
學生填寫
課題簡介：該設備是為滿足長安EA發(fā)動機的裝配過程需要，對缸體翻轉90°/180°，實現(xiàn)缸體在托盤上不同姿態(tài)。
操作工件：EA發(fā)動機缸體
節(jié) 拍：1分鐘/臺
自動工位，舉升定位裝置，缸體翻轉機。
按照任務書應完成的工作內容與進展情況（文獻資料查閱、課題調研與實習、開題報告、外文翻譯、課題研究與設計、實施等）：
1、 文獻資料查閱：為了高質量完成該課題的設計，查閱了十幾篇中外文獻及論文，了解了該課題的國內外最新研究情況。
2、 課題調研與實習：開學第一周在指導老師的帶領下參觀、調研了東風汽車設備制造廠，對專用設備的制造有了較深刻的了解。并完成了實習報告。
3、 開題報告：第三周我在老師的指導下完成了開題報告。明確了設計內容和重點、難點。
4、外文翻譯：第五周完成了題目為《內燃機連續(xù)可變氣門正時齒輪傳動機構》的外文翻譯。
5、課題實施：已經(jīng)完成了EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機總體方案選擇和結構設計；運用AutoCAD開始繪制總裝配圖和部分零件圖。
課題存在的問題及解決辦法：
遇到的困難：
一、具體尺寸的確定：如總裝配圖尺寸的確定，部分零部件尺寸的確定；
二、精確定位機構、氣動機構的原理設計。
解決辦法是：
1、 通過繪制制件圖，根據(jù)發(fā)動機的尺寸、重量，通過計算和經(jīng)驗數(shù)值確定總裝配圖和零部件的尺寸；
二、通過查閱有關資料和老師的幫助，并通過自己在實踐中的觀察，最終設計出合理的方案。
待完成的工作：
查閱相關資料，對已繪制裝配圖進行修改；
編寫EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機的設計說明書；
撰寫畢業(yè)設計論文和準備答辯材料。
指導教師意見
指導教師： 年 月 日
注：此表裝入學生畢業(yè)論文（設計）資料袋存檔。
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
課題名稱
EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計
課題來源
東風汽車設備專用廠 （21廠）
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班 級
學生姓名
指導教師
完成日期
一、 課題來源、目的、意義
1． 課題的來源
本課題針對東風汽車設備專用廠制造EA系列發(fā)動機缸體裝配線中的翻轉機構，從而實現(xiàn)在裝配過程中，通過翻轉機對發(fā)動機缸體的翻轉，實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作。
2． 本課題研究目的
通過對本課題的研究，可以在裝配過程中，減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。翻轉機采用氣壓動力完成工序所需的翻轉動作。翻轉角度較為精確，提高產品的市場競爭優(yōu)勢。
3．本課題研究的意義
隨著企業(yè)裝配作業(yè)自動化程度的提高，氣動系統(tǒng)以其輕巧、價廉、無污染，電氣操作簡便、快捷、省力的獨特優(yōu)勢，正越來越被重視與推廣。EA系列發(fā)動機缸體在裝配過程中，需要實現(xiàn)將缸體由水平放置向垂直方面翻轉90°的翻轉操作。原先此操作均由人工完成，既費時又費力。目前，設計一臺由氣動系統(tǒng)控制的發(fā)動機缸體翻轉機，以便自動完成發(fā)動機缸體的搬運和翻轉。
二、 國內外概況、預測和文獻綜述
眾所周知，工業(yè)化的基礎是機械化、自動化，并隨著社會科技的發(fā)展，信息化也逐漸成為了工業(yè)化不可缺少的組成部分。在新的世紀里，科學技術必將以更快的速度發(fā)展，而它的發(fā)展趨勢可以歸納為“四個化”：柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產各種產品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產品的需要，使其與環(huán)境協(xié)調的柔性，使生產推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產制造靈活多變的靈捷化，還有使制造過程物耗、人耗大大降低，高自動化生產，追求人的智能于機器智能高度結合的智能化以及主要使信息借助于物質和能量的力量生產出價值的信息化。
為了上能力，上水平，十年前東風公司由美國康明斯公司引進了先進的柴油發(fā)動機B系統(tǒng)4B和6B產品及技術，并引進了先進的摩抹滾輪裝配線。據(jù)說，在美國康明斯公司該裝配線上的關鍵設備---180°翻轉機格外搶眼，它是一個跨線體龍門式的龐然大物，結構復雜，制造精良，外部罩有鋼絲網(wǎng)罩，并懸掛著“禁止拍照”的牌子，價格十分昂貴。
摩擦滾輪裝配線是全套引進轉換設計，而發(fā)動機總成翻轉機卻是自引開發(fā)設計，要自引開發(fā)設計這一關鍵設備與先進的洋裝配相匹配，確實有難度，參看我們的汽油發(fā)動機的翻轉，或許能得到些許啟發(fā)。EQ140汽油發(fā)動機的裝配工藝方式不同，裝配線形式也有別，翻轉機結構對柴油機裝配線不適合，要么結構不良，故障多，還常掉總成；要么占地面積大，噪聲高，用戶不中意。再看看外地的柴油機廠家的情況吧，因品種多，批量不是很大，沒有適合大批量的專用翻轉機，只有結構簡易的通用翻轉架，全靠人工翻來轉去。
隨著發(fā)動機裝配線轉化設計的全面深入，對翻轉機的壓力更大了。時間緊，難度大，缺參考，少借鑒，反復閱讀裝配工藝流程和技術協(xié)議書，細心研讀6B和4B產品總成圖以及相關產品零件圖，找出相關尺寸及4B和6B兩個產品在空間所占位置和翻轉運動時所需空間，確定兩個產品翻轉運動不能發(fā)生干涉的最小范圍，既要考慮4B和6B產品能通用，又要照顧到90°翻轉機能最大限度的通用。尤其是當時的環(huán)境，用戶提供不了食物產品的情況下，絞盡腦汁，從構思草圖到初步方案，從焊接結構到鑄造結構，加之用戶本身吃不透的多次變更，經(jīng)多次磋商和討論，通過加班加點、廢寢忘食，最終開發(fā)出了立柱橫梁式柴油機發(fā)動機總成180°翻轉機。
180°立柱橫梁式翻轉機首輪開發(fā)設計制造并一舉調試成功，同時也較成功地派生出了90°柴油發(fā)動機總成的翻轉機。而且為后來的許多項目提供了模式或借鑒翻版。先后為專用設備廠和社會各用戶增添了不少有形或無形效益，也為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了自己的貢獻。據(jù)悉，美國180°翻轉機很復雜，很高大，精度很高，占地面積大，價錢昂貴，而我們的180°翻轉機結構較簡單，較小巧靈活，占在地面積小，造價低，很能解決問題。
三、系統(tǒng)設計方案及可行性分析
1.課題分析
隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各汽車廠總裝線不斷進行技術改造。汽車發(fā)動機在裝配式，需要上下、內外各面裝配，于是發(fā)動機翻轉機已成為不可缺少的重要設備。發(fā)動機翻轉機，其原理是氣缸夾緊，電機驅動翻轉，氣缸松開，電機驅動滾輪轉動，使缸體移出翻轉機構。以上是機械動作，所有動作均通過PLC來控制。要求在裝配過程中，減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。
2.系統(tǒng)方案設計
本課題的系統(tǒng)設計方案為發(fā)動機翻轉機設計。課題要求當發(fā)動機裝在托盤上，在生產線上進行流水作業(yè)時，為了完成各個面的加工、裝配工作，需要在某個工位將其翻轉至需要的角度；當托盤帶著發(fā)動機運動至一特定位置時，采用傳感器測量，通過氣動翻轉機開始實行自動化翻轉。
方案一：發(fā)動機的提升靠翻轉機上的提升氣缸帶動，該提升氣缸帶動橫梁，從而提起發(fā)動機。其方案圖2.1如下所示：
垂直導向桿
橫梁
頂部框架
提升氣缸
圖2.1 方案一的方案圖
