機械畢業(yè)設(shè)計83一個車門玻璃與夾槽結(jié)合的自動壓裝臺設(shè)計

1 第一章 緒論 1.1課題研究的目的及意義 隨著全國及世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，不管是家用轎車還是載貨車、客車，以及各式各樣的特種汽車，逐漸成為人們生活、工作不可缺少的一部分，與此相應(yīng)的汽車工業(yè)也需要而且正在迅猛發(fā)展。汽車各部件的制造及組裝過程的工藝裝備也就顯得尤為重要 1，比如，汽車覆蓋件的沖壓、車門玻璃與夾槽的組裝等。 汽車車門玻璃裝車前，應(yīng)先與玻璃托架壓裝在一起，裝車時托架再通過螺紋聯(lián)接，固定在車門玻璃升降器上，以便升降玻璃。玻璃與托架之間有橡膠襯墊，壓裝的過程也就是將玻璃及襯墊壓入玻璃托槽的凹槽中，以使其 結(jié)合成部件的過程。 目前一些廠家通常采用手工作業(yè)，用木槌敲打壓裝，由于玻璃存在破碎率，這就造成玻璃易破碎，且由于人為原因會造成托槽兩端受力不均勻，壓裝不平穩(wěn)、結(jié)合不牢固，并且至少需要兩人操作。這些都大大降低了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量 2。 本題目正是要設(shè)計一個車門玻璃與夾槽結(jié)合的自動壓裝臺，該設(shè)計可實現(xiàn)降 低成本、提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減少操作工人數(shù)量等，它的意義也就在于可以滿足當前汽車市場的需求，快速生產(chǎn)出合格的汽車部件產(chǎn)品。特別適用于部分國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外一些公司，如，美國通 用，日本寶馬等國際知名品牌的汽車零部件生產(chǎn)裝配過程中采用帶有 CSC裝置的精密壓裝機，它既保證了零部件裝配的高精度要求，又保證了裝配的零件的合格率。因此提高了效率，并很好的解決了裝配質(zhì)量控制問題。但不管是柔性化還是 CSC裝置，它們的價格都很昂貴，國內(nèi)的大部分汽車公司還沒有這個經(jīng)濟實力 310。 國內(nèi)汽車總裝工藝因操作的復(fù)雜性 ,大部分零部件采用人工裝配。即使采用了壓裝設(shè)備的也存在許多不足，如，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差等，這對汽車的下一步組裝及使用產(chǎn)生了不利的影響。目前從國外來看 ,總裝工藝的機械化問題也沒有 根本解決 ,除個別工序外 ,機械代替人工裝配零件從質(zhì)量上不容易保證 ,此類專用設(shè)備開發(fā)設(shè)計的難度較大。要提高裝配質(zhì)量、產(chǎn)量 ,需不斷提高機械化程度來改善裝配工藝 ,應(yīng)開發(fā)結(jié)構(gòu)新穎適用的工藝裝備并在業(yè)內(nèi)中相互交流 ,從而將操作者從繁重的勞動中解脫出來 1112。玻璃密封壓裝機就是針對這些問題而開發(fā)的裝備。 2 1.3本課題研究內(nèi)容 設(shè)計一臺工藝裝備， 將玻璃與托槽壓裝在一起，完成線下預(yù)裝以便進行下一 步線上裝配將其安裝在車門升降器上。 包括 壓裝臺總體方案設(shè)計，主要 指 動力裝置 的設(shè)計及 計算選型；臺體結(jié)構(gòu)的設(shè)計， 涵蓋 壓緊、導向 、定位結(jié)構(gòu)設(shè)計， 重點是 根據(jù)玻璃尺寸的變動范圍設(shè)計 一 可調(diào)定位及夾緊結(jié)構(gòu)；最后 是 整個臺體尺寸 的 計算設(shè)計。 3 第二章 總體方案 的確定 及動力裝置 計算 設(shè)計 2.1總體方案的確定 此工裝過程 的動力源 采用氣壓傳動， 這 是根據(jù)企業(yè)的實際情況，因為幾乎每個企業(yè)都有空氣壓縮機儲氣罐，這從一定程度上減少了成本。 又因為玻璃尺寸較大，采用氣動使整個過程較平穩(wěn)，有利于玻璃的壓合。 總體方案共有兩種，方案一見圖 2-1。 圖 2-1 總體 方案一 工作原理如下： a 旋出螺桿 12，松開活動壓塊 l4。 b.搖窗玻璃裝入工裝限位支承槽 (其 中側(cè)前門搖窗玻璃 由工裝前、后 、下邊限位支承槽 6 直接定位裝夾，側(cè)后門搖窗玻璃 以定 位鉸鏈 3 左邊端面為基準裝 夾 )，旋進螺桿 ，使壓塊壓緊玻璃。 c.按夾槽固定座裝夾基準線槽 (圖 7B 向旋轉(zhuǎn) )裝夾槽 ,并調(diào)正夾槽裝夾座和肢 墊槽。夾槽裝夾座調(diào)正后，不要固定太緊，以免 在壓合過程中隨壓臂體 9 轉(zhuǎn)動時無退讓余 地 。 d.用手壓壓臂 l1，將夾槽與玻璃邊 壓 合 。也可在手壓壓臂使夾 槽壓人一定 尺寸后 ，人站到壓臂體連接踩 壓桿 10 的兩側(cè)踩壓 ，將 夾槽壓入 到最大位置 。 e 翻轉(zhuǎn)夾槽裝夾座 ，松開玻璃活動壓 塊 l4，取出壓合好的玻璃與夾槽 2。 方案二：見示意圖 2-2，將玻璃平放，采用 氣缸為動力源， 平面支承件支承 。氣缸通過推板推動玻璃進行壓裝，過程的平穩(wěn)性及受力均勻性由導向裝置保證。 4 圖 2-2 總體方案 二 示意圖 1.換向閥， 2.氣缸， 3.導向桿， 4.推板， 5.工件， 6.壓裝臺， 7.密封條， 8.托架 。 方案論證：兩種方案都能完成所需的單次加工。方案一中玻璃是豎放的，定位元件相對繁瑣，且?guī)в谢鶞示€ 槽，而且只能加工某一尺寸的玻璃。