发动机(da465q)缸盖连接螺栓装配自动检查装置设计毕业论文.doc
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1、第1章 绪 论1.1 汽车及汽车工业概述 汽车,这个有上万个零件组合的机电产品,凝结了人类智慧的结晶,和谐地将科学技术与艺术相统一,并绽放出绚丽的文化光芒。文化是人类在社会历史实际过程中所创造的精神财富和物质财富,是人类行为的精神内涵。人们在制造和使用汽车的实践过程中,形成的一套行为方式、习俗、法规、价值观念等构成了汽车文化。汽车文化以汽车产品为载体并与之结合,影响着人们的思想观点与行为。汽车工业,在二次世界大战后,特别是进入80年代以来,无论在生产规模,生产数量,生产车型种类方面都有飞跃的发展。在工业发达国家中,轿车的产量和牌型增加很快。重型载货车、特种车的应用领域日广,发展就业很快。汽车工
2、业是加工设备工业的最大用户,大量生产汽车的特殊要求,对高度专用的加工设备的设计和发展具有深远的影响。根据汽车动力装置、运送对象和使用条件的不同,汽车的总体构造可以有很大的差异,但他们的基本结构都是由发动机、底盘、车身和电器与电子设备四大部分所组成。随着电子计算机的飞速发展和广泛运用,汽车产品也和其他许多领域的产品一样越来越多地引进了微处理机、各种传感器和调节装置,使汽车产品由单一的机械产品向机(机械)电(电器与电子)仪(仪表)一体化的产品过度,并逐步向自动控制和智能化方向发展。1.2 汽车发动机1.2.1 发动机的概述齿轮、有人把引擎成为发动机,其实,发动机是一整套动力输出设备,包括变速引擎和
3、传动轴等等,可见引擎只是整个发动机的一个部分,但却是整个发动机的核心部分,因此把引擎称为发动机也不为过。随着科技的不断进步,人们不断地研制出不同类型不同用途的发动机,但是不管哪种发动机,它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力,所以,以电为能量来源的电动机,不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史,它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。发动机就是将燃料的化学能转换成机械能的机器。在现代汽车上主要应用的是内燃机。内燃机是一种动力机械,它是通过燃料在机器内部燃烧,并将其释放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式内燃机,也包括叶
4、轮式的燃气轮机、喷气式发动机等,通常所说的内燃机就是指活塞式内燃机。内燃机具有热效率高、功率范围广、适应性好、结构紧凑、尺寸小、使用方便、启动迅速等优点,所以被广泛地应用于各种机械。四行程汽油机的一个工作循环包括有四个活塞行程(所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程):进气行程、压缩行程、膨胀行程(做功行程)和排气行程。1.2.2 发动机的组成机体是构成发动机的骨架,是发动机个机构和各系统的安装的基础,其内、外安装着发动机的所有主要零件和部件,承受各种载荷。因此,机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由汽缸体、汽缸套、汽缸盖和汽缸垫等零件组成。汽缸盖安装在汽缸体的上面,从上部
5、密封汽缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的汽缸盖内部制又冷却水套,缸盖下端面得冷却水孔与缸体的冷却水相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座,气门导向管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道和排气通道等,汽油机的汽缸盖上加工有安装火花塞的孔,而柴油机的汽缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的汽缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔,用于以安装凸轮轴。汽缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比,所以近年来铝合金汽缸盖被采用得越来越多。汽缸盖是燃烧室的组成部分,燃烧室的形状对发动机的工作影响很大,由