方案二：在翻轉工位布置一舉升定位裝置，這樣可簡化翻轉機的機構，取消其夾緊機構部分有上升、下降功能。其方案如圖2.2所示。
圖2.2 方案二的方案圖
3. 可行性分析
方案一：
(1)該裝置是通過翻轉機上的垂直移動氣缸，通過兩個垂直導向桿，帶動橫梁上下移動。從而帶動擴架，最終帶著發(fā)動機上下移動。
(2)翻轉機的氣壓系統(tǒng)中氣壓缸設置了雙向緩沖裝置,采用了同步動作回路,使翻轉機翻轉平穩(wěn),提高系統(tǒng)的安全性和可靠性;
方案二：
在裝配線上，為了使與之相配的單機能高效準確地對發(fā)動機進行裝配工作,提高生產效率，這就對發(fā)動機的二次定位提出了較高的要求；同時為簡化翻轉機的機構，該舉升定位裝置就是為滿足這一要求而設計的。
舉升定位裝置應用于發(fā)動機裝配輸送線中，其功能是將托盤精確定位、舉升脫離線體后，協(xié)助單機完成對發(fā)動機進行工作。該設備主要由動力裝置(舉升氣缸)、舉升機構、導向機構、定位機構等幾部分組成。
該方案工作原理：
當托盤（放置有發(fā)動機）運行到舉升定位裝置上方時,該工位處的占位接近開關向舉升氣缸發(fā)出占位信號，由舉升氣缸上的磁性開關控制舉升氣缸動作，通過舉升機將內裝托盤舉升到位。在此過程中，定位機構可準確地對內裝托盤進行定位，并使內裝托盤脫離線體；同時由導向機構保證舉升動作的平穩(wěn)性。舉升到位后，舉升氣缸上的磁性開關向翻轉側移機發(fā)出舉升到位信號，翻轉機工作,完成既定動作后，并將該信號通過接近開關發(fā)給舉升氣缸，由磁性開關控制舉升氣缸動作，使舉升機構下降將內裝托盤放回到輸送線體上，此時托盤已脫離舉升回轉裝置，由輸送滾輪將內裝托盤傳送到下一個工位。舉升回轉裝置在原始位置等待下一個托盤。以此循環(huán)往復。
該方案械設備特點：
一般翻轉機在夾緊單元夾緊工件后，要提升一定高度，使工件與托盤拉開一定距離，留出翻轉空間。夾緊單元的提升是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)。夾緊單元整體的側移也是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)，工件的翻轉是利用伺服電機加齒形帶的方式實現(xiàn)的。本翻轉機有以下幾點特點：
①取消了翻轉機上的提升動作，改由舉升定位裝置實現(xiàn)。而舉升定位裝置采用氣缸舉升，沒有提升電機，使翻轉側移機結構得到簡化；
②翻轉動作采用旋轉氣缸加液壓緩沖器及機械擋塊控制翻轉前后位置，結構簡單，調整方便、可靠；
③垂直夾緊缸采用帶鎖氣缸，夾緊安全可靠；
④全部結構采用氣缸加直線導軌的方式，結構緊湊，重復精度高；
⑤沒有齒輪、齒條的加工，機械加工成本降低；
⑥沒有電機，特別是沒有伺服電機，使電器控制難度及電器成本大大降低；
⑦使用費及維護成本得到降低；
⑧全部電磁閥裝在一個集裝板上，避免了電磁閥因數(shù)量較多而產生凌亂現(xiàn)象。
難點：
①整體動作復雜，動作程序需要合理考慮；
②如何在有限的空間內合理布置各氣缸；
③垂直夾緊單元的同步問題需要解決；
④兩翻轉氣缸的同步問題需要解決。
綜上，兩種方案都能實現(xiàn)發(fā)動機在生產線上的翻轉，但方案二中的該種翻轉機一般采用龍門結構，機械結構復雜，加工難度高，行走裝置及提升重量較大，外購件成本高，電器控制難度大，維修調試困難。故綜合比較下選擇方案一.
4、 預計達到的要求及預計的關鍵技術
1.預計需達到要求、技術指標
在發(fā)動機裝配過程中，通過翻轉機對發(fā)動機缸體的翻轉，從而實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作，以減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。翻轉機由人工完成工件的進出，采用氣壓動力完成工序所需的翻轉動作。翻轉角度較為精確。
2.預計的關鍵技術
1）保證發(fā)動機翻轉的各點位位置精度，保證翻轉角度誤差小。
2）如何保證各步驟有序工作的控制技術。
五、課題研究進展計劃
序號
設計（論文）各階段名稱
日 期
1
熟悉、分析畢業(yè)設計的具體技術要求；調研、查閱相關文獻資料和設備；初步制定課題方案完成開題報告。
14/1-10/3
2
確定課題總體方案。進行方案的優(yōu)劣分析、比較；最終選擇確定應用方案.
11/3-24/3
3
翻譯與專業(yè)相關外文資料一份;進行具體的設計、計算、數(shù)據(jù)處理，最后完成總體設計的總圖。
25/3-14/4
4
進行傳動系統(tǒng)設計、計算；進行主要零部件的設計計算。
15/4-28/4
5
整理設計資料；撰寫完成畢業(yè)設計論文。
29/4-12/5
6
整理、檢查、匯總畢業(yè)設計資料、交畢業(yè)設計資料.
13/5-26/5
7
準備畢業(yè)答辯并整理資料。
27/5-2/6
六、應閱讀的主要參考文獻
1．《機械工程設計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2010年。
2《裝配輸送自動線設計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2009年。．
3..郭景坤，董芳亮。大型自動翻轉機的設計研究[J].一重技術，2009,132（6）：20-22
4.曾岸，成國真，何文杰。液壓自動翻轉機的研制[J].機械開發(fā)，1998，（4）23-25
畢業(yè)設計（論文）選題審題表
編號：
系 部
機械工程系
指導教師
姓名
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
職稱
副教授
申報課題名稱
EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計
課 題 類 型
√工程設計（技術） □軟件設計 □應用研究 □理論研究
課 題 來 源
□教學科研 √生產實際 □社會實際 □模擬
課題簡介
該設備是為滿足長安EA發(fā)動機的裝配過程需要，對缸體翻轉90°或180°,實現(xiàn)缸體在托盤上不同姿態(tài)。
操作工件：EA發(fā)動機缸體
節(jié) 拍：1分鐘/臺
自動工位，舉升定位裝置，缸體翻轉機。
設計(論文)
任務要求
（包括應具備
的條件）
1．按要求完成開題報告；
2．完成總體設計,部分主要零部件設計,合計圖紙量約2.5-3張零號圖；
3．翻譯與專業(yè)相關的外文資料不少于3000漢字；
4．撰寫設計論文不少于15000字；
課題預計
工作量大小
□大 √適中 □小
課題預計
難易程度
□難 √一般 □易
負責人（簽名）：
年 月 日
系部審定意見：
負責人（簽名）：
年 月 日
注：本課題由 同學選定，班級： 學號：
推薦 擔任校外指導教師，職稱
注：課題預計工作量大小和難易程度由所在教研室（學科組）填寫。
畢業(yè)設計(論文)任務書
課題名稱
EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計
系 部
機械工程系
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
任務起止日期
2013
年
1
月
14
日至
2013
年
5
月
26
日共
16
周
指導教師簽名（校內）
指導教師簽名（校外）
教學主任簽名
年
月
日
一、課題內容
該設備是為滿足長安EA發(fā)動機的裝配過程需要，對缸體翻轉90°/180°，實現(xiàn)缸體在托盤上不同姿態(tài)。
操作工件：EA發(fā)動機缸體
節(jié) 拍：1分鐘/臺
自動工位，舉升定位裝置，缸體翻轉機。
二、課題任務要求
1．按要求完成開題報告；
2．完成總體設計，部分主要零部件設計，合計圖紙量約2.5-3張零號圖；
3．翻譯與課題相關的資料不少于3000漢字；
4．撰寫設計論文不少于15000字；
序號
設計（論文）各階段名稱
日 期
1
熟悉、分析畢業(yè)設計的具體技術要求；調研、查閱相關文獻資料和設備；初步制定課題方案完成開題報告。
14/1-10/3
2
確定課題總體方案。進行方案的優(yōu)劣分析、比較；最終選擇確定應用方案.
