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氮?dú)鈴椈擅芊饧詣?dòng)裝配機(jī)的設(shè)計(jì)
發(fā)表時(shí)間：2018-09-15 10:41瀏覽量：
摘要：氮?dú)鈴椈勺鳛樾屡d彈性元件，在汽車、電子、輕工、模具等行業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛。氮?dú)鈴椈傻慕M裝
目前多采用手工裝配，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝配工藝一致性差，難以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。本文依據(jù)
氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)及裝配工序，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種氮?dú)鈴椈擅芊饧詣?dòng)裝配機(jī)。進(jìn)行了自動(dòng)裝配機(jī)總體方案設(shè)計(jì)，并對(duì)
柱塞套隨行夾具、潤(rùn)滑油自動(dòng)噴涂機(jī)構(gòu)以及C 型環(huán)自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
關(guān)鍵詞：氮?dú)鈴椈桑谎b配工藝流程；自動(dòng)裝配機(jī)；模塊化設(shè)計(jì)
Design of Nitrogen Spring Seals Automatic Assembly Machine
LIU Yong-ya*, FANG Su-ping, SHAO Zhen-zhen
(Hefei University of Technology, Xuancheng, Anhui 242000, China)
Abstract：As an emerging elastic element, nitrogen spring is widely used in the fields of automobile, electronics, light
industry and mold. At present, the assembly of nitrogen springs is mostly assembled by hand, which has the disadvantages of
low production efficiency, large labor intensity, poor consistency in assembly process and difficulty in meeting the growing
market demand. In this paper, according to the nitrogen spring structure and assembly process, a nitrogen spring seal automatic
assembly machine has been designed and developed. The design of the overall program of automatic assembly machine was
carried out. The design of the key mechanisms such as plunger sleeve follower, automatic spraying mechanism of lubricating oil
and C-ring automatic assembly mechanism were described in detail.
Key words：Nitrogen spring; Assembly process flow; Automatic assembly machine; Modular design、
1 氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)與裝配工藝
1.1 氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)
氮?dú)鈴椈傻慕Y(jié)構(gòu)通常分為：柱塞式和活塞式兩大類
型。不同氮?dú)鈴椈缮a(chǎn)廠家生產(chǎn)的氮?dú)鈴椈蓛?nèi)部結(jié)構(gòu)不
同，圖1 為一種柱塞式氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)形式。密封件多數(shù)