而方案二種，玻璃是橫放的，這就可以降低對定位元件的要求，平穩(wěn)性較好， 雖 元件數(shù)量相對多了，但結(jié)構(gòu)都非常簡單 。 經(jīng)過多方面考慮， 選用第二種 方案，如圖 2-1所示。 主要由氣缸、換向閥、壓頭、導柱、工作臺等組成 ， 在氣缸作用下壓頭將工件壓入密封條槽中 ,密封槽與玻璃過盈配合 , 兩邊配合面較長 ,其摩擦力較大。 2.2動力裝置計算選型 氣缸選型的任務(wù)就是根據(jù)系統(tǒng)各部分的功 能、所需力的大小及各部分結(jié)構(gòu)的特殊要求選擇與其相適應(yīng)的氣缸類型 13。 2.2.1 氣缸的設(shè)計步驟 1根據(jù)工作機構(gòu)運動要求 和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸類型及安裝 方 式。 2根據(jù)工作機構(gòu)載荷及速度要求，計算氣缸直徑，一般應(yīng)圓整為標準缸徑（表 2.2-1） 。 3由氣缸直徑及工作壓力出發(fā)計算，選擇缸壁厚，計算活塞桿直徑（圓整 為標準值，表 2.2-2） 。 5 4根據(jù)工作要求及缸的類型，確定氣缸各部分結(jié)構(gòu) 、材料、技術(shù)要求等 。 5若采用標準氣缸，在計算出氣缸直徑后即可選取適當氣缸產(chǎn)品 。 雖更多的情況下盡量選用標準氣缸。但這個設(shè)計中，玻璃僅可調(diào)范圍就 100mm，再加上推程 50mm,又因為氣缸與玻璃之間隔著推板和導向板。所以活塞桿的長度較長，不能選用 標準氣缸，現(xiàn)自己設(shè)計一個氣缸。 2.2.2 氣缸的基本參數(shù) 氣缸內(nèi)徑、活塞桿直徑等。 2.2.3 氣缸的有關(guān)計算 現(xiàn)在市場上廣泛使用的一種普通氣缸就是單活塞桿雙作用氣缸，又因為此工裝完成后需要活塞桿退回，以便于裝入玻璃，所以選用 雙作用氣缸，過程只是單程，單活塞桿足夠，故采用單活塞桿雙作用氣缸。 下面就按照單活塞桿雙作用氣缸來計算活塞桿的輸出力。 一 活塞桿上輸出力和缸徑的計算 1.根據(jù)力的平衡原理，活塞桿上輸出力必須克服活塞桿工作時的總阻力，單桿雙作用氣缸只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面 積不同，活塞向左右兩個方向行走時分別產(chǎn)生推力和拉力，其中： F1 =ZFPD 24公式 （ 2-1） F2 =ZFPdD )(4 22公式 （ 2-2） 式中， F1 ：活塞桿上的推力（或稱工作載荷） ，單位為 N； F2 ：活塞桿上的拉力（或稱工作載荷） ，單位為 N； D：活塞直徑 ，單位為 m； d：活塞桿直徑 ，單位為 m； P ：氣缸工作壓力 ，單位為 Pa； Fz ：氣缸工作時的總阻力 ，單位為 N。 汽缸工作時的總阻力與眾多因素有關(guān)，如運動部件的慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等，另一方面所設(shè)計的氣缸不但要保證其靜特性，也要保證其動特性要求。綜合考慮后為方便設(shè)計與計算，將以上因素以載 荷率的形式計入公式，則式（ 2-1）及式（ 2-2）分別為： 6 F1 = PD24N 公式 (2-3) F2 = PdD )(4 22 N 公式 (2-4) 2.缸徑的計算： 推力作功時： D=PF14 公式 (2-5) 拉力作功時： D= 224 dPF 公式 (2-6) 式中， ：氣缸工作時的載荷率，在選擇載荷率時應(yīng)考慮兩個方面的問題：一是氣缸的動態(tài)特性參數(shù)要求，二是氣缸總阻力，當氣缸的動態(tài)特性參數(shù)要求高、工作頻率高時一般取=0.3 0.5，速度高時取小值，速度大時取大值；動態(tài) 特性參數(shù)要求一般，工作頻率低時，取 =0.7 0.85。 二 . 塞桿直徑 d的計算 （法一 ） 用式 2-6 計算時，活塞桿直徑 d可以根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定，估定活塞桿直徑時可按公式 d/D=0.2 0.3來計算，必要時可按 d/D=0.16 0.4來計算，若將 d/D=0.160.4代入式 2-6可得 D=(1.01 1.09)pF24 m 式中系數(shù)在缸徑較大時取小值，缸徑較小時取大值。由以上計算出的氣缸內(nèi)徑 D應(yīng)圓整為標準值。 計算過程： 已知玻璃的尺寸變化范圍：長度： 600 800mm；寬度： 400 500； 托架的尺寸一般為玻璃尺寸的三分之二。 由機械設(shè)計手冊第一卷，第 3-239頁， 表 3-3-3選擇乙丙橡膠來做和玻璃接觸的橡膠皮?？芍淅鞆姸葹閎=4MPa，又安全系數(shù)為 6 8，取 814。則 =b/n=4MPa/8。 在計算時應(yīng)按照玻璃的最大尺寸進行設(shè)計，那么托架的最大尺寸為800 2/3=533.3。 玻璃裝入的過程中，橡膠發(fā)生擠壓變形，由材料力 學可得擠壓面積Aps=al=4 533.3，則推力 F1=Aps =533.3 310 4 310 81046 =1066.6N15。 D=PF14 = 8104.0 6.106646 =0.065m,由表 2.2-1，圓整為 63。 7 估定活塞桿直徑 d/D=0.2,則 d=12.6,由表 2.2-2圓 整為 12。 因為在這個過程 ， 主要用氣缸的推力，因此拉力可不予計算。 