膨脹螺栓裝配機(jī)螺母工位裝配裝置的設(shè)計(jì)與仿真

李秋生 孟君 畢文悅 楊睿哲

摘 要：膨脹螺栓裝配機(jī)中的螺母工位裝配裝置由螺母裝配裝置與擰緊裝置組成?；贑reo軟件，對兩種裝置的機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并采用ADAMS軟件對螺母套入螺桿過程進(jìn)行仿真分析，從而能夠較為清晰地顯示螺母裝配過程中角度是否合理，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是否具有可行性。

關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；螺母裝配；Creo；ADAMS

引言

膨脹螺栓是主要用于建筑行業(yè)的一種特殊螺紋連接件，能夠?qū)⒃O(shè)備的支架或底座固定在混凝土基礎(chǔ)、梁或板上[1]。膨脹螺栓一般由螺桿、脹管、平墊、彈墊、螺母組成，膨脹螺栓生產(chǎn)企業(yè)一般把五種零件裝配為成品整體出售。膨脹螺栓裝配機(jī)是通過機(jī)械、電器、氣動(dòng)相結(jié)合，將螺桿、脹管、平墊、彈墊、螺母組裝在一起的一種設(shè)備，主要由送料裝置，螺桿、脹管、平墊、彈墊工位裝配裝置，螺母工位裝配裝置，裝配輸送帶構(gòu)成。

螺母工位裝配裝置由螺母裝配裝置、螺母擰緊裝置兩部分組成，由于螺母的特殊結(jié)構(gòu)，需要將螺母套入螺桿后，進(jìn)行二次擰緊。因此，螺母裝配在整個(gè)裝配工作中既是重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。經(jīng)過研究比較，設(shè)計(jì)采用了鏈?zhǔn)捷斔瓦B續(xù)裝配方式，連續(xù)式裝配方式使螺母的預(yù)擰緊、擰緊過程都是在行進(jìn)中完成，大大提高了工作效率[2]。

1 螺母裝配裝置的組成及工作原理

1.1 螺母裝配裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺母裝配裝置主要由螺母導(dǎo)槽、螺母推塊、螺母活嘴、螺母活嘴卡、給料傳感器、氣缸組成。圖1為螺母裝配裝置三維模型圖，其中螺母工位安裝平臺通過支撐桿固定在裝配機(jī)機(jī)架上。

1-螺母導(dǎo)槽；2-螺母推塊；3-螺母活嘴調(diào)節(jié)架；4-螺母工位安裝平臺；5-螺母活嘴安裝塊；6-螺母活嘴；7-銷軸；8-開口銷；9-扭轉(zhuǎn)彈簧；10-螺母活嘴卡；11-給料傳感器；12-氣缸

1.2 關(guān)鍵零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，螺母導(dǎo)槽傾斜放置，右上方與膨脹螺栓裝配機(jī)送料裝置相接，以實(shí)現(xiàn)螺母的順利給料，中間部分作為螺母的滑道。

如圖3所示，螺母推塊中U型凹槽的作用是安裝氣缸推桿，工作時(shí)，氣缸推桿推動(dòng)右側(cè)正方形板左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使其將螺母推入螺母活嘴。

如圖4所示，螺母活嘴中間貫通，作為螺母滑道，螺母經(jīng)中間滑道落入活嘴下端U型凹槽處。凹槽右側(cè)伸出兩臂，其作用是裝配過程中支撐螺母。

5 螺母活嘴卡

如圖5所示，螺母活嘴卡通過扭轉(zhuǎn)彈簧安裝在螺母活嘴頂端，旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)。其作用是螺母裝配時(shí)，在螺母上方壓住螺母，防止螺母套入螺桿時(shí)飛出裝配輸送帶。