11/3-24/3
3
翻譯與專業(yè)相關外文資料一份;進行具體的設計、計算、數(shù)據(jù)處理，最后完成總體設計的總圖。
25/3-14/4
4
進行傳動系統(tǒng)設計、計算；進行主要零部件的設計計算。
15/4-28/4
5
整理設計資料；撰寫完成畢業(yè)設計論文。
29/4-12/5
6
整理、檢查、匯總畢業(yè)設計資料、交畢業(yè)設計資料.
13/5-26/5
7
準備畢業(yè)答辯并整理資料。
27/5-2/6
三、進程安排
四、應閱讀的主要參考文獻
1．《機械工程設計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2010年。
2．《裝配輸送自動線設計手冊》 機機械工業(yè)出版社，2009年。
獨創(chuàng)性聲明
本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到，本聲明的法律結果由本人承擔。
學位論文作者簽名：
? 日期：??? 年 月 日
學位論文版權使用授權書
本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權學?？梢詫⒈緦W位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
√
本論文屬于
保密□ ，在____年解密后適用本授權書。
不保密□。
（請在以上方框內打“√”）
學位論文作者簽名： ?????????????????? 指導教師簽名：
日期： 年 月 日????????????? 日期： 年 月
摘要
本論文是對EA系列發(fā)動機缸體氣動翻轉機設計的論述。 EA系列發(fā)動機缸體在裝配過程中，需要實現(xiàn)將缸體由水平放置向垂直方面翻轉90°或者180°的翻轉操作，從而實現(xiàn)發(fā)動機每個面的裝配、加工等工作。原先此操作均由人工完成，既費時又費力。而現(xiàn)在，設計一臺由氣動系統(tǒng)控制的發(fā)動機缸體翻轉機，就能夠自動完成發(fā)動機缸體的搬運和翻轉，減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。該翻轉機主要由固定機架、活動支架、夾緊裝置、翻轉裝置、提升裝置和氣路組成。 當托盤（放置有發(fā)動機）運行到特定位置時,該工位處的占位接近開關向舉升氣缸發(fā)出占位信號，由舉升氣缸上的磁性開關控制舉升氣缸動作，將發(fā)動機提升。在此過程中，由導向機構保證舉升動作的平穩(wěn)性。舉升到位后，舉升氣缸上的磁性開關向翻轉機發(fā)出舉升到位信號，翻轉機的旋轉氣缸開始工作。完成既定動作后，并將該信號通過磁性開關發(fā)給舉升氣缸，由磁性開關控制舉升氣缸動作，使舉升機構下降將發(fā)動機放在托盤放回到輸送線體上，由輸送滾輪將托盤傳送到下一個工位。以此循環(huán)往復。氣動系統(tǒng)以其輕巧、價廉、無污染的獨特優(yōu)勢，正越來越被重視與推廣。翻轉角度較為精確，提高了產品的市場競爭優(yōu)勢。
關鍵詞：氣動裝置 自動工位 缸體翻轉機
Ⅰ
Abstract
This paper discusses the design of the EA series engine cylinder pneumatic tilter.During the assembly process, the EA series engine cylinder need to achieve turning operation cylinder from the horizontal flip vertical 90 ° or 180 °, so as to realize the engine assembly, each face processing etc.. The original of this operation are completed by hand, which is time-consuming and laborious.And now, the design of a pneumatic engine cylinder turnover machine control system, it can automatically complete the engine cylinder handling and turnover, reduce labor intensity and the risk of artificial turning workpiece, improve work efficiency.The turnover device is mainly composed of a fixed frame, a movable bracket, a clamping device, turning device, lifting device and a gas composition. When the tray(placed in running engine) to a specific location, the position of occupying the proximity switch position signal to the lifting cylinder, the lifting cylinder by magnetic switch on the control of lifting cylinder action, the engine lifting. In this process, the guide mechanism ensures smooth and stable lifting action. When lift to the right place,magnetic switch on the lift cylinder issued overturning machine lift position signal,the rotating cylinder turnover machine begin to work.When the action finished,and the signal is sent to the lifting cylinder through a magnetic switch, the magnetic switch control lifting motion of the cylinder, the lifting mechanism will drop the engine on the tray back into the transmission line body, then they are transferred to the next station by the conveying roller.With its lightweight，inexpensive, and the unique advantages of non-polluting,Pneumatic system are increasingly being taken seriously and promotion.Flip angle is more accurate,which improves product market competition advantage.
Keywords：Pneumatic devices Automatic station Cylinder turnover machine.
Ⅱ
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
第一章 緒 論 1
1.1 課題的來源、目的及意義 1