表 2-1 缸筒內(nèi)徑系列 表 2-2活塞桿直 徑系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 140 160 180 200 220 250 320 400 500 630 （法二）活塞桿的詳細計算： 根據(jù)玻璃在壓裝方向的變化尺寸 (400 500),另外設(shè)定推程為 50mm， 再加上中間推板及導向板的寬度， 則活塞桿的行程即計算長度為 230mm。具體推算過程見后面的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。 a:按強度條件計算 當活塞桿的長度 L 較?。?L 10d） 時可以只按強度條件計算活塞桿的直徑 d。 dpF14 （ m） 公式 (2-7) 式中， F1 ：氣缸的推力 ； P ：活塞桿材料的許用應(yīng)力 ，單位為aP； P =b/s b:材料的抗拉強度 ，單位為aP； s:安全系數(shù) s 1.4 抗拉強度計算時需要解決的幾個問題： 估計 L與 D之間的關(guān)系，若 L/D 10,則可以按式 38.2-15進行計算。 確定氣缸的材料，明確 b的值。 選擇適當?shù)陌踩禂?shù)，安全系數(shù)不宜過大也不宜過小，過大時雖能保證安全性，但容易造成材料的浪費，使成本提高；安全系數(shù)過小又容易造成不安全現(xiàn)象，使產(chǎn)品質(zhì)量降低。 b按縱向彎曲強度計算 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 8 氣缸承受軸向壓力后會產(chǎn)生軸向彎曲，當縱 向力達到極限力 Fk以后，活塞桿會產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與起氣缸的按裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。 當長細比 L/K 85 n 時， Fk=n 2EI/L2 (N) 公式 (2-8) 當長細比 L/K 85 n 時， Fk=2)/(1 KLnafA IFk=2)/(1 KLnafA I(N) 公式 (2-9) 式中， L:活塞桿計算長度 。 K:活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，對實心桿： K=IAI =d/4(m);對空心桿： K= 404 dd /4(m) I：活塞桿斷面慣性矩，對實心桿： I= D4/64(m4);對空心桿： I= (d4-d04)/4(m4) D0:空心活塞桿的內(nèi)孔直徑 A :活塞桿截面積，對空心桿： A = d2/4 (m2); 對空心桿： I= (d2-d02)/4(m2) N:系數(shù)。 E：彈性模量，對鋼取 E=2.1 1011 Pa F:材料強度實驗值，對鋼取 f=49 107 Pa A:系數(shù)，對鋼取 a=1/5000 若縱向推力載荷（總載荷）超過極限力 Fk,就應(yīng)采取相應(yīng)的措施，一般是其它條件不變的前提下，多以加大活塞桿的直徑來解決。 計算過程： 由表 2.2-2，因 氣缸 是固定 -自由 式的安裝 型式，則 n=1/4，如圖 2-3所示。 則 85 n =85 4/1 =42.5。 活塞桿為實心桿，所以 K=1AI = md 003.04124 因此 ， L/K=0.23/0.003=76.67,即L/K85 n , 則 Fk=n 2EI/L2 N,代入數(shù)值得 Fk=20 . 2 59-1011 0 1 12 . 12 1 /4 =8290.47 N 而縱向推力為 1066.6 N 9 縱向力達不到極限力 Fk ，所以活塞桿直徑取 12即可 ，也可選標準值 。 圖 2-3 固定 -自由 式安裝 n=1/4 三 . 缸筒壁厚的計算： 缸筒 直接承受壓力，需有一定厚度，由于一般氣缸缸筒厚與內(nèi)徑之比 101D ，所以通?？砂幢”谕补接嬎悖?mDpt2 公式 （ 2-10） 式中 氣缸筒的壁厚 ，單位為 m； D- 氣缸筒內(nèi)徑 ，單位為 m； Pt- 氣缸試驗壓力 ,一般取 pt=1.5p，單位為 Pa； P- 氣缸工作壓力 ,單位為 Pa； - 缸筒材料許用應(yīng)力 ，單位為 Pa； = Sb Pa S- 安全系數(shù) .一般取 S=6 8。 氣缸筒的材料選用 20號鋼管，其 =60MPa。 通常計算的 缸筒壁厚相當薄，但考慮到機械加工，鋼筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸筒壁厚作適當加厚，且盡量選用標準內(nèi)徑和壁厚的鋼管和呂合金管。見表 2.2-3。 表 2-3 氣缸壁厚表 材料 氣缸直徑 Q235A,45,20號無縫鋼 50 80 100 125 160 200 250 320 壁 厚 5 6 7 7 8 8 10 10 計算過程： D=63mm=0.063m. pt=1.5p=1.5 0.4 106Pa. =60MPa=6 10Pa. 10 所以 = mm315.01062 104.05.1063.0 76 可見筒壁太薄，因此由表 2.2-3選用壁厚 =5mm16。 上述氣缸 已根據(jù)實際情況設(shè)計完成 ， 下述 是關(guān)于 零部件的結(jié)構(gòu)及材料 的設(shè)計 ，見下述過程。 2.2.4 氣缸 主要零 部件結(jié)構(gòu) 、 材料 及技術(shù)要求 （一） 氣缸筒 1. 結(jié)構(gòu) 見圖 2-4所示。 2. 材料 氣缸筒使用材料有鑄鐵 HT150、 HT200、鋼 Q235A、 45；鋁合金 ZL104、 ZL106等，常用 20 號無縫鋼管和鋁合金管。 我們選用 20 號無縫鋼管。 3. 技術(shù)要求 見圖 2-4。 