6、于汽油机和柴油机的燃烧方式不同,其汽缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在汽缸盖上,而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。1.2.3 发动机的分类内燃机的类型很多,通常按不同的特征作如下分类:1. 按所用燃料分:汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等。2. 按每循环行程数分:二行程发动机、四行程发动机。3. 按气缸数分:单缸发动机、多缸发动机。4. 按冷却方式分:水冷却发动机、风冷却发动机。5. 按着火方式分:点燃式发动机、压燃式发动机。 6. 按转速分:高速发动机、低速发动机。7. 按气缸排列方式分:立式发动机、卧式发动机、V型发动机、对置式发动机等。1.2.4 发动机的构造根
7、据组成发动机各部分零部件的作用不同,发动机主要由如下八大部分(柴油机污点火系)所组成,见图1.1。1. 机体2. 曲柄连杆机构3. 换气系统4. 燃油供给系统5. 润滑系统6. 冷却系统7. 点火系统8. 启动系统图 1.1 发动机的构造1.2.5 汽车发动机行业的发展前景2007年中国汽车销售879.16万辆,2010年汽车销售规模达到1800万辆。汽车起动机市场也随之蕴含着巨大的商机。目前,我国汽车起动机和发电机及其主要零部件产品的制造企业在600家以上,其中具有整机生产能力的约300家。随着竞争的加剧,业内市场分割日趋明朗,国产汽车起动机和发电机的国内配套市场覆盖率到达90以上,包括国产
8、乘用车、微型车、轻型车、客车、载货汽车、各类工程及农用机械、船舶等。其中外商独资以及外资企业合资企业,市场扩张迅速,逐渐成为我国乘用车、商用车行业配套机器的主力供应商。相对固定的市场竞争格局使行业原有生产能力得到基本释放,可以预测,行业内新一轮大规模的投资即将兴起。2000-2006年,汽车发动机行业的产销率均在行业标准值96以上。1.3 汽车生产线1.3.1 生产线的概述生产线的种类,按范围大小分为产品生产线和零部件生产线,按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线,按自动化程度,分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线的主要产品或多数产品的工艺路线和工序劳动量比例,决定了一条生产线上拥有为完成
9、某种产品的加工任务所必需的机器设备,机器设备的排列和工作地的布置等。生产线具有较大的灵活性,能适应多种生产的需要;在不能采用流水生产的条件下,组织生产线是一种比较先进的生产组织形式;在产品品种规格较为复杂,零部件数目较多,每种产品产量不多,机器设备不足的企业里,采用生产线能取得良好的经济效益。如何实现汽车大批量生产的总装配及装配线的型式、劳动定额水平、关键工序的自动化、物流与仓储、产品的质量保证体系、生产的组织与管理等,是当前汽车与汽车发动机生产企业所共同面临也是必需研究的主要课题之一。近几十年来,国外汽车工业在应用微电子技术和计算机技术方面发展很快,在汽车产品的开发设计、模拟分析、零部件的加
10、工贮运、装配试验、生产的组织管理和销售服务等方面都得到了广泛应用,实现了一系列的自动化。随着市场对汽车品种需要的多样化,欧、美、日各大集团公司都已实现了多品种混合线生产,节约了物流资金、提高了产品质量,满足了用户多种要求之目的。从轿车工业发展的情况来看,汽车发动机的自动化装配程度,在一定程度上限制了汽车的自动化生产水平。因此,提高汽车发动机的自动装配生产线水准,是目前我们势必解决的重要难题。1.3.2 装配线型式无论国内还是国外,汽车及其发动机的总装配线都需要有高架输送和地面输送两种最基本的型式。其中,高架线一般包括积放式悬挂输送机系统、自行认址岔道葫芦系统、普通悬挂输送机和高架轨道小车。地面