1.1.1課題的來源 1
1.1.2本課題研究目的 1
1.1.3本課題研究的意義 1
1.2 國內外概況、預測和文獻綜述 2
1.2.1. 課題的國內外研究概況 2
1.2.2. 課題的研究趨勢預測 3
1.3本課題研究的主要內容 3
第二章 翻轉機方案設計 4
2.1需達到的要求及預計的關鍵技術 4
2.1.1需達到要求、技術指標 4
2.1.2預計的關鍵技術 4
2.2整體方案的制定 4
2.2.1系統(tǒng)方案設計 4
2.2.2可行性分析 6
第三章 翻轉機的原理及結構分析 8
IV
Ⅲ
3.1發(fā)動機翻轉機概述 8
3.1.1設備組成 8
3.1.2翻轉機的系統(tǒng)功能 9
3.2設備動作過程說明 9
3.3生產節(jié)拍的驗算 10
3.4氣動原理分析 10
3.4.1夾緊氣缸原理分析 11
3.4.2提升氣缸原理分析 13
3.4.3旋轉氣缸原理分析 15
3.5夾緊單元的定位與夾緊 18
3.6翻轉動作的一致性分析研究 18
3.7有關技術要求 19
第四章 主要零部件的設計 20
4.1提升氣缸的選擇 20
4.1.1氣缸舉升力F的確定 20
4.1.2氣缸行程的選定 21
4.2氣源裝置及輔件元件 21
4.2.1氣動三聯(lián)件的選擇 21
4.2.2消聲器的選擇 21
4.2.3管道直徑的確定 22
4.3旋轉夾緊頭的設計 22
4.2.1兩銷的設計 23
4.2.2軸承的選擇 26
Ⅳ
第五章 結論與展望 27
5.1 本文總結 27
5.2 展望 27
結 束 語 28
致 謝 29
參考文獻 30
VI
Ⅴ
第一章 緒 論
1.1 課題的來源、目的及意義
1.1.1課題的來源
本課題針對東風汽車設備專用廠制造EA系列發(fā)動機缸體在裝配線中的翻轉機構的設計，對制造車間發(fā)動機裝配過程進行科學整理、歸納和完善，以期最終形成發(fā)動機翻轉機構相關設計思路與方法，從而滿足長安EA發(fā)動機的裝配過程需要，對缸體翻轉90°或者180°，實現(xiàn)缸體在托盤上不同姿態(tài)。在裝配過程中，通過翻轉機對發(fā)動機缸體的翻轉，實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作，提高產量，降低裝配成本，提高裝配效率。
1.1.2本課題研究目的
隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各汽車廠總裝線不斷進行技術改造。汽車發(fā)動機在裝配式，需要上下、內外各面裝配，于是發(fā)動機翻轉機已成為不可缺少的重要設備。為提高生產效率，降低工人勞動強度，同時滿足托盤自身的定位要求，需要一種機械裝置來完成翻轉側移工作。自動翻轉側移機應運而生。通過對本課題的研究，可以在裝配過程中，減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。翻轉機采用氣壓動力完成工序所需的翻轉動作。翻轉角度較為精確，提高產品的市場競爭優(yōu)勢。
1.1.3本課題研究的意義
隨著企業(yè)裝配作業(yè)自動化程度的提高，氣動系統(tǒng)以其輕巧、價廉、無污染，電氣操作簡便、快捷、省力的獨特優(yōu)勢，正越來越被重視與推廣。EA系列發(fā)動機缸體在裝配過程中，需要實現(xiàn)將缸體由水平放置向垂直方面翻轉90°或180°的翻轉操作。原先此操作均由人工完成，既費時又費力。因此，設計一臺由氣動系統(tǒng)控制的發(fā)動機缸體翻轉機，來自動完成發(fā)動機缸體的搬運和翻轉，使得發(fā)動機的裝配速度得到很大提升。
1.2 國內外概況、預測和文獻綜述
1.2.1. 課題的國內外研究概況
在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，轎車行業(yè)的車型越來越豐富，其產量也節(jié)節(jié)攀升。在發(fā)動機裝配領域中，小作坊式的裝配已無法滿足。為提高產量，降低裝配成本，提高裝配效率，發(fā)動機裝配輸送線的優(yōu)勢越來越明顯。以托盤為載體，通過托盤在封閉循環(huán)的輸送線上的輸送過程中，完成發(fā)動機的裝配工作。這種流水線生產模式，對發(fā)動機的裝配速度得到很大提升。
為了上能力，上水平，十年前東風公司由美國康明斯公司引進了先進的柴油發(fā)動機B系統(tǒng)4B和6B產品及技術，并引進了先進的摩抹滾輪裝配線。據(jù)說，在美國康明斯公司該裝配線上的關鍵設備---180°翻轉機格外搶眼，它是一個跨線體龍門式的龐然大物，結構復雜，制造精良，外部罩有鋼絲網(wǎng)罩，并懸掛著“禁止拍照”的牌子，價格十分昂貴。
摩擦滾輪裝配線是全套引進轉換設計，而發(fā)動機總成翻轉機卻是自引開發(fā)設計，要自引開發(fā)設計這一關鍵設備與先進的洋裝配相匹配，確實有難度，參看我們的汽油發(fā)動機的翻轉，或許能得到些許啟發(fā)。EQ140汽油發(fā)動機的裝配工藝方式不同，裝配線形式也有別，翻轉機結構對柴油機裝配線不適合，要么結構不良，故障多，還常掉總成；要么占地面積大，噪聲高，用戶不中意。再看看外地的柴油機廠家的情況吧，因品種多，批量不是很大，沒有適合大批量的專用翻轉機，只有結構簡易的通用翻轉架，全靠人工翻來轉去。
隨著發(fā)動機裝配線轉化設計的全面深入，對翻轉機的壓力更大了。時間緊，難度大，缺參考，少借鑒，反復閱讀裝配工藝流程和技術協(xié)議書，細心研讀6B和4B產品總成圖以及相關產品零件圖，找出相關尺寸及4B和6B兩個產品在空間所占位置和翻轉運動時所需空間，確定兩個產品翻轉運動不能發(fā)生干涉的最小范圍，既要考慮4B和6B產品能通用，又要照顧到90°翻轉機能最大限度的通用。尤其是當時的環(huán)境，用戶提供不了實物產品的情況下，絞盡腦汁，從構思草圖到初步方案，從焊接結構到鑄造結構，加之用戶本身吃不透的多次變更，經(jīng)多次磋商和討論，通過加班加點、廢寢忘食，最終開發(fā)出了立柱橫梁式柴油機發(fā)動機總成180°翻轉機。
180°立柱橫梁式翻轉機首輪開發(fā)設計制造并一舉調試成功，同時也較成功地派生出了90°柴油發(fā)動機總成的翻轉機。而且為后來的許多項目提供了模式或借鑒翻版。先后為專用設備廠和社會各用戶增添了不少有形或無形效益，也為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了自己的貢獻。據(jù)悉，美國180°翻轉機很復雜，很高大，精度很高，占地面積大，價錢昂貴，而我們的180°翻轉機結構較簡單，較小巧靈活，占在地面積小，造價低，很能解決問題。
1.2.2. 課題的研究趨勢預測
在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，轎車行業(yè)的車型越來越豐富，其產量也節(jié)節(jié)攀升。在發(fā)動機裝配領域中，小作坊式的裝配已無法滿足。為提高產量，降低裝配成本，提高裝配效率，發(fā)動機裝配輸送線的優(yōu)勢越來越明顯。以托盤為載體，通過托盤在封閉循環(huán)的輸送線上的輸送過程中，完成發(fā)動機的裝配工作。這種流水線生產模式，對發(fā)動機的裝配速度得到很大提升。發(fā)動機翻轉機是發(fā)動機在生產線上實現(xiàn)各個面加工、裝配的主要設備，其自動化水平、測控精度直接影響發(fā)動機生產、裝配的效率。為了確保生產中的測量及控制精度和提高自動化水平，采用芯片控制的發(fā)動機試驗臺架測控系統(tǒng)是發(fā)展的必要趨勢。在目前電子控制技術和PLC控制系統(tǒng)迅速發(fā)展的背景下，能否依靠有的測試設備，運用先進的電子控制技術和控制系統(tǒng)，能把原有的發(fā)動機翻轉機與電氣設備聯(lián)系起來組成一套完整的自動掛測試系統(tǒng)，做到花錢不多，而效果與成套的自動化測試設備相同或接近是一件很難有意義的課題。設備的自動化、智能化隨著計算機技術的應用得到進一步提高，這些設備的自動化程度增強了，但他們各自為政，通過PLC技術使它們成為一個系統(tǒng)，實現(xiàn)對翻轉機的自動控制及更精確、更簡化是未來的研究趨勢。