綜 合考慮，選用氣缸筒材料為 20 號無縫鋼管。另外，內(nèi)徑精度及粗糙度 根據(jù)活塞使用密封圈型式而異，用 O型橡膠密封圈時為 3級精度；粗糙度 Ra為 0.4；用 Y型橡膠密封圈時為 4 5級精度，粗糙度 Ra為 0.4。 裝配后，應(yīng)在 1.5 倍工作壓力條件下進行試驗，不能有漏氣現(xiàn)象。非加工表面應(yīng)涂漆防銹。 為提高壽命和 防腐，缸內(nèi)表面可渡鉻，再拋光或研磨，鉻層厚度 0.01 0.03mm。 鑄件應(yīng)無砂眼和氣孔，并進行人工時效處理。 圖 2-4 普通型氣缸筒 （二） 氣缸蓋 1. 結(jié)構(gòu) 見圖 2-5 所示。 壓裝過程 中玻璃平穩(wěn)推進 ， 故設(shè)計的氣缸屬無緩沖裝置 11 型 ，因此氣缸蓋 不需 帶有緩沖裝置。 為避免活塞與氣缸蓋端面接觸時，承受壓縮空氣的面積太小。通常在缸蓋上做出深度不小于 1mm的沉孔，此孔必須與進氣孔相通。 2. 材料 與氣缸筒相同，采用 20號鋼。 3. 技術(shù)要求 見圖 2-5。 (1). 與氣缸內(nèi) 徑配合之 D(h8)對 D1(H8)的同軸度不大于 0.02 mm。 (2).螺紋孔 M對 d1(H9)的 同軸度不大于 0.02mm。 (3).T對 D1軸線的垂直度不大于 0.1mm。 (4).鑄件處理、熱處理、漏氣試驗、防銹涂漆等于氣缸筒相同。 圖 2-5 氣缸蓋 （三） 活塞 1. 結(jié)構(gòu) 見圖 2-6。活塞是把壓縮空氣的能量通過活塞桿傳遞出去的重要零件?；钊Y(jié)構(gòu)與其密封形式分不開，活塞的寬度也取決于采用一圈還是兩排密封圈，活塞上安裝密封圈的溝槽深和寬應(yīng)符合密封圈的 標準規(guī)定。 2. 材料 鑄鐵 HT150、碳鋼 35、鋁合金 ZL106。選用鑄鐵 HT150。 3. 技術(shù)要求 見圖 2-6。 12 (1).活塞外徑（即缸筒內(nèi)徑 ） 其公差配合取決于所選密封圈。我們采用 O型密封圈，則公差為 f8。 (2).外徑 D(d9)對活塞桿連接孔 d1(H8)的同軸度不大于 0.02mm。 (3).兩端面 T對 d1(H8)垂直度不大于 0.04mm。 (4).鑄件不允許有砂眼、氣孔、縮松等缺陷。 (5).熱處理應(yīng)比缸筒低。 (6).外徑 D的圓柱度、圓度不超過直徑公差的一半。 圖 2-6 活塞 （四）活塞 桿 活塞桿與活塞式最重要的受力 零件之一。其主要形式有實心和空心兩種。 1.結(jié)構(gòu) 見圖 2-7。 選用實心桿，活塞桿頭部結(jié)構(gòu)形式很多，可根據(jù)需要設(shè)計。 2.材料 45鋼、 40Cr.選用 45鋼。 3.技術(shù)要求 見圖 2-7。 13 圖 2-7 活塞桿 (1).直徑 d與氣缸導向套配合，其公差一般取 f8、 f9、或 d9,選 f8， 粗糙度 Ra為 0.8 m。 (2).端面 K對 d1(j7)垂直度不大于 0.02mm。 (3).熱處理：調(diào)質(zhì) HRC30 35。 (4).兩頭端面允 許打中心孔。 4.活塞桿與活塞的連接 廣泛地 采用螺紋連接，除小直徑氣缸把活塞與活塞桿做成整體外，多數(shù)在活塞桿上加工螺紋，以螺母將活塞固定在活塞桿上， 為防止振動松動，一般均加保險墊圈、開口銷等防松零件。 2.2.5 氣缸的密封 （一）活塞桿的密封 氣缸活塞桿的密封主要之活塞桿伸出端與缸蓋、導向套間的密封， 選用 O型密封圈，它密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小，裝配后圈內(nèi)直徑應(yīng)比活塞桿直徑小 0.1 0.35mm。如圖 2-8所示。 圖 2-8 活塞桿的密封 14 （二）活塞的密封 活塞的密封指活塞與缸筒內(nèi)表面之間的密封及 活塞與活塞桿之間的密封?；钊拿芊馀c其結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。綜合考慮， 也 選用 O 形 密封圈 ，其特點是密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單，摩擦阻力小 。如圖 2-9 所示 17 18。 圖 2-9 活塞的密封 15 第三章 壓裝臺 定位 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 3.1 與定位相關(guān)的 問題 1.考慮 到玻璃為平板件，其定位是采用平面定位元件。 平面作為定位基準，通常根據(jù)其限制的自由度的數(shù)目，分為主要支承面、導向支承面和止推支承面。限制工件三個自 由度的定位平面，稱為主要支承面；限制工件兩個自由度的定位平面，稱為導向支承面；限制工件一個自由度的定位平面，稱為止推支承面。 2定位元件 平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有主要支承和輔助支承。 這次設(shè)計中只用到主要支承，下面支隊主要支承做簡單介紹。 主要支承 用來限制工件的自由度，起定位作用的支承。 此壓裝臺只需要采用固定支承。 固定支承：固定支承有支承釘（包括球頭支承釘、平頭支承釘及齒紋頭支承釘）和支承板（平板式支承板、斜槽式支承板）兩種形式。它們在使用過程中，固定不動。 圖 3-1 為標準支承釘 （ JB/T8029.2-1999）和支承板（ JB/T8029.1-1999）：圖 a 為平頭支承釘，用于精基準；圖 b為球頭支承釘，用于粗基準，可減少與工件的接觸面積，提高定位穩(wěn)定性；圖 c為齒紋頭支承釘，用于側(cè)面定位，花紋增大摩擦系數(shù)，由于清除切屑困難，很少用于底平面定位；圖 d為平板式支承板，用作精基準，多用于側(cè)面和頂面定位，用于底面定位時，孔邊切屑不易清理；圖 e為斜槽式支承板，用作精基準，適用于底面定位 19。 