裝配在柱塞套上，包括防塵密封圈、導(dǎo)向環(huán)、U 形密封圈、
擋圈和O 形密封圈，密封件與柱塞套組裝成柱塞套組件。
C 型環(huán)起限位作用，防止柱塞套組件與柱塞桿在高壓氮
氣的作用下沖出缸體。
1.2 氮?dú)鈴椈裳b配工藝
氮?dú)鈴椈墒止そM裝的一般工藝流程[7]，如圖2 所示。
柱塞套組件裝配完成后需要在內(nèi)壁涂抹潤(rùn)滑油，為下一
步壓入柱塞桿準(zhǔn)備。完成缸體裝配后需要進(jìn)行C 型環(huán)的
裝配，最后則是充氣閥、堵頭及防塵罩的裝配。
氮?dú)鈴椈裳b配過程的難點(diǎn)主要包括：
1）不同型號(hào)氮?dú)鈴椈芍捉M件尺寸不同，自動(dòng)
裝配過程中需要保證不同直徑柱塞套的可靠夾持。本設(shè)
計(jì)采用基于V 型塊的隨行夾具，實(shí)現(xiàn)不同直徑柱塞套的
夾持。
2）柱塞套內(nèi)徑較小時(shí)，手工涂抹潤(rùn)滑油存在涂抹
困難與涂抹不均勻的問題。如以興達(dá)氮?dú)鈴椈蒑QB10.0
為例，其柱塞套內(nèi)徑僅為30 mm，本文設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油自動(dòng)
噴涂機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油快速均勻涂覆。
3）氮?dú)鈴椈蒀 型環(huán)的安裝多借助起子手工安裝，容易出現(xiàn)劃傷柱塞桿的情況，造成裝配效率低，
裝配質(zhì)量不易保證。本文設(shè)計(jì)C 型環(huán)自動(dòng)上料及自動(dòng)壓裝來(lái)提高裝配質(zhì)量及效率。
2 總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)氮?dú)鈴椈擅芊饧奶攸c(diǎn)，采用回轉(zhuǎn)型布局，配合隨行夾具進(jìn)行密封件的裝配，總體設(shè)計(jì)方案
如圖3 所示。間歇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圓盤上共有六個(gè)工位，包括上料工位、防塵密封圈裝配工位、U 形密封圈
裝配工位、O 形密封圈裝配工位、潤(rùn)滑油噴涂工位和下料工位。圓盤上安裝隨行夾具組件，由凸輪分
割器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。凸輪分割器回轉(zhuǎn)定位分割精度為±30", 反映到隨行夾具組件與工件周向定位精
度為0.039 mm，考慮到圓盤加工精度，夾具制造精度與安裝誤差的影響，工件徑向定位精度為±0.1
mm，周向定向精度為±0.12 mm。對(duì)于不同型號(hào)的密封件采用振動(dòng)盤自動(dòng)上料時(shí)，調(diào)整較難。擬采用
彈匣式上料，只調(diào)整倉(cāng)匣可以適應(yīng)不同型號(hào)密封件上料。
3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 柱塞套隨行夾具設(shè)計(jì)
不同型號(hào)氮?dú)鈴椈芍捉M件尺寸不同，以柱塞套為基礎(chǔ)件時(shí)需要考慮隨行夾具可以適應(yīng)不同型
號(hào)氮?dú)鈴椈傻难b配。本文設(shè)計(jì)柱塞套隨行夾具結(jié)構(gòu)如圖4(a) 所示，隨行夾具組件依靠壓縮彈簧的彈壓
力與V 型塊對(duì)柱塞套進(jìn)行可靠定位。
如圖4(b) 所示，為柱塞套定位夾緊力示意圖， a F 為工件在間歇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位時(shí)產(chǎn)生的離心力， F
為壓縮彈簧產(chǎn)生的彈壓力。h 為工件重心距離固定板的高度（單位：mm），V 型塊高度25 mm，橡膠
壓塊高度 19 mm。間歇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作節(jié)拍由裝配用時(shí)最多的工位決定，大小為7.5 s，轉(zhuǎn)位時(shí)間與定
位時(shí)間之比為1:2，轉(zhuǎn)位時(shí)間2.5 s，定位時(shí)間5 s，轉(zhuǎn)位角度為π/6，由式(1) 可估算轉(zhuǎn)位時(shí)的角速度，
工件回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力可由式(2) 計(jì)算。
1 ω = θ t (1)
1
2 3 10 a F= M ω R × - (2)
