發(fā)動(dòng)機(jī)活塞卡簧自動(dòng)壓裝及檢測(cè)的設(shè)計(jì)與分析

劉新權(quán)

摘要： 在發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞連桿裝配過程中，活塞卡簧的壓裝是一個(gè)難點(diǎn)，本文介紹的自動(dòng)工作站是快速安裝活塞卡簧并驗(yàn)證其安裝精度的專用工作站?；钊瓦B桿是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的關(guān)鍵零部件，活塞的主要作用是承受汽缸中的燃燒壓力，并將此力通過活塞銷和連桿傳給曲軸，而本文要介紹的卡簧恰恰是保證活塞和連桿連接的關(guān)鍵部件，他們的連接也對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及使用壽命起到至關(guān)重要的作用。在本文中，我們就詳細(xì)介紹一下工作站的設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

Abstract： In the process of assembling the piston connecting rod of engine， it is difficult to press the piston clip spring. The automatic workstation introduced in this paper is a special workstation to quickly install the piston clip spring and verify its installation accuracy. Piston and connecting rod are the key parts in engine operation. The main function of piston is to bear the combustion pressure in cylinder， and transmit the force to crankshaft through piston pin and connecting rod. The circlip introduced in this paper is the key part to ensure the connection of piston and connecting rod， and their connection also plays a vital role in the operation and service life of the whole engine. In this paper， we will introduce the design and key structure of the workstation in detail.

關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī);卡簧壓裝;自動(dòng)驗(yàn)證

Key words： engine;clamp spring pressing;automatic verification

中圖分類號(hào)：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0022-02

1? 活塞連桿整線概述

活塞連桿線包含活塞上料、連桿上料、活塞銷自動(dòng)推出、活塞連桿裝配、卡簧壓裝、不合格料下線、連桿擰緊脹開、活塞連桿自動(dòng)噴碼標(biāo)識(shí)、活塞連桿下線等工位。整線節(jié)拍7.5s。本文所介紹采用全自動(dòng)壓裝的形式進(jìn)行卡簧壓裝，在提高節(jié)拍的同時(shí)，也提升了壓裝合格率。

整線的工作流程如下：操作工1站在料架前通過智能料架提供的信號(hào)，從料架上拿取相應(yīng)的活塞和連桿，放置在工作臺(tái)上，然后操作工1將活塞銷推出，將連桿放入活塞，隨后再將活塞銷推回，然后將活塞連桿機(jī)構(gòu)掛在輥道的托盤上，按下手動(dòng)放行按鈕后，托盤將活塞連桿輸送至下一工位，到達(dá)此工位后，活塞底部布置的掃碼器掃描產(chǎn)品信息后繼續(xù)放行至下一卡簧壓裝工位，卡簧壓裝工位自動(dòng)將前端卡簧壓入活塞中，然后通過幾個(gè)探針對(duì)卡簧是否安裝到位進(jìn)行判斷，合格產(chǎn)品繼續(xù)向后到連桿脹開工位。連桿脹開工位先對(duì)連桿上的2顆螺栓進(jìn)行擰松，然后快速將連桿脹開，脹開后，下面的自動(dòng)噴碼工位對(duì)合格的產(chǎn)品進(jìn)行噴碼標(biāo)識(shí)，然后最后由操作工2將產(chǎn)品取下擺放至轉(zhuǎn)運(yùn)筐中轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)主線進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝配。整線最關(guān)鍵也是難度最大的工位則是卡簧自動(dòng)壓裝及檢測(cè)工位，下面我們來分析一下卡簧壓裝工位和卡簧失效驗(yàn)證工位。

2? 卡簧自動(dòng)壓裝

常規(guī)卡簧壓裝工位：卡簧是被壓入活塞的側(cè)面活塞銷孔內(nèi)，因此常規(guī)的卡簧壓裝工位都是將活塞水平放置，將其活塞銷孔朝向豎直方向，卡簧從上部壓入。但這樣壓裝很難實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)壓裝，由于活塞在托盤中放置方向問題，因此常規(guī)壓裝必須由操作工手動(dòng)將活塞連桿整體放入卡簧壓裝工位，壓裝好以后再手動(dòng)將活塞連桿放回托盤中。