圖 3-1 支承釘和支承板 3.2定位 方案選擇 已知汽車車門玻璃的尺寸是變化的， 如圖 3-2(a)所示。 16 (a) (b) 圖 3-2 玻璃 及托架 的 結(jié)構(gòu) 尺寸 且長度范圍是 600-800mm，即沿 Y方向的尺寸 ;寬度范圍是 400-500mm，即沿 X方向的尺寸；厚度為 4mm，即沿 Z 方向的尺寸 。我們設(shè)計用于后車門玻璃的壓裝工藝，因此玻璃沿壓入方向的尺寸是 400-500mm，壓裝好的成品應(yīng) 使玻璃與托架成為一體，已知托架的尺寸為玻璃尺寸的三分之二， 結(jié)構(gòu)見圖 3-2（ b） ，托架上焊有兩個側(cè)耳，其上加工有螺紋孔，孔用于以后將玻璃連同托架固定在車門玻璃升降器上。 壓裝后的 成品 如圖 3-3所示 。 圖 3-3 成形后的玻璃 1.車門玻璃 2.托架 17 一 .方案陳列 : 方案的選用要根據(jù)所加工工件的尺寸或加工工藝的特點及應(yīng)用范圍等來確定，這個工藝過程中，因玻璃屬大型平板件，且要求過程平穩(wěn)，結(jié)合牢固。綜合考慮需要橫向壓裝，這樣可以避免玻璃豎直壓入時因重力或剛性不足而發(fā)生傾斜，針對橫向壓入的定位方案，有以下兩種： 方案一： 氣缸活塞桿直接推動粘有凹槽形橡膠塊的推板，推板推動玻璃進行壓裝，臺體上布置四個支承釘作為平面定位元件，凹槽形橡膠塊也起定位作用，另外側(cè)面設(shè)置一 支承 板，如圖 3-4所示。 圖 3-4 定位方案一 1.氣缸 2.活塞桿 3.推板 4.橡膠塊 5.玻璃 6.支承釘 7.橡膠條 8.托架 9.臺體 由圖可見，支承釘限制工件的三個自由度，即 X、 Y方向的 旋轉(zhuǎn)自由度及 Z方向的位移自由度 ；橡膠塊限制工件的兩個自由度，即 X 方向的位移自由度及 Z方向的旋轉(zhuǎn)自由度 ；側(cè)面支承板限制工件的一個自由度，即 Y方向的位移自由度 。 方案二： 氣缸活塞桿直接推動粘有凹槽形橡膠塊的推板，推板推動玻璃進行壓裝，臺體上布置兩條長的支承板作為定位元件，另外側(cè)面也設(shè)置一支承板，如圖 3-5所示。 18 圖 3-5 方案二 1.氣缸 2.活塞桿 3.推板 4.橡膠塊 5.玻璃 6.支承板 7.橡膠條 8.托架 9.臺體 由圖可見，其限制自由度的情況與方案一相同。 二 .方案論證： 從加工工藝性方面講，兩種方案中的定位元件均屬于平面定位元件，均限制了工件的六個自由度， 從而 確定工件在臺體中的正確位置， 以 完成加工過程。 但從加工要求來看，方案一存在不足， 因為其采用的定位元件是支承釘，支承釘?shù)某叽绮粫艽?，在推動玻璃進行壓裝時，玻璃有可能會脫離定位元件；又因為玻璃尺寸有很大的變動范圍，即 100200mm。 這些都有可能造成過程的 不平穩(wěn)，嚴重時甚至不能裝入玻璃托架中。 從分析中可見方案二優(yōu)于方案一， 更能滿足加工要求， 因此選用方案二。 3.3定位結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 .底面 （ XOY平面 )定位元件 選用的是支承板，又支承板有平板式和斜槽式，這個工藝過程中不會產(chǎn)生切屑，只是光滑的玻璃的推壓過程，因此考慮加工成本，采用平板式支承板。又因為玻璃易劃傷，因此考慮在支承板上膠粘一層橡膠皮 ， 同理，由機械設(shè)計手冊第一卷，第 3-239頁，表3-3-3 選擇乙丙橡膠來做和玻璃接觸的橡膠皮 14。厚度設(shè)計為 2mm，寬度和支承板的寬度相同 。 玻璃尺寸 較大，需設(shè)計專用支承板， 玻璃在壓裝方向的尺寸為 400 500mm，設(shè)計支承板的長度為 340mm已足夠 ，且采用兩條支承板 。 支承板采用螺紋聯(lián)接固定在臺體上，選用 M10的螺紋，因為臺體厚度較大，而且不會經(jīng)常拆卸，采用螺釘聯(lián)接 21。 如圖 3-6所示。 19 圖 3-6 支承板結(jié)構(gòu)及尺寸 二 .側(cè)面（ YOZ平面）定位元件 推板上的橡膠塊的結(jié)構(gòu)是凹槽形的，凹槽沿 Z方向的深度跟玻璃厚度相同，裝入玻璃時，直接將玻璃潛入凹槽中。進而限制 玻璃的兩個自由度，關(guān)鍵問題在于橡膠塊與推板的聯(lián)接方式。我們在推板 上設(shè)置兩個橡膠塊，選 用橡膠塊是那種帶有螺紋的結(jié)構(gòu)，再將其通過螺紋 聯(lián)接固定在推板上， 采用螺栓而不是螺釘是為了進行防松， 如圖 3-7所示。 圖 3-7 側(cè)面定位件推板 1.推板 2.橡膠塊 3.螺栓 考慮到橡膠中含有螺釘，橡膠的尺寸不宜太小，現(xiàn)將 橡膠塊的長度即沿 Y方向的尺寸為 80，另外橡膠塊與推板的聯(lián)接選用 M8 的螺紋，其 Z 方向的總體 尺寸定為 25， X 方向的 20 總體尺寸定為 25，中間凹槽 X方向的深度定位 4。須明確自出的是，在推板上加工螺紋孔時一定保證兩孔中心線對推板中心線的對稱性，這對后面可調(diào)裝置非常重要。 三 .側(cè)面（ XOZ平面）的定 位元件 這個側(cè)面支承板所起的主要作用是防止玻璃在壓入時沿 Y方向移動，簡單來說，設(shè)計一個板，在上面粘一層橡膠皮即可。但玻璃尺寸有變化范圍，若兩個板沿 Y方向是固定的，則不能滿足加工要求，因此必須設(shè)計一可調(diào)定位結(jié)構(gòu) ，如圖 3-8所示 。 圖 3-8側(cè)面可調(diào)定位件 1.