1.3本課題研究的主要內容
發(fā)動機裝在托盤上，在生產線上進行流水作業(yè)時，為了完成各個面的加工、裝配工作，需要在某個工位將其翻轉至需要的角度；當托盤帶著發(fā)動機運動至一特定位置時，采用傳感器測量，并開始實行自動化翻轉。
第二章 翻轉機方案設計
2.1預計達到的要求及預計的關鍵技術
2.1.1預計需達到要求、技術指標
在發(fā)動機裝配過程中，通過翻轉機對發(fā)動機缸體的翻轉，從而實現(xiàn)每個面的裝配、加工等工作，以減少人工翻轉工件的勞動強度和危險，提高工作效率。整個過程為全自動，一般在過程中無需人工操作，省時省力，大大的提高了加工效率，并且翻轉角度較為精確。
2.1.2預計的關鍵技術
1）保證發(fā)動機翻轉的各點位位置精度，保證翻轉角度誤差小。
2）如何保證各步驟有序工作的控制技術。
2.2整體方案的制定
2.2.1系統(tǒng)方案設計
本課題的系統(tǒng)設計方案為發(fā)動機翻轉機設計。課題要求當發(fā)動機裝在托盤上，在生產線上進行流水作業(yè)時，為了完成各個面的加工、裝配工作，需要在某個工位將其翻轉至需要的角度；當托盤帶著發(fā)動機運動至一特定位置時，采用傳感器測量，通過氣動翻轉機開始實行自動化翻轉。
方案一：發(fā)動機的提升靠翻轉機上的提升氣缸帶動，該提升氣缸帶動橫梁，從而提起發(fā)動機。其方案圖2.1如下所示：
垂直導向桿
橫梁
頂部框架
提升氣缸
圖2.1 方案一的方案圖
方案二：在翻轉工位布置一舉升定位裝置，這樣可簡化翻轉機的機構，取消其夾緊機構部分有上升、下降功能。其方案如圖2.2所示。
圖2.2 方案二的方案圖
2.2.2可行性分析
方案一：
(1)該裝置是通過翻轉機上的垂直移動氣缸，通過兩個垂直導向桿，帶動橫梁上下移動。從而帶動擴架，最終帶著發(fā)動機上下移動。
(2)翻轉機的氣壓系統(tǒng)中氣壓缸設置了雙向緩沖裝置,采用了同步動作回路,使翻轉機翻轉平穩(wěn),提高系統(tǒng)的安全性和可靠性;
方案二：
在裝配線上，為了使與之相配的單機能高效準確地對發(fā)動機進行裝配工作,提高生產效率，這就對發(fā)動機的二次定位提出了較高的要求；同時為簡化翻轉機的機構，該舉升定位裝置就是為滿足這一要求而設計的。
舉升定位裝置應用于發(fā)動機裝配輸送線中，其功能是將托盤精確定位、舉升脫離線體后，協(xié)助單機完成對發(fā)動機進行工作。該設備主要由動力裝置(舉升氣缸)、舉升機構、導向機構、定位機構等幾部分組成。
該方案工作原理：
當托盤（放置有發(fā)動機）運行到舉升定位裝置上方時,該工位處的占位接近開關向舉升氣缸發(fā)出占位信號，由舉升氣缸上的磁性開關控制舉升氣缸動作，通過舉升機將內裝托盤舉升到位。在此過程中，定位機構可準確地對內裝托盤進行定位，并使內裝托盤脫離線體；同時由導向機構保證舉升動作的平穩(wěn)性。舉升到位后，舉升氣缸上的磁性開關向翻轉側移機發(fā)出舉升到位信號，翻轉機工作,完成既定動作后，并將該信號通過接近開關發(fā)給舉升氣缸，由磁性開關控制舉升氣缸動作，使舉升機構下降將內裝托盤放回到輸送線體上，此時托盤已脫離舉升回轉裝置，由輸送滾輪將內裝托盤傳送到下一個工位。舉升回轉裝置在原始位置等待下一個托盤。以此循環(huán)往復。
該方案械設備特點：
一般翻轉機在夾緊單元夾緊工件后，要提升一定高度，使工件與托盤拉開一定距離，留出翻轉空間。夾緊單元的提升是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)。夾緊單元整體的側移也是利用電機加齒輪、齒條的方式實現(xiàn)，工件的翻轉是利用伺服電機加齒形帶的方式實現(xiàn)的。本翻轉機有以下幾點特點：
①取消了翻轉機上的提升動作，改由舉升定位裝置實現(xiàn)。而舉升定位裝置采用氣缸舉升，沒有提升電機，使翻轉側移機結構得到簡化；
②翻轉動作采用旋轉氣缸加液壓緩沖器及機械擋塊控制翻轉前后位置，結構簡單，調整方便、可靠；
③垂直夾緊缸采用帶鎖氣缸，夾緊安全可靠；
④全部結構采用氣缸加直線導軌的方式，結構緊湊，重復精度高；
⑤沒有齒輪、齒條的加工，機械加工成本降低；
⑥沒有電機，特別是沒有伺服電機，使電器控制難度及電器成本大大降低；
⑦使用費及維護成本得到降低；
⑧全部電磁閥裝在一個集裝板上，避免了電磁閥因數(shù)量較多而產生凌亂現(xiàn)象。
難點：
①整體動作復雜，動作程序需要合理考慮；
②如何在有限的空間內合理布置各氣缸；
③垂直夾緊單元的同步問題需要解決；
④兩翻轉氣缸的同步問題需要解決。
綜上，兩種方案都能實現(xiàn)發(fā)動機在生產線上的翻轉，但方案二中的該種翻轉機一般采用龍門結構，機械結構復雜，加工難度高，行走裝置及提升重量較大，外購件成本高，電器控制難度大，維修調試困難。故綜合比較下選擇方案一。
第三章 翻轉機的原理及結構分析
3.1發(fā)動機翻轉機概述
該自動翻轉機主要用來完成EA系列發(fā)動機的180°翻轉動作，使得該發(fā)動機在生產線上能夠以托盤為載體，通過托盤在封閉循環(huán)的輸送線上的輸送過程中，完成發(fā)動機的裝配工作。
3.1.1設備組成
主要由固定機架、活動支架、夾緊裝置、翻轉裝置、提升裝置和氣路組成。其結構組成如圖3.1所示：
圖3.1 結構組成圖
3.1.2翻轉機的系統(tǒng)功能
該自動翻轉機有三部分的氣缸，第一部分是用來控制翻轉機上的橫梁上升、下降，從而帶動發(fā)動機的上升；第二部分控制翻轉機的擴架左右移動，用來使其夾緊發(fā)動機缸體；第三部分是兩個翻轉氣缸，分別固定在翻轉機的兩邊的擴架上，用來控制發(fā)動機的翻轉。一般自動翻轉機夾緊機構部分有上升、下降功能，當夾緊機構下降到位后，夾緊機構連同工件上升一定高度，留出翻轉空間，完成翻轉動作。
3.2設備動作過程說明
下面①～⑨動作為一工作循環(huán)，確定翻轉半徑為400mm。翻轉半徑其示意圖如下圖3.2所示：
翻轉半徑
圖3.2 發(fā)動機翻轉半徑其示意圖
①托盤到位停止，并發(fā)出電磁信號；
②水平夾緊缸夾緊，帶動左右擴架移動，使其向內水平移動到位；
③旋轉夾緊頭1的圓銷與基準卡具結合卡緊，發(fā)出信號；
④垂直夾緊缸夾緊，提升橫梁，將發(fā)動機升高，移動到位后發(fā)出信號；
⑤翻轉氣缸進行180°翻轉（即發(fā)動機被進行180°翻轉），翻轉到位后發(fā)出信號；
⑥提升氣缸反向，將發(fā)動機放在托盤上，發(fā)出信號；
⑦水平夾緊缸反向，帶動左右擴架松開到位；
⑧托盤帶著發(fā)動機被放行，發(fā)出信號；
⑨翻轉氣缸進行-180°翻轉回位；
3.3生產節(jié)拍的驗算
根據(jù)前兩節(jié)的內容可知，該工位的動作可進行如下分解：
節(jié)點表
節(jié)點名稱
時間（s）
備注
托盤到位
6
等待時間
卡爪到位
4
發(fā)動機提升
8
翻轉
20
下降
8
卡爪回位
4
托盤放行
2
翻轉氣缸回位
3
合計
55
根據(jù)課題要求的生產節(jié)拍1分/臺可知，該工位完成翻轉工序55s，小于生產節(jié)拍時間，故該工位的翻轉機符合要求。
3.4氣動原理分析
氣動原理圖如下圖3.3所示：
圖3.3 氣動原理圖
3.4.1夾緊氣缸原理分析
夾緊氣缸原理放大圖如下圖3.4所示：
4
3
2
1
2
1
圖3.4加緊氣缸原理放大圖
夾緊氣缸加緊發(fā)動機缸體時的原理:
當托盤到位后，會發(fā)出電磁信號，使得2YA和3YA帶電，于是換向閥1向左移動，最右端接入氣路，同理，換向閥2右移，左端接入氣路。于是，氣源的氣經(jīng)過換向閥1的右端，通過單向閥，推動氣缸1的活塞右移，同理，使得氣缸2的活塞向左移動，即兩端同時向內移動，以此來夾緊發(fā)動機缸體。而此時，氣體經(jīng)過換向閥3的左端和換向閥4的右端，通過快速排氣閥，將氣體排出。而在氣體排出時，會產生較大的噪音，所以在出口要安裝一個消音器，以減小噪音。當氣缸1、2的活塞運動，直到碰到液壓緩沖器之后，使得換向閥3向右移動，換向4向左移動，氣體通過換向閥3的左端，通過快速排氣閥，進入氣缸1的帶鎖部分（即圖中有叉的部分），使該氣缸運動減速，起到緩沖作用。同時，運動到位后，會發(fā)出信號，使得提升氣缸開始運動。
由于氣動回路中，氣體的流動速度很快，故可能導致氣缸的運動速度過快，運動起來有很大的沖擊，因此為了使其運動平穩(wěn)，所以在回路中安裝有節(jié)流閥和減壓閥。減壓閥既起到穩(wěn)壓作用，也起到了減壓的作用。而節(jié)流閥通過改變節(jié)流口的通流截面積來調節(jié)流量。節(jié)流閥通過閥芯的負反饋動作，來自動調節(jié)節(jié)流部分的壓力差，使其基本保持不變，從而起到穩(wěn)壓的作用。
夾緊氣缸松開發(fā)動機缸體時的原理:
當翻轉完畢，發(fā)動機落回在托盤上時，會發(fā)出電磁信號，使得1YA和4YA帶電，于是換向閥1向左移動，換向閥2向右移動。氣體通過氣缸1的活塞，推動活塞向左移動，同理，使得氣缸2中的活塞向右移動。兩端同時向外移動，松開發(fā)動機缸體。
3.4.2提升氣缸原理分析
1
提升氣缸原理放大圖如下圖3.5所示：
2
圖3.5提升氣缸原理放大圖
3
2
1
如圖所示：提升氣缸有兩部分，氣缸1是維修氣缸，一般用于維修檢測時使用。該氣缸前端連接有一根插銷，當發(fā)動機提升的時候，該插銷插入維修支架中，將其卡住，如圖3.6所示：
圖3.6 維修氣缸
其中，1即為維修支架，2為插銷，3為維修氣缸
氣缸2為提升氣缸。當加緊氣缸的動作完成后，即發(fā)出信號，使該氣缸開始工作。其提升發(fā)動機缸體的原理為：
2
1
9YA帶電，使得換向閥1左端接入氣路，同時帶動換向閥2移動，使換向閥2的左端接入氣路。氣路通過換向閥1、單向閥，進入氣缸活塞下，推動活塞向上運動，同時，還有氣路通過換向閥2，進入氣缸帶鎖的部分，也推動氣缸向上運動。此處設計該氣缸帶鎖，是為了避免突然斷電停氣的情況，如果該氣缸沒有鎖，突然停氣很可能導致活塞迅速下移，摔壞發(fā)動機缸體，也造成危險。
發(fā)動機下降時的工作原理：
當發(fā)動機翻轉完畢后，會發(fā)出電磁信號，于是10YA帶電，換向閥1左移，氣體通過減壓閥、單向閥，推動活塞向下運動。同時帶動換向閥2左移，使帶鎖部分的氣體也放出。同理，要在放氣的出口處安裝消聲器，避免噪聲過大。
3.4.3旋轉氣缸原理分析
旋轉氣缸原理放大圖如下圖3.7所示：
2
1
旋轉氣缸
圖3.7旋轉氣缸原理放大圖
旋轉氣缸翻轉發(fā)動機的原理：
當發(fā)動機提升到位后，發(fā)出電磁信號，使得6YA和8YA帶電，氣體通過換向閥1的右端和換向閥2的右端，經(jīng)過單向閥到旋轉氣缸，旋轉氣缸開始翻轉。在這個過程中，翻轉角度會有些許誤差，為了使其翻轉角度準確，因此設有機械擋塊，如圖3.8所示：
圖3.8a旋轉夾緊頭姿態(tài)一（水平）
旋轉緩沖器固定板
圖3.8b旋轉夾緊頭姿態(tài)二（豎直）
（說明：由圖3.8可知，旋轉夾緊頭有兩種姿態(tài)，而在一臺翻轉機上，只能存在一種形態(tài)，即旋轉固定板A和銷座A只用于水平狀態(tài)，而B用于垂直狀態(tài)）
其中，銷座A如圖3.9所示：
圖3.9銷座A
旋轉緩沖器固定板A如圖3.10所示：
圖3.10 旋轉緩沖器固定板A
當整個翻轉過程完成后，即在夾緊氣缸松開發(fā)動機，回復到原位置后，發(fā)出電磁信號，使得5YA和7YA帶電，旋轉氣缸旋轉-180°，即恢復到原位置。
3.5夾緊單元的定位與夾緊
在發(fā)動機底面有兩孔，該定位夾緊機構上根據(jù)發(fā)動機底面兩孔尺寸布置有兩個定位銷。定位銷的臺肩面發(fā)動機底面貼和，基本采用一面兩銷的定位方式，符合“基準統(tǒng)一”的原則。當水平夾緊缸收縮時，垂直夾緊單元相互靠近；當水平夾緊缸收縮到位時，靠兩機械擋塊確定垂直夾緊單元水平移動到位，即垂直夾緊單元定位銷在發(fā)動機底面有兩孔下方且二者軸線重合；然后垂直夾緊缸動作，使兩定位銷向上運動，完成定位工作，并進一步向上運動，將發(fā)動機夾緊。兩定位銷向上運動的同步性通過調整兩垂直夾緊缸的氣缸速度控制閥達到。其原理如圖3.11所示：
圖3.11定位夾緊原理圖
3.6翻轉動作的一致性分析研究
一般翻轉機的工件的翻轉是利用伺服電機加齒形帶的方式實現(xiàn)的，伺服電機的轉動通過花鍵連接為一體的軸外端的兩條齒型帶實現(xiàn)同步翻轉。但由于加工誤差、裝配誤差的累積以及齒型帶的受力變形大小等原因，實際已不是嚴格意義上的同步。
在本次設計過程中，大膽采用旋轉氣缸進行翻轉。原因如下：垂直夾緊單元與發(fā)動機缸體通過氣缸作用力實際已連接為一體，在暫不考慮翻轉力矩的情況下從理論上采用一側翻轉氣缸即可實現(xiàn)動作。但考慮到在翻轉力矩一定的情況下，采用兩個旋轉氣缸可以選擇小一些的氣缸。這樣同步問題就產生了。但考慮到在兩氣缸基本動作速度基本一致的情況下，垂直夾緊單元通過氣缸作用力與發(fā)動機緊緊連接為一體，從微觀上分析：當一側甲氣缸有微量動作超前趨勢時，受另一側乙氣缸牽制作用，翻轉動作趨勢肯定要慢下來；接著乙氣缸會因甲氣缸的牽引作用和甲氣缸動作趨勢減慢，產生微量動作超前趨勢，又對甲氣缸產生作用。就這樣，甲、乙兩氣缸相互作用，共同使發(fā)動機翻轉。
但怎么保證兩氣缸基本動作速度基本一致又需解決。分析解決過程如下：
①將兩旋轉氣缸共用一個電磁閥，使兩氣缸的進氣氣源壓力及空氣流量一致。若采用兩個電磁閥對兩旋轉氣缸分別控制，不但有電器信號的時間差，而且氣源壓力和空氣流量也有部分差別。
②考慮到氣管長度對氣源有一定壓降，裝配調試時可從電磁閥開始將進入到兩旋轉氣缸的氣管長度基本一致；
③在空載時（即不放置發(fā)動機時）調整兩旋轉氣缸上速度控制閥，使其動作時間一致。
3.7有關技術要求
1.該180度氣動翻轉機共4臺；其中1臺翻轉臂為豎直狀態(tài)；件25（旋轉緩沖器固定板A）只用于水平狀態(tài)；件26（旋轉緩沖器固定板B）只用于豎直狀態(tài)；制作時注意統(tǒng)計數(shù)量；（對共4臺180度翻轉機，件25共6件；件26共2件）；旋轉方向：A→B .裝配時按180QDFZJ-02-00（旋轉夾緊頭），保證菱形銷及銑扁銷座A的裝配關系。
2.導軌安裝時加油潤滑，保證直線度誤差不大于0.1mm。要求運動平穩(wěn)，靈活，無發(fā)澀現(xiàn)象。
3.件1支撐柱與件21底架裝配時先裝配定位銷后把接螺栓；件1支撐柱與件7頂部框架裝配時先把接螺栓后配打支撐柱上端定位銷孔；件9電柜支架裝配時據(jù)電柜尺寸配把接在件21底架側面。
4.油漆顏色：按照總圖的油漆顏色標準執(zhí)行。
5.氣動原理圖、件39、40、41、42、47、50、51及件10中直線軸承及SMC原件由設計統(tǒng)一提料。
第四章 主要零部件的設計
4.1提升氣缸的選擇
4.1.1氣缸舉升力F的確定
氣缸動作方式采用雙作用式，安裝形式為桿側法蘭型，前、后端氣緩沖。使用空氣壓力：0.6～0.8MPA（實際選擇氣缸時按0.6MPA）
橫梁重量G1=101kg，拖鏈重量G2=45kg，發(fā)動機（內裝完成后）重量G3=150kg，導向桿組件重量G4=48kg，擴架重量G5=103kg，固定安裝件G6=50kg，則氣缸舉升重量G=G1+G2+G3+G4+G5+G6=497kg,即氣缸輸出力F=497kgf.