11、线一般包括滑撬式输送系统、地面单链牵引轨道小车、地面板链带随行支架、地面板式输送带等类型。1. 积放式悬挂输送机系统具有自动实现起重、运输、储运、装配和实现科学管理等功能,是一种机械化程度较高的综合性空间储运系统。适于大批量生产,国内外普遍采用;但造价很高。2. 自行认址岔道葫芦系统 具有如上的功能,造价相对较低。3. 普通悬挂输送机国内使用历史较长,价格相对较低。主要缺点是不便于多品种空间储运,工件上下需要配置升降设备。4. 高架轨道小车或者高架平台造价低,工人可上下同时作业;但一般无牵引装置,靠人力推动自由流水。仅适用中小批量生产。5. 滑撬式输送系统具有自动实现运输、储存、装配和实现科学
12、管理等功能,是一种新型的机械化程度较高的综合性地面储运系统。主要优点是工艺性强、灵活性大、柔性好、易于与其它输送装置连接,适于多品种大批量生产。其缺点是占地面积大、价格昂贵。 6. 地面单链牵引轨道小车结构简单,无基础,建设速度快,造价低。可用于多品种生产。7. 地面板链带随行支架工艺与操作性好,但由于支架位置固定,柔性较差,有一定的局限性。故只适用于单一品种的大量生产,造价相对较高。8. 地面板式输送带包括单板和双板两种,是国内外普遍采用的一种型式。适于装配线后段。 1.3.3 装配线的长度装配线的长度,在满足生产纲领、工艺要求、多品种生产和保证质量的前途条件下,应尽可能缩短。平面布置可根据
13、具体情况采用U型、S型、矩型、多层等型式布置。1.3.4 装配线的劳动量劳动量定额水平过高或过低都将影响可行性研究和工厂设计的正确性,也关系到厂房面积、主要生产设备的台数、装配线的长度、生产工人数、投资及经济效益。所以,在可行性研究阶段、尤其是在没有产品图纸时,较为准确地估算装配线劳动量就尤为重要。国外总装方式水平较高,主要是机械化自动化程度较高,故装配公式较少。原因之一是国外的劳动力昂贵,从成本上来说,70年代1台机器人的价格约等于5个工人的年工资,进入80年代,1台机器人的价格只相当于2-3个工人的年工资 ,而效率却比工人高得多。在我国,劳动力资源丰富,国家的建设资金正逐年提高,在大量引进
14、外资、外汇的同时,也引进了大量的先进技术与管理经验。目前为止,国内并没有出现采用全机械化、全自动化的自动检验生产线,故其劳动定额水平相对较低,同时其工作时序也比较长,已基本不能满足现阶段国内外生产的产量需要。限于当前国情国力的影响,我们所要进行的气缸盖进、排气门组的自动检验生产线的设计,不仅要充分考虑我国当前的人口因素,同时更应该考虑社会的就业压力等问题,有步骤的缓解因人口过剩所带来的社会问题。 1.3.5 生产线的展望如何确定汽车生产线的发展,是一种非常复杂的问题,它包括下述几个主要方面:产品的质量、市场的需求量、产品的名称及牌号、产品所处的地位及价格、需要获得的长期与短期销售供货能力、供货
15、灵活性由于欧洲轿车的换代周期较长,因此对于欧洲的轿车制造商来说,产品生产线的发展战略更为重要。以欧洲轿车的生产线为例,进一步阐述汽车生产线的发展与战略问题。与日本生产轿车制造商相比,对于类似的轿车而言,欧洲厂家的工程时数要多70%,开发时间要长25%。一般来说,欧洲批量生产轿车及其发动机的换型时间平均为5年左右,从另一方面来说,为了最大限度地减小风险性,欧洲轿车制造厂家对其生产线的依赖性极大。由于欧洲厂家非常注重新产品的推出,因此在推出每种新产品时,自然要通过采取一系列措施来最大限度地降低每一新产品因失败而带来的风险。1.4 生产线的方案选择1.4.1 汽缸盖自动装配与检验生产线的总体方案选择
16、根据对生产线的型式、条数、长度、劳动量等的分析,针对气缸盖各零部件的分类与特点,大致确定了如下三种方案:1. 气缸盖自动装配与检验生产线的手动化检验生产线2. 气缸盖自动装配与检验生产线的半自动化检验生产线3. 气缸盖自动装配与检验生产线的自动化检验生产线鉴于当前的国情国力,虽然我国劳动力资源丰富、成不低廉,但必须同时满足一定的生产效率,所以排除了全部手动化的检验与安装方案。基于国内现行的企业与行业生活条件,同时必须满足一定的出品率与上产率,故只能在半自动化与自动化两种检验与装配生产线的基础上,进行比较与择优。 在此,我们对半自动化与自动化的两种方案进行如下比较:1. 半自动化装检生产线 (1