軸承端蓋 2.臺體 3.深溝球軸承 4.螺桿 5.支承板 6.橡膠條 7.軸承端蓋（帶油封） 8.圓錐銷 9.手柄 這一可調(diào)定位 裝置 的原理如下： 在螺桿上，兩段螺紋采用相反的旋向，左段加工成左旋螺紋，右段加工成右旋螺紋，相應(yīng)得在推板上 也加工出內(nèi)螺紋，裝配后使其旋合。這樣，手柄 9順時針旋轉(zhuǎn) 時，左側(cè)的推板向左移動，右側(cè)的推板向右移動，從而實現(xiàn)兩推板 相背而行， 距離變大，將玻璃放進去。 采用這種結(jié)構(gòu)的另外一個優(yōu)點是能實現(xiàn)玻璃的中心線與 YOZ 平面內(nèi)推板的中心線重合。因為螺桿在旋合過程中，因左右段螺紋的螺距相同，故兩個推板的移動距離相同，即使放入玻璃后，玻璃與推板之間還有距離，它也會使玻璃最終處于中間位置，但前提是保證 XOZ平面內(nèi)的兩個推板在安裝時 的 對稱性。 其中的軸承因受軸向力不大，選用深溝球軸承，具體的尺寸 及螺紋的自鎖性能 在后面陳述。 21 第四章 壓裝臺導向結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1導向 件 的 主要作用 導向件的主要作用是實現(xiàn)刀具或工件的加工位置準確及過程平穩(wěn)的，例如 ，鉆床上有鉆套，鉆套里面裝有襯套來起導向作用；還有導向板用以實現(xiàn)大行程的導向 21。 在這個工藝過程中，要求玻璃的壓裝過程必須平穩(wěn)且受力均勻，這就要求活塞桿對推板的作用力要均衡，若只是靠活塞桿作用在推板上，因是一點作用，玻璃尺寸又大，易發(fā)生因兩邊受力不均而傾斜。故必須有導向裝置。 4.2導向方案選擇 一 .方案陳列： 方案一： 直接在活塞桿上連接一個板件，板件的結(jié)構(gòu)類似于 U 形，如圖 3-14 所示，并且在板上加工一個螺紋孔，將其通過螺紋聯(lián)接固定在活塞桿上， U形板的兩個 Y枝 （見圖 4-1中1） 必須相對于活塞桿的中心線對稱 ，且分別通過導向套 ，導向套也必須對于活塞桿中心線對稱 。通過 U形板推動推板 ， 使 玻璃 擠入托架中，見圖 4-1。 圖 4-1 U 形板結(jié)構(gòu) 1.U 形板的 Y 枝 2.螺紋孔 方案二 : 在推板上安裝兩個桿件，桿件的結(jié)構(gòu)見圖 4-2。在推板上還要加工兩個對稱的通孔，將加工好的桿件裝入通孔中，然后將它們焊接在一起，桿件的伸出部分通過導向套， 導向套也必須對于活塞桿中心線對稱， 見圖 4-3?；钊麠U通 過推動推板將玻璃擠入托架中。 22 圖 4-2 桿件結(jié)構(gòu) 圖 4-3 1.推板 2.階梯形桿件 方案論證： 單從 工藝性分析，兩種方案都能達到導向的效果，實現(xiàn)過程的平穩(wěn)，受力的均勻。從實用性及經(jīng)濟性來講，方案一中活塞桿與 U形板采用的是螺紋聯(lián)接，工作時間長了以后，螺紋聯(lián)接會產(chǎn)生松動，導致推板兩邊受力不均，達不到加工要求。而第 二 種方案中，桿件的結(jié)構(gòu)決定了桿會卡在推板的通孔中，另外兩者有是焊接在一起的，結(jié)合比較牢固，一般 23 不會發(fā)生松動。即使工作一段時間后，過程也會較平穩(wěn)，玻璃兩側(cè)受力也較均勻，能保證加工要求。 綜合 考慮，選用第 二 種 方案。 4.3導向結(jié)構(gòu)設(shè)計 導向 結(jié)構(gòu)在方案二中已描述，現(xiàn)在的關(guān)鍵問題是導向套的固定。導向套不能直接固定在臺體上，它必須嵌入孔中，且一般采用67nH的配合。對于導向套的固定，現(xiàn)有兩種方案21。 方案一： 加工兩個導向板， 每個 板的結(jié)構(gòu)如圖 4-4所示，中間的兩個通孔用來裝導向套。將加工好的板通過螺紋聯(lián)接固定在推板的后面，兩個導向板的安裝位置定要保證相對于活塞桿對稱。 圖 4-4 方案一 導向板 方案二：加工一個導向板，板的結(jié)構(gòu)如圖 4-5所示，板上的兩個孔 在加工時 要保證對稱性。將加工好的板通過螺紋聯(lián)接固定在推板的后面。 24 圖 4-5 方案二 導向板 方案論證：兩種方案都能固定導向套，從這個角度講，都是可行的。但第一種方案中，是兩個導向板，即使它們上面的孔加工的絕對精確，在安裝時也難以保證其對稱性，也就不能保證導向后的受力均勻。而第二種方案中，導向板是一個整體，兩個孔中心軸線的對稱度完全可以在加工時保證，從而減少在安裝過程中的麻煩 ，且能保證導向后的受力均勻。 綜上所述，選用第二種方案，且為了便于準確地安放在臺體上，特將導向板的底平面加工成階梯形 ，具體結(jié)構(gòu)及尺 寸見零件圖 。 因推板上既有橡膠塊又有導向桿件，為了 使兩者不發(fā)生干涉而又能完成各自的作用，將導向桿與橡膠塊在 X 方向錯開，即設(shè)計橡膠塊在 X方向的尺寸大于導向桿中臺階部分的尺寸 且兩者中心線到推板中心的距離不等 。 25 第五章 壓裝臺 夾緊 及其它 結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 夾緊的基本概念 夾緊 :把工件在夾具中占據(jù)的正確位置 固定下來，并使其在外力作用下不發(fā)生變動的操作。 夾緊力來源于人力或者某種動力裝置，也就是人力夾緊和機動夾緊。一般把夾緊元件和中間傳遞機構(gòu)稱為夾緊機構(gòu)。常用的典型夾緊機構(gòu)有斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心 夾緊機構(gòu)及鉸鏈夾緊機構(gòu)等 19。 