氣缸負載率η是氣缸活塞桿承受的軸向負載力與氣缸理論輸出力之比。負載率η的大小選取，與氣缸的動作狀態(tài)有關。對氣缸速度在50～500mm/s范圍內的水平或垂直動作，η≤50%。結合氣缸負載率，則氣缸輸出力F′≥F/η=994kg。（η取50%）查雙作用氣缸輸出力表，在η=50%且使用空氣壓力為0.6MPA時，缸徑與氣缸輸出力關系如下：
缸徑（mm）
氣缸輸出力F′（kgf）
（η=50%， 0.6MPA）
氣缸理論輸出力F（kgf）
80
151
302
100
236
472
125
368
736
140
462
924
160
603
1206
180
764
1527
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，①氣缸缸徑D=140mm時，氣缸輸出力F′=462 kgf＜F，不能選用；②氣缸缸徑D=160mm時，氣缸輸出力F=603kgf＞F,滿足使用要求；③氣缸缸徑D=180mm時，氣缸輸出力F′＞＞F，不宜選用。
結論：氣缸缸徑取D=160mm。
4.1.2氣缸行程的選定
根據(jù)發(fā)動機翻轉半徑，結合翻轉機實際情況，發(fā)動機需要被舉升200mm左右，再考慮加上一些余量，取舉升高度H=245mm，則氣缸行程選取S=250mm?？蓾M足該舉升定位裝置的使用要求。
4.2氣源裝置及輔件元件
氣源裝置由空壓機、壓縮空氣的凈化儲存設備（后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、空氣干燥器及輸送管道）、氣動三聯(lián)件（分水過濾器、油霧器及減壓閥）組成，還有一些必要的輔件，如自動排水器、消聲器、緩沖器等，這些輔件是向系統(tǒng)輸送潔凈的壓縮空氣所必不可少的。
對氣源裝置的基本要求是：
1）氣源裝置外觀應美觀，色澤應與主機協(xié)調；
2）氣源裝置上所裝元件的排列布置應勻稱，維護方便簡易
3）氣源裝置應節(jié)能；
4）氣源裝置應工作平穩(wěn)，產生振動小，噪聲小；
5）和電氣、電子控制結合使用時，能遠程控制動源裝置以符合主機對所需的工作參數(shù)變化的要求。
4.2.1氣動三聯(lián)件的選擇
分水濾氣器，減壓閥，油霧器的組合件稱為三聯(lián)件。分水濾氣器又名空氣過濾器，其作用是濾除壓縮空氣中的水分，油滴及雜質。油霧器的作用是當壓縮空氣流過時，將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流進需要的潤滑的部件，達到潤滑的目的。
4.2.2消聲器的選擇
氣缸，氣閥等工作時排氣速度快，氣體體積急劇膨脹，會產生刺耳的噪聲，這種噪聲損害人體的健康，惡化環(huán)境，為減小噪音通常在排氣口安裝消聲器。
消聲器配于主控閥排氣口，氣缸排氣口處，起消聲濾塵作用。而在該氣路中，根據(jù)不同的場合選擇不同的消聲器。有AN203-02集裝板排氣消音器、AN300-03
消音器和AN400-04。
4.2.3管道直徑的確定
本設計按各管徑和氣動元件通徑相一致的原則，初定各段管徑。查《機械設計手冊》24.7-16及24.5-41，各段管道直徑見氣動原理圖。
4.3旋轉夾緊頭的設計
其結構組成如圖4.1所示：
5
4
2
3
6
7
1
圖4.1 旋轉夾緊頭組成圖
該旋轉夾緊頭是通過旋轉氣缸提供動力，主要由1圓銷、2壓板、3銷座B、4軸承座、5轉軸、6菱形銷、7銷座A和一些標準件組成。在翻轉機工作的時候，旋轉夾緊頭既要軸向運動，又要進行旋轉運動。在軸向運動時，通過一面兩銷的定位（一個圓銷，一個菱形銷）與發(fā)動機上的基準卡具結合，將發(fā)動機卡緊，并受到軸向力的作用。如圖4.2所示：
基準卡具
圖4.2旋轉夾緊頭與基準卡具
其中基準卡具是裝在發(fā)動機上的，在裝配時，暫作為發(fā)動機的一部分。由于發(fā)動機的型號或缸型略有不同，為了通用翻轉機，故設計不同的基準卡具，與旋轉夾緊頭的兩個銷配合。在銷座上面還有二個沉頭螺釘 可以快速更換定位銷，由于定位銷經(jīng)常磨損，因此這樣的設計是可以更換方便的。
4.2.1兩銷的設計
⑴ 確定兩銷中心距及公差：Ld=LD=200mm 兩孔中心距為200±0.05mm
∴兩銷中心距的公差為：
∴兩銷中心距為200±0.033mm
⑵ 確定圓柱銷的尺寸及公差
圓柱銷的基本尺寸d1=D1=φ11.8mm
銷孔配合按h7制造，查表知：銷的上偏差es=0，且IT7的公差為0.018，可得ei=-0.018
∴圓柱銷尺寸為=
其零件圖如4.3所示：
圖4.3 圓銷零件圖
同理：
菱形銷尺寸為=，為了使其滿足強度要求，提高表面硬度，故做以下處理： 1.整體調質處理： HRC28～32。2.B面以上高頻淬火：HRC52～56。3.棱邊倒鈍。
其零件圖如圖4.4所示：
圖4.4菱形銷零件圖
支撐桿上的定位銷在發(fā)動機裝配過程中不可避免會受到各種作用力的影響，由于發(fā)動機很重,在裝卸及翻轉時可能會和定位銷發(fā)生碰撞，所以要求定位銷具有一定的剛度和強度。定位銷的高度不能太高，這是由于當發(fā)動機上的基準卡具套入旋轉夾緊頭的定位銷時，兩定位孔不可能恰好水平同時套入，往往是一邊先碰到平面支承，然后是其中一定位孔套入短圓柱銷，最后是另一定位孔套入菱形銷中，如果定位銷高度過高，發(fā)動機上兩定位孔就會在定位銷邊角處卡住而套不進去，所以對于定位銷的高度有一定要求。綜上，最終確定其高度為14mm。
4.2.2軸承的選擇
由上可知，該轉軸在機構運動過程中，會同時承受徑向載荷和軸向載荷的作用，而該旋轉夾緊頭主要以承受徑向載荷為主，故選擇30000型的軸承，即圓錐滾子軸承。又根據(jù)轉矩，確定出轉軸的直徑，根據(jù)轉軸直徑確定軸承的內徑。查出其內徑尺寸為50mm，尺寸系列選02，故可知該軸承的基本代號為30210.