1.3 螺母裝配裝置工作原理

螺母經(jīng)裝配機(jī)給料裝置進(jìn)入螺母導(dǎo)槽，經(jīng)滑道落入螺母導(dǎo)槽末端。螺母導(dǎo)槽中部裝有給料傳感器，作用是檢測螺母是否通過滑道。本設(shè)備采用連續(xù)式給料，前方螺母進(jìn)入螺母導(dǎo)槽末端后，給料傳感器檢測到后方螺母進(jìn)入滑道，傳遞信號給裝配機(jī)電控系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過信號處理驅(qū)動(dòng)固定在導(dǎo)槽末端的氣缸，氣缸推動(dòng)螺母推塊使前方螺母進(jìn)入螺母活嘴，前方螺母經(jīng)活嘴中滑道進(jìn)入U(xiǎn)型凹槽處，進(jìn)行裝配。同時(shí)后方螺母經(jīng)滑道進(jìn)入導(dǎo)槽末端，等候下一輪裝配。

根據(jù)圖4可知，螺母活嘴一側(cè)耳中設(shè)有長條孔，通過螺栓與螺母將螺母活嘴與螺母活嘴調(diào)節(jié)架連接在一起，兩側(cè)耳中均設(shè)有通孔利用銷軸與開口銷連接于螺母活嘴安裝塊，使螺母活嘴旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)，以調(diào)節(jié)螺母即將套入螺桿時(shí)的傾斜角度。螺母在U型凹槽處呈傾斜狀態(tài)，與水平面有一定夾角。因此，螺母套入螺桿過程如圖6所示。

1.4 基于Creo和ADAMS的螺母裝配過程的建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析

1.4.1 螺桿與螺母的建模

在完成螺母裝配裝置零部件的設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)工作后，要進(jìn)行仿真工作。螺桿與螺母主要由Creo軟件建立三維模型，如圖7所示。將裝配體模型在Creo中另存為X_T格式，然后啟動(dòng)ADAMS軟件，在對話框中導(dǎo)入X_T文件，給每一個(gè)零件添加運(yùn)動(dòng)副，如表1。然后給螺桿添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)用ADAMS進(jìn)行仿真[3]。

1.4.2 螺母裝配過程仿真結(jié)果

當(dāng)螺母傾斜角度為45°時(shí)，仿真后得到如圖8所示結(jié)果。

通過仿真可以看到當(dāng)螺母傾斜角度為45°時(shí)，在不同時(shí)刻螺母的不同位置，即可了解螺母的裝配情況。實(shí)際工作中，不同型號螺母裝配可根據(jù)仿真結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)螺母活嘴的旋轉(zhuǎn)角度，以實(shí)現(xiàn)順利裝配。

2 螺母擰緊裝置設(shè)計(jì)

螺母擰緊裝置包括搓母連接板支架、搓母連接板、拉伸彈簧、挫母板，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。其中，支撐桿固定在裝配機(jī)機(jī)架上。

由圖9可知，搓母板固定在搓母連接板上，搓母板為輪齒形結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，輪齒與螺母菱形結(jié)構(gòu)相嚙合，隨著螺母向前運(yùn)動(dòng)，螺母在輪齒作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到與螺桿擰緊的目的，其擰緊過程如圖10所示。搓母連接板支架與支撐桿相連，固定在裝配輸送帶。拉伸彈簧兩側(cè)分別連接搓母連接板與搓母連接支架，其作用是擰緊螺母時(shí)提供張緊力，保證裝配結(jié)束后，螺母連接板能夠回到原來的位置。

3 結(jié)束語

文章以鏈?zhǔn)脚蛎浡菟ㄑb配機(jī)的螺母裝配裝置、螺母擰緊裝置為研究對象，對裝置各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，具體論述了各機(jī)械部分組成和需要實(shí)現(xiàn)的功能，并運(yùn)用Creo軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模。同時(shí)利用ADAMS仿真軟件對螺母裝配過程進(jìn)行仿真分析，清楚地展示了螺母套入螺桿過程中，不同時(shí)刻螺母的位置變化，為工作中螺母裝配裝置的調(diào)節(jié)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1]邱德余.膨脹螺栓在工程上的應(yīng)用[J].建筑電氣，1984（3）：34-36.

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[3]程亞民.基于Creo和ADAMS的聯(lián)合收割機(jī)清選裝置連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及仿真[J].2015（9）：42-44.