馮晶晶，葉金鐸

（天津理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384）

球籠卡箍自動(dòng)裝配機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

馮晶晶，葉金鐸

（天津理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384）

介紹了一種球籠卡箍自動(dòng)裝配機(jī)，講述并分析其工藝流程以及實(shí)現(xiàn)其工藝工程的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)。該自動(dòng)裝配機(jī)能很好地解決人工裝配效率低的問題。

自動(dòng)裝配；機(jī)械結(jié)構(gòu)；球籠卡箍

0 引言

目前汽車裝配線上的球籠卡箍裝配多是人工裝配，效率低，往往是整條半軸裝配線上時(shí)間最長(zhǎng)的一道工序，這樣就會(huì)影響裝配生產(chǎn)線的節(jié)拍。而且不銹鋼卡箍由于壁較厚，強(qiáng)度較大，在裝小端卡箍時(shí)彎成小圓很難，造成裝配困難。另外拉緊式卡箍（又稱萬能卡箍），由于受裝配工具的影響，拉緊后折彎容易出現(xiàn)反彈，產(chǎn)生裝不緊現(xiàn)象。本文介紹的球籠卡箍裝配機(jī)是根據(jù)天津某汽車零部件公司的要求而設(shè)計(jì)研發(fā)的，實(shí)踐表明該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)裝不緊的現(xiàn)象，能夠滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求，減輕了裝配工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

1 裝配工藝設(shè)計(jì)

自動(dòng)機(jī)械實(shí)際上是模仿人工操作的各個(gè)動(dòng)作設(shè)計(jì)組合而成的[1]。我們根據(jù)人工裝配卡箍的過程設(shè)計(jì)了裝配工藝。在介紹裝配工藝前有必要了解卡箍的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），該卡箍為雙耳結(jié)構(gòu)，拉緊卡箍帶使其進(jìn)入卡箍耳之間，通過雙耳壓緊卡箍帶，從而起到抱緊的作用。

圖1 卡箍結(jié)構(gòu)

其具體裝配工藝如下：1.推卡箍帶，通過外力將卡箍帶推入卡箍雙耳之間；2.夾卡箍耳，通過外力使卡箍雙耳變形夾緊卡箍帶；3.壓卡箍耳，雖然第二步已經(jīng)將卡箍帶推入了雙耳之間并夾緊，但夾緊力不夠，所以要用壓頭再一次將卡箍雙耳壓緊。經(jīng)過上述裝配過程后卡箍的狀態(tài)如圖2所示，卡箍帶、卡箍耳和卡箍緊緊地貼在一起。

圖2 卡箍結(jié)構(gòu)鎖緊狀態(tài)

2 推卡箍帶的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，將卡箍帶推入卡箍雙耳之間的理想路徑是一曲線運(yùn)動(dòng)，為了便于機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，我們將推卡箍帶的動(dòng)作分解成兩步：直線推卡箍帶和擺動(dòng)推卡箍帶。

圖4是機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)，其中氣缸2通過連接架帶動(dòng)推桿3和氣缸1一起向前運(yùn)動(dòng)完成直線推卡箍帶的過程。接著氣缸1推動(dòng)連桿，使其繞著旋轉(zhuǎn)中心5擺動(dòng)。氣缸1是鉸鏈?zhǔn)桨惭b，能夠縮短運(yùn)動(dòng)鏈，節(jié)省安裝空間[2]。在推卡箍帶的過程中，推頭和卡箍接觸有摩擦，為了減小推卡箍過程中的摩擦，可將滾動(dòng)軸承4作為推頭，使滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)摩擦。氣缸1和氣缸2都設(shè)置有限位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)直線推和擺動(dòng)推的行程，使卡箍帶順利進(jìn)入卡箍雙耳之間。

圖3 推卡箍帶過程

圖4 推卡箍帶機(jī)構(gòu)

3 夾卡箍耳和壓卡箍耳的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證設(shè)備的可靠性，降低機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度[2]，將夾卡箍耳和壓卡箍耳兩個(gè)工序的動(dòng)作融合到一個(gè)機(jī)構(gòu)中。如圖5所示，氣缸1推動(dòng)移動(dòng)凸輪2向前運(yùn)動(dòng)，夾爪4繞著旋轉(zhuǎn)中心3轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪輪廓的最高峰與滾子接觸時(shí)兩夾爪之間間距最小，此時(shí)夾緊卡箍耳；氣缸活塞桿繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪輪廓最高峰越過滾子，夾爪開始張開，壓頭5繼續(xù)向前完成壓緊卡箍耳的動(dòng)作。在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)要特別注意凸輪輪廓最高峰到壓頭的距離L1和滾子中心到夾爪前端面的距離L2，為了避免夾爪處于夾緊狀態(tài)時(shí)壓頭和夾爪相撞要保證L2＞L1。另一個(gè)在設(shè)計(jì)中要注意的地方是：氣缸的行程要大于L3（氣缸縮回狀態(tài)下凸輪最高峰到滾子中心的距離），以確保夾爪能夠夾緊卡箍耳。

根據(jù)上述所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能巧妙的將兩種動(dòng)作由一個(gè)機(jī)構(gòu)完成，這樣大大簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和節(jié)省了空間。

圖5 夾、壓卡箍耳機(jī)構(gòu)

4 取料機(jī)構(gòu)

取料機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)軸、擺臂和夾爪氣缸組成，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。轉(zhuǎn)軸1和擺臂3連接成一體，固定在擺臂上的氣動(dòng)夾爪4夾住工件，由旋轉(zhuǎn)氣缸2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸將工件取出。

圖6 取料機(jī)構(gòu)

5 整機(jī)布局

該設(shè)備的整機(jī)布局如圖7所示，采用了框架式焊接機(jī)架，能夠節(jié)省加工成本和縮短生產(chǎn)周期。夾、壓卡箍耳機(jī)構(gòu)（圖示1、2）和推卡箍帶機(jī)構(gòu)（圖示3、4）分別布置在工件夾具的左側(cè)和右側(cè)，兩者在PLC控制下協(xié)同工作。夾、壓卡箍耳機(jī)構(gòu)和推卡箍帶機(jī)構(gòu)都上下布置了兩套，這樣可以同時(shí)完成球籠防塵套上的大、小端兩個(gè)卡箍的裝配，提高了裝配效率。該設(shè)備為人工上料，在該設(shè)備的上一工序已由人工將大、小端卡箍裝到防塵套上。裝配完成后由卸料機(jī)構(gòu)5取出。設(shè)備機(jī)架的上下側(cè)裝有安全光幕，防止設(shè)備工作時(shí)對(duì)工作人員的傷害。

圖7 整機(jī)裝配圖

6 結(jié)束語

目前本設(shè)備已交付用戶使用，其性能已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并得到用戶的一直好評(píng)。本文雖然介紹的是球籠卡箍的裝配機(jī)，但對(duì)于其他功能的裝配機(jī)本文的設(shè)計(jì)思想也有參考價(jià)值。

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Machine structure design of automatic assembly machine for ball-cage clamp

FENG Jing-jing, YE Jin-duo

TH122

：A

1009-0134(2017)03-0136-03

2016-11-23

馮晶晶（1992 -），男，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。