第五章 結論與展望
5.1 本文總結
通過本次畢業(yè)設計，在本課題內容相關方面，我主要取得了以下成果：
1）文件資料的檢索 運用學校圖書館文獻資料，工廠設備資料，網(wǎng)絡檢索資料，各大專業(yè)相關網(wǎng)站，搜集與課題相關的知識，更好的運用于畢業(yè)設計中。
2）機械產品的設計思路與思考方法 發(fā)動機試翻轉機設計中氣動原理設計是主要設計部分，首先要搞清楚該系統(tǒng)的功能，從而確定各部件結構與特點，最重要的是掌握各部件之間的聯(lián)系，通過課題要求，確定整體方案，設計各部件，確保各部件組合在一起不會造成直接或間接的影響，可以滿足課題要求。
3）結構的優(yōu)化 該系統(tǒng)中包括固定機架、活動支架、夾緊裝置、翻轉裝置、提升裝置和氣路。整體方案出來后，是否可行，在實際應用中是否能投入使用，這都是要考慮的問題。畢竟在學校，還是缺乏經(jīng)驗，有的地方考慮總是欠缺，或多或少的總有些設計的偏于理論化，很多地方?jīng)]有考慮到實際應用時候的需要。在這個過程中，就需要修改，并且要多去觀察，一步步完善自己的設計。
5.2 展望
經(jīng)過了三個月的學習和工作，我終于完成了EA系列發(fā)動機氣動翻轉機的設計。從開始接到論文題目到設計方案的確定，再到論文文章的完成，每一步對我來說都是新的嘗試和挑戰(zhàn)。這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識，也有很多感受。通過這次設計我開始獨立的學習和探索，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦模糊的大概到逐漸清晰，使自己的設計逐步完善起來，每一次改進都是我受益頗豐。
雖然我的設計不是很成熟，還有很多不足之處，但是我付出了自己的勞動，這是我引以自豪的地方，我相信只有經(jīng)歷過的人才會明白其中的酸甜苦辣。
這次做設計的經(jīng)歷也使我受益終身，我感受到做設計是要真正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程。沒有學習就不可能有研究的能力，對自己的研究就不會有所突破，那也就不叫設計，希望這次經(jīng)歷能讓我在以后的工作學習中激勵我繼續(xù)進步。
結 束 語
畢業(yè)設計是我在大學學習階段的最后一個環(huán)節(jié)，是對所學基礎知識和專業(yè)知識的一種綜合應用，是一種綜合的再學習、再提高的過程，這一過程有助于培養(yǎng)我的學習能力和獨立工作能力。
通過本次畢業(yè)設計，我感到自己應用基礎知識及專業(yè)知識解決問題的能力有了很大的提高，并且這次畢業(yè)設計的選題，是一個實際的工程問題，因此，是在我即將工作之前，它是一次重要演練。我想，通過這次畢業(yè)設計，到了工作單位后，我將能夠更快的適應工作崗位和工作要求。我對自己充滿信心 。
首先，這次畢業(yè)設計使我更加系統(tǒng)地認識了機械設計制造這門學科，分清它的各個范圍，促使我深入地考慮了自己今后的發(fā)展方向。
其次，通過這次畢業(yè)設計，我重溫了很多的知識，例如：氣壓與氣壓傳動、機械設計，機械制造技術基礎，機械制圖，公差配合等。有些知識是以前沒有接觸到的，但是在老師的指導下，再跟同學共同探討，并通過自己查手冊、查資料，在畢業(yè)設計中我能很好地利用。同時也讓我意識到，機械設計專業(yè)真的是覆蓋面很廣，涉及到的知識也很多。
在畢業(yè)設計中最大的收獲就是，我發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力提高了。雖然在畢業(yè)設計的過程中存在許多問題，但通過自己不斷的查閱書籍和導師的悉心指導，最后所有困難都迎刃而解。這對于培養(yǎng)我們的自學能力和獨立工作能力是非常有幫助的。
還有一個收獲是，提前感受到將來可能從事的工作。我的課題是源于東風設備制造廠的課題，所以我有機會經(jīng)常到設備制造廠向我的校外指導老師陳工請教設計過程中的問題，老師的博學，嚴謹，勤勞深深地感染了我，讓我不斷學習進步。
由于我水平有限，經(jīng)驗不足，設計過程中難免會出現(xiàn)各種錯誤，希望老師和同學們多提意見。
致 謝
大學生活一晃而過，回首走過的歲月，感慨良多。
首先誠摯的感謝我的論文指導老師趙國華老師。在畢業(yè)設計期間，無論是確定工作方案、收集資料還是撰寫論文，我都得到了趙老師的全力幫助和耐心指導。趙老師學識淵博、治學嚴謹、平易近人，是我們學習和生活的榜樣，在此我特想趙老師表示最崇高的敬意和由衷的感謝。他在忙碌的教學工作中擠出時間來審查、修改我們的論文。在論文的寫作過程中，多次得到他的督促，并且他為我的論文提出了許多寶貴的修改意見。趙老師的嚴謹治學的態(tài)度與求實的工作作風及豐富的學識留給我深刻的印象，使我受益匪淺。 還要感謝我的校外指導高級工程師陳兵先生，他在忙綠的工作之余耐心的指導我的畢業(yè)設計，讓我深深體會到工程師嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，起到了指明燈的作用；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給了我無盡的啟迪。沒有他的幫助，這次畢業(yè)設計不會如此順利的進行。
此次畢業(yè)設計歷時三個月，使我大學學習中遇到過的時段最長、設計內容最廣、工作量最大的一次設計。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設計相當于是把以前的小課程設計綜合在一起的過程，只要把握住每個小課設的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務也就不難了。我此次的任務是做一個發(fā)動機的翻轉機。雖說老師的話讓此次畢業(yè)設計看起來不是那么的可怕，但是當我真的開始著手死，還的確是困難重重。
俗話說的好，“磨刀不誤砍柴工”，當每次遇到不懂的問題時，我都會第一時間記在本子上，然后問指導老師。老師對于我提出來的問題都一一解答，從來都不會因為我的問題稍過簡單而加以責備，而是一再的告誡我做設計該注意的地方。在整個過程中，老師始終給予我細心的知道和不懈的支持，他們真的起到了“傳道授業(yè)解惑”的作用，讓人油然而生的敬佩。另外還要感謝所有教過我的老師們，您們在學術上有著嚴謹?shù)目蒲凶黠L，實事求是的治學態(tài)度，一直是我工作、學習中的榜樣，讓我受益終身！
感謝四年中陪伴在我身邊的同學、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵和幫助，我才能充實的度過了四年的學習生活。
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