式中， ω 為轉(zhuǎn)位時(shí)的角速度(rad/s) ，θ 為轉(zhuǎn)位角度(rad) ， 1 t 為轉(zhuǎn)位時(shí)間(s) ， a F 為工件回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離
心力(N) ， 1 M 為工件重量(kg)， R 為工件有效回轉(zhuǎn)半徑(mm)。
代入數(shù)據(jù)可得：
1 ω = θ t = π/(6×2.5)=0.21 rad/s (3)
2 3 -3
1 10 2.5×0.212×268×10 =0.029 N a
F= M ω R × - = (4)
不同型號(hào)氮?dú)鈴椈芍赘叨炔煌ㄖ匦木嚯x固定板高度不同），直徑不同，重量不同。依據(jù)裝備
可裝配的最大尺寸工件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，工件離心力和V 型塊共同作用下產(chǎn)生的傾覆力矩，壓縮彈簧彈
壓力需要克服圖4(a) 中直線導(dǎo)軌滑動(dòng)產(chǎn)生的阻力和導(dǎo)向軸在固定座內(nèi)滑動(dòng)產(chǎn)生的阻力（兩者阻力之和
大小為5 N）才能作用在工件上，由于離心力相對(duì)較小，彈簧初始彈壓力設(shè)為12.5 N，選擇壓縮彈簧型
號(hào)為VUR10-80，預(yù)壓縮高度為25 mm?？蛇m應(yīng)柱塞套的重量范圍為0.3~2.5kg，距離固定板的重心高
度h 范圍為25~50 mm，直徑范圍為45~85 mm。
3.2 潤(rùn)滑油自動(dòng)噴涂機(jī)構(gòu)
潤(rùn)滑油自動(dòng)噴涂機(jī)構(gòu)[8] 示意圖如圖6 所示，升降氣缸帶動(dòng)噴嘴上下移動(dòng)，油管一端連接耐油鋼管
另一端連接潤(rùn)滑油存儲(chǔ)油罐，油罐與油管之間連接有電磁閥和流量調(diào)節(jié)閥，控制潤(rùn)滑油的供給。噴嘴
型號(hào)為米思米NART2-0.7，噴射形狀為圓環(huán)形，噴射角度為75°，在流體壓力為0.4 MPa 時(shí)的流量為0.27
λ/min。柱塞套組件內(nèi)徑 D=30 mm，如圖 7 所示，噴嘴距離柱塞套組件的高度為 H，所需高度可由式 (5)
計(jì)算得到。
H = 0.5D ⋅ tan (52.5°) (5)
代入數(shù)據(jù)可得， H =19.548 mm，為避免潤(rùn)滑油浪費(fèi)，可通過圖6 中調(diào)整限位螺栓設(shè)置高度16
mm ≤ H ≤ 19 mm。噴嘴移動(dòng)距離由行程可調(diào)型升降氣缸控制，為減少行程末端氣缸引起的沖擊，氣缸
選擇帶緩沖型。
3.3 C 型環(huán)壓裝單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
C 型環(huán)裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 如圖8 所示。C 型環(huán)上料前，定位套處于下端，末端執(zhí)行器手指處于收縮狀態(tài)。
C 型環(huán)上料完成后圖8(a) 中定位氣缸退回，在壓縮彈簧的彈壓力作用下推板帶動(dòng)定位套上移，末端執(zhí)
行器的手指在壓縮彈簧作用下張開捕獲C 型環(huán)，完成自動(dòng)上料的動(dòng)作。圖8(b) 末端執(zhí)行器下移將C 型
環(huán)壓入內(nèi)錐套筒，在壓裝單元?dú)飧缀蛢?nèi)錐套筒作用下C 型環(huán)被壓縮導(dǎo)致外徑變小，推動(dòng)C 型環(huán)到達(dá)裝
配位置后，壓縮狀態(tài)的C 型環(huán)依靠自身彈性自動(dòng)裝入安裝槽內(nèi)，末端執(zhí)行器退回初始位置，完成C 型
環(huán)裝配一次循環(huán)。
針對(duì)不同型號(hào)C 型環(huán)壓裝需更換不同規(guī)格的定位套，不同內(nèi)徑的定位套可以使末端執(zhí)行器手指張
開的角度不同，可以適應(yīng)于不同型號(hào)的C 型環(huán)壓裝。使用彈簧固定夾可實(shí)現(xiàn)定位套的可靠定位與快速
更換，其中適用于MQB10.0 型號(hào)氮?dú)鈴椈蒀 型環(huán)裝配的定位套內(nèi)徑為51.5 mm，高度為8 mm。圖
8(a) 中定位氣缸行程為30 mm，壓裝氣缸行程為83 mm，其中10 mm 為可調(diào)行程。
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