5.2夾緊結(jié)構(gòu)設(shè)計 這個 工藝過程加工的玻璃屬尺寸較大的平板件，又是在水平方向進行壓裝的，且推力不大，前面設(shè)計的側(cè)面支承板可以保證玻璃在加工過程中不會向兩 邊移動，也就是說玻璃在夾具中的位置不會發(fā)生變動，因此此壓裝臺 中關(guān)于玻璃 不需 設(shè)置夾緊機構(gòu)。 而托架則需要夾緊以保證其在加工過程中受力時不會發(fā)生脫落。 對于托架在加工過程中的固定， 考慮采用一夾板，將其用螺栓聯(lián)接固定在臺體上，螺栓所在位置應(yīng)處于托架下方。這樣，將夾板固定以后，托架與夾板不發(fā)生干涉，再將托架卡在滑塊中間即可，見圖 5-1。 圖 5-1 夾板 26 5.3其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 到目前為止， 玻璃的定位及導向結(jié)構(gòu)已設(shè)計完畢，另外的一個問題是托架的定位 ， 定位 是考慮將托架的兩個側(cè)耳卡在兩個滑塊之間， 兩個滑塊可以在滑槽中移動， 當玻璃尺寸發(fā)生變化時，調(diào)整滑塊之間的距離即可。 這樣既方便 又能滿足加工要求，見圖 5-2。 圖 5-2 托架的定位結(jié)構(gòu) 1-托架 2-滑塊 3-臺體 為保證托架位置的準確及其與夾板接觸的緊密， 進而保證加工過程中的平穩(wěn)， 提高加工加工精度。 夾板左側(cè)面 粗糙度為 Ra6.3，底面也應(yīng)采用粗糙度為 Ra6.3，另外兩端面對平面度也有一定的要求 18。 27 第六 章 各元件的安裝及固定 6.1定位結(jié)構(gòu)的 安裝及固定 6.1.1 底面支承板 支承板的結(jié)構(gòu)已設(shè)計好，因玻璃在壓裝方向的尺寸范圍是 400-500mm，設(shè)計支承板的長度為 340mm，寬度為 32mm，并且兩個支承板各自到臺體中心的距離為 260mm。每個支承板上都有六個階梯孔，它們之間的中心距為 30， 60， 60， 60， 60， 60；階梯孔的直徑分別為 18， 11；安裝時，將支承板按距離放好，再各自用六個 M10的螺釘固定即可 21。 6.1.2 側(cè)面推板 推板的長 度及滑槽長度要考慮玻璃尺寸的變動范圍及所需推力的大小，因推板上的橡膠塊也起定位作用，放入玻璃時，玻璃應(yīng)正好卡在橡膠塊的凹槽中，因此推程應(yīng)設(shè)置在臺體的另一端，即安放托架的一端。玻璃尺寸差是 100mm，又考慮推力約為 1066N,設(shè)計推程為 50mm，則滑槽的長度應(yīng)為 150mm加上推板的寬度。 而推板的寬度并無太大要求，僅考慮橡膠塊所使用的固定螺紋即可，綜合考慮，最終， 推板 寬度為 30mm，橡膠塊的固定選用M8的螺栓聯(lián)接，即螺栓 GB5780-86 M8 40,螺母 GB41-86 M8。 而推板的長度不能過大，在推動過程中 不能使其與底面支承板發(fā)生干涉，兩個支承板邊沿之間的距離為 488mm，因此設(shè)計推板的長度為 480mm，則滑槽的寬度為 480mm，長度為 180mm17。 推板上需加工兩個通孔以用來焊接兩個導向桿，通孔之間的中心距越大，推動時的導向作用越好，因?qū)驐U的最大直徑為 20mm，設(shè)計通孔中心距推板中心的距離為 220mm，這樣既能起到導向作用，又能保證推板和導向桿的焊接良好性。 推板上還固定有橡膠塊，橡膠塊的尺寸前面已論述過，考慮到橡膠塊與導向桿不能碰撞及玻璃必須與橡膠塊接觸而不是導向桿，又因為玻璃沿 Y方向的尺寸為 600 800，兩個橡膠塊中心線之間的距離要合理，最合理的方案要能實現(xiàn)對這一尺寸變化范圍的玻璃的定位，從而減少調(diào)整的時間，設(shè)計兩中心線之間的距離為 330。 6.1.3托架一側(cè)的夾板及滑塊 滑塊主要起對托架的定位作用，安裝托架時應(yīng)正好使托架上的兩個突起卡在兩個滑塊之間，因此滑塊邊沿之間的距離最小為 400mm，最大為 533mm（托架尺寸大約為玻璃尺寸 28 的三分之二）。 滑塊的長桿部分加工出 M6螺紋，臺體上加工出對應(yīng)尺寸的滑槽使滑塊在其中滑移來實現(xiàn)托架的定位。 夾板的作用是保證托架在被壓入橡膠條和玻璃時不發(fā)生偏移， 考慮夾板 與臺體之間采用螺紋聯(lián)接，那螺釘?shù)奈恢镁筒荒芨缮嫱屑艿陌卜?，設(shè)計夾板的長 度與托架上兩個突起邊沿間的距離相等，而螺紋的位置處于托架的下方，具體間裝配圖。 前面說過推 程 為 150mm，則玻璃到橡膠條之間的距離應(yīng)為 150mm。而橡膠條緊挨著托架，這樣就能確定臺體的右邊沿。 6.1.4 側(cè)面可調(diào)支承板 （一）螺桿的設(shè)計及校核 初步設(shè)計滑動螺紋傳動的尺寸設(shè)計計算（以其中 36 一段為例） ： 螺桿：公稱直徑，即大徑 d=36mm，中徑 d2=34.5mm， 小徑 d1=32.5mm。 螺母 （即支承板上加工的螺紋） ：大徑 D=36.5mm，中徑 D2=34.5mm， 小徑 D1=33mm。 螺桿：公稱直徑，即大徑 d=32mm,中徑 d2=30.5mm, 小徑 d1=28.5mm。 螺母：大徑 D=32.5mm,中徑 D2=30.5mm,小徑 D1=29mm。 1、耐磨性計算： 主要是限制螺紋的工作面上的壓力 P，使其小于材料的許用壓力 P。 因為設(shè)計的這個螺桿僅為實現(xiàn)側(cè)面支承板的移動，軸向力不大，設(shè)定為 1500N。 