17、)人工劳动投入量较大,设备投入较少。(2)成本投入以人工成本最低、设备损耗最大,两者须符合一定的比例。一般来讲,其资金与成本投入量比较小。(3)装配与检验的精度适合,存在一定的人工疏忽与设备故障率。(4)生产率很高。(5)适合并符合中国现行的企业生产条件,现在国内大多数企业正广泛地采用此种或者相近类型的生产或装检方式。(6)无法完成时序内的出品率。2. 自动化装检生产线 (1)人工劳动投入量几乎为零,设备投入量占绝大比重。 (2)成本投入不再以人工成本为依据,主要考虑机电设备的使用率与折损率,两者亦不成线性关系。一般来讲,其资金与成本投入量比较昂贵。(3)装配与检验的精度极高,其产品的次品率几
18、乎来自设备的故障率。(4)生产率最高。(5)适于西方发达国家的企业生产条件与经营管理模式,国内大多数企业几乎没有采用这种生产或装检方式。只有例如长春一汽、上海大众、哈飞、东安等国内几家规模较大的企业才有实力装备如此昂贵的生产线。 (6)充分完成时序内的出品率,可适当缩短时序时间,或55、50、45、40秒不等。1.4.2 方案的择优与拟定基于如上的方案分析与比较,对于目前国内现行的劳动力水平与实际技术等条件的限制,我们初步推荐在资金与实力不充裕的企业或厂家,适合采用半自动化装配与检验生产线(即第一方案)。但技术无国界,为了赶超世界先进国家的技术水平,并加强我国民族汽车工业与制造产业的整体竞争实
19、力,我们有必要广泛推广自动化装配与检验生产线(即第二套方案)。但是,在借鉴发达国家先进技术水平的同时,我们需要本着实事求实、力求发展、争创效益的原则,决不能过于盲目地、完全照搬他国先进技术与设备,而应该有步骤、有策略的对其进行技术创新与装备改良,以期实现自动化装配与检验的逐渐推广与普及。同时,在不断的技术借鉴与自我更新基础之上,必须实现自我价值理念的更新与转换。至此,根据设计任务的要求与指标,即总体方案采用气缸盖自动化装配与检验生产线的设计方案(即第二方案),限于技术要求上的同步,最终确定了气缸盖连接螺栓装配自动检验装置的设计主旨。1.5 本课题的研究意义当前,国内的汽车及车用发动机的生产线水
20、准,几乎还停留在人工化、半人工化、半机械化、半自动化的生产与装配程度。以哈尔滨东安汽车发动机厂为例,其技术水平可堪称国内发动机技术最为先进的企业,其装配与检验技术与哈飞齐名、甚至超出。其最为先进的生产线才刚刚上码不久,并未能实现全部自动装配与检验的程度。 就生产线的整体形象而言,只能利用诸如其外形、价格、尺寸、性能、质量和技术内涵来表明产品的特点。不同级别生产线的界限有互相重叠的趋势,级别界限适宜淡化。但按客户的喜爱程度来划分产品的类别则变的较为重要,为了满足每类客户的不同需要,每一基本类型的生产线及其配额数量都会不断的增加。绝大多数厂家都是根据产品性能的竞争力的分析与评估,结合其内部成本及用
21、户的承受能力来制定产品的价格,可根据产品性能(发动机及其零部件的结构、尺寸、数量,设备的水平及选用装置等)的差异对价格进行调整。于此,基于东安465型发动机的自动装配与检验生产线技术,我们对其进行了现场技术数据调研与现场运作与流程的考察,自主设计并研发出一整套或一系列的适应目前我国现行生产条件与技术下的生产线;力求实现经济、社会价值等最优化。因此,不论是在设计理论研究上,还是在研究成果实用化与通用化方面,都具有一定的现实与战略意义。1.6 设计的预期成果本次设计,我将取得如下成果:1、设计说明书:(1)自动检查装置的总体设计;(2)自动检查装置主要部件的设计。2、图纸有:检查装置总装配图;汽缸
22、、传感器安装总成;主要零部件图。第2章 自动检查装置的总体设计2.1 研究的主要内容本课题研究的主要内容是汽车发动机气缸盖螺栓装配的质量自动检查装置的设计,同时完成如下自动检查装置的主要部件的设计:1、整体机架的设计2、检查机构的设计3、传动机构的设计4、平衡机构的设计2.2 发动机缸盖装配生产线的工艺要求发动机缸盖装配生产线的工艺要求,主要包括以下几道工序: 汽车发动机缸盖排气门清洗 汽车发动机缸盖进气门清洗 汽车发动机缸盖排气门密封质量检查 汽车发动机缸盖进气门密封质量检查 汽车发动机缸盖进、排气门组件检查 汽车发动机缸盖连接螺栓自动装配 汽车发动机缸盖连接螺栓装配质量自动检查 通过以上几
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