螺桿所受軸向力 F 為 1500N，則螺紋的工作面上的耐磨性 條件為： 22F F F PpPA d h d h H 公式（ 6-1） 式中： A 螺紋的承壓面積，指螺紋的工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積，單位為 mm2； d2 螺紋中徑 ，單位為 mm； h 螺紋工作高度 ，單位為 mm； P 螺紋螺距 ，單位為 mm； H 螺紋高度 ，單位為 mm； 29 螺紋工作螺數(shù) 其中，取 P=3mm, H=1.23.5 d2=2 34.5mm=69mm =H/P=69/3=23 則， 4.0695.15.34 31500 p。 故符合耐磨性要求。 2、自鎖性校核 : a r c t a n a r c t a nc o svvf f 公式（ 6-2） 式中： 螺紋升角 59.15.34 31a r c t a na r c t a na r c t a n22 dnpds ； fv 螺旋副的摩擦系數(shù) ； f 摩擦系數(shù) ， 查表，得 f=0.110.17，取 f=0.15； p 牙側(cè)角 ， = /2， 為牙型角 ，為 30 ； 00 . 1 5a r c t a n a r c t a n 8 . 6 4c o s 0 . 9 9 3v f 即 1.59 v= 64.8 。 故，能夠滿足自鎖要求。 3、螺桿的強度計算 校核螺桿強度時應(yīng)根據(jù)第 4 強度理論公式求出危險截面的計算應(yīng)力 ca，其 強度條件為 222233caTFTZAW 公式（ 6-3） 即： 221143caTFAd 式中： F 螺桿所受的軸向力 ，單位為 N； A 螺桿螺紋段的危險截面面積 ， A= d12/4，單位為 2mm ； WT 螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù) ， WT= d13/16，單位為 3mm ； d1 螺桿小徑 ，單位為 m； T 螺桿所受的扭矩 ， 2t a n2v dTF 單位為 N mm； 30 螺桿材料許用應(yīng)力 ，單位為aMP。 則 MP aMP addFFdvca80432018.2325.3464.859.1t a 324t a n2341222212221 故，螺桿滿足強度要求。 4、螺桿螺紋牙的強度計算： 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞當螺桿和螺母材料相同時，由于螺桿的小徑 d1 小于螺紋大徑 D，故應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強度。 如將一圈螺紋螺桿的螺紋小徑 d1 展開，則可看作寬度為 D 的懸臂梁。假設(shè)螺桿每一圈螺紋所承受的平均壓力為 F/，并作用在以螺紋中徑 d2(mm)為直徑的圓周上則螺紋牙危險截面 -的剪切強度為： FDb 公式（ 6-4） 式中： =0.6=0.6 80=48Mpa D, b, 同上 ,b=0.65p。 則 MP aMP aMP a 4829.023365.05.36 1500 彎曲強度條件為 ： 26bbFlDb 公式（ 6-5） M P aM P aM P aDb Fl bb 12079.12395.15.36 2150066 22 其中： b 螺紋牙根部的厚度，對于梯形螺紋 b=0.65P=0.65 3mm=1.95mm l 彎曲力臂 mmdDl 22 5.325.362 1 故，螺紋牙滿足強度條件 25。 31 同理， 另一 段 32 的螺紋也 按此步驟進行校核和計算，也符合 條件，故螺桿設(shè)計為直徑各為 32和 36的階梯桿。 接下來兩端的軸徑為 30mm,制成選用 6206 的軸承 17。 因為所受的力不大，因此只是兩端支承即可滿足要求。 最后的軸徑為 25mm，并在其上打錐形孔，用來與手柄通過圓錐銷聯(lián)接 23。 因 設(shè)計的 整個螺桿的長度 為 933mm，需進行穩(wěn)定性校核，過程如下： 5穩(wěn)定性計算 臨界載荷為 221()acrEIFl公式（ 6-6） 式中 E 螺桿材料的彈性模量， 522 . 0 6 1 0 /E N m m aI-螺桿危險截面的軸慣性矩 ，最小直徑為 25mm，故 44441 1092.164 2564 mmdI a 公式（ 6-7） -長度系數(shù)，按兩端固定取 7.0 1l-絲杠全長， mml 9331 則 NF cr 42452 1015.99337.01092.11006.2 故 45.261 mcrFF，符合要求。 因此，此螺桿的采用及設(shè)計尺寸符合條件 15。 （二 ） 支承板的尺寸 它的作用是保證玻璃在壓裝過程中不向兩側(cè)歪斜，因此長度不能太短，定為 300mm，所打螺紋孔的尺寸與前面所設(shè)計的螺母尺寸相同。 厚度為 10mm，上面膠粘一層 2mm厚的橡膠條。 6.2導向結(jié)構(gòu)的 安裝及固定 6.2.1 導向桿 它焊接在推板上以實現(xiàn)對推動過程的導向，因為推程為 150mm,加上導向板與推板都有一定的寬度，所以導向桿的長度不能太短，設(shè)計為 230mm，直徑為 10mm。 32 6.2.2導向套 內(nèi)徑 為 10mm,外徑為 15mm。 6.2.3 導向板 導向板的作用 是固定導向套的，它的位置緊挨著推板，為了不與活塞桿在推壓時發(fā)生干涉，結(jié)構(gòu)已在前面論述過。兩個通孔的中心線到板中心的距離為 220mm，與推板上孔的位置相對應(yīng)，而直徑應(yīng)為導向套的外徑 ，即為 15mm。導向板突起的部分只為打孔所用，因此寬度不用太大，為 30mm，高度為 42mm。其余部分高度為 10m