本活塞連桿線的卡簧壓裝工位為全自動(dòng)壓裝，如圖1，待安裝的工件被放置在托盤中，托盤從上一工位流到本工位，前端停止器阻擋停止后，底部伺服頂升機(jī)構(gòu)頂起，定位機(jī)構(gòu)穿過托盤，直接將活塞下平面進(jìn)行高度方向的定位，然后在連桿處氣缸將連桿夾住，對(duì)連桿進(jìn)行方向定位，此后兩側(cè)分別伸出2個(gè)V型塊夾住下部的活塞，對(duì)活塞進(jìn)行位置定位。當(dāng)V型塊伸出夾住活塞的同時(shí)，連桿夾板松開，以防止過定位。定位后卡簧送料機(jī)構(gòu)也在同時(shí)將卡簧推至壓裝料道。壓裝時(shí)，從一側(cè)先伸出背壓推桿，將活塞銷推出一部分，然后滑臺(tái)再繼續(xù)將活塞銷推出，直至活塞銷頂?shù)搅硪粋?cè)的壓裝料道口，此后另一側(cè)的壓裝氣缸將卡簧逐漸推出，知道壓裝桿和背壓桿一起夾住卡簧。此目的是防止卡簧在沒有受力的情況下，出了料道以后彈性復(fù)位而導(dǎo)致無法進(jìn)入活塞的卡簧槽中。最后，滑臺(tái)整體回位，推桿和背壓桿一同夾住卡簧將其送至活塞的卡簧槽中，到位以后，所有動(dòng)作回原位，壓裝完成。

卡簧送料壓裝機(jī)構(gòu)：操作工定期將待壓裝的卡簧裝入此料桿，料桿上布置有防止卡簧轉(zhuǎn)動(dòng)的限位，當(dāng)料桿中卡簧數(shù)量不足時(shí)，缺料檢測(cè)會(huì)發(fā)出信號(hào)，提示操作工進(jìn)行補(bǔ)料。

背壓推桿機(jī)構(gòu)：氣缸帶動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)前端安裝背壓推桿，背壓推桿的目的是把活塞中的活塞銷推出，并推到壓裝料道口，并且需要同壓裝桿一同將卡簧送入活塞卡簧槽中。

卡簧推片機(jī)構(gòu)：卡簧被推片推入壓裝料道內(nèi)時(shí)，卡簧已經(jīng)被壓縮成橢圓形，此時(shí)的卡簧由于是壓縮狀態(tài)，且在壓裝料道中，還有卡槽來卡住卡簧，因此卡簧不會(huì)向前后方向傾倒（如圖2）。而壓裝料道是一個(gè)從橢圓形過渡到圓形的一個(gè)異型料道，卡簧在此料道中逐漸形變成最終進(jìn)入活塞卡槽中的狀態(tài)。

3? 卡簧失效驗(yàn)證

由于卡簧壓裝速度較快，且卡簧比較小，因此在快速壓裝過程中難免會(huì)有失效的情況出現(xiàn)，因此要滿足整線的自動(dòng)化生產(chǎn)，則必須對(duì)其失效模式進(jìn)行驗(yàn)證，本工位通過安裝在活塞前、后兩側(cè)的3個(gè)探針，對(duì)卡簧失效的多個(gè)模式進(jìn)行判定。

卡簧失效驗(yàn)證基本結(jié)構(gòu)：活塞前、后兩側(cè)布置2套氣缸推動(dòng)的探針機(jī)構(gòu)，當(dāng)工件到位后，兩側(cè)氣缸分別推出，2側(cè)分別布置有不同缸徑的氣缸，以缸徑大的氣缸一側(cè)作為基準(zhǔn)，這一側(cè)氣缸先推出，機(jī)構(gòu)前端的頂尖頂住活塞銷，與此同時(shí)，側(cè)面的頂針頂?shù)搅丝ɑ晌恢?，頂針后部的機(jī)構(gòu)將頂針回退的位移反饋給后部的位移傳感器，以此來檢測(cè)是否有卡簧。另外一側(cè)的結(jié)構(gòu)與之類似，另外一側(cè)的氣缸后推出，檢測(cè)另外一側(cè)是否安裝卡簧（如圖3）。缸徑小氣缸一側(cè)多了一套機(jī)構(gòu)，本套機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)氣缸實(shí)際行走的距離變化，通過列出的失效模式種類來判斷實(shí)際是哪一種失效模式。

各種失效模式（見圖4）：

①完全合格狀態(tài)，A=A0，B=B0，C=C0;

②失效模式1：前卡簧合格，后卡簧缺失，A=A0，B=0，C=C0;

③失效模式2：后卡環(huán)合格，前卡環(huán)缺失，A=0，B=B0，C=C0;

④失效模式3：前卡環(huán)合格，后端有2個(gè)卡環(huán)，A=A0，B=B0+T，C=C0-T;

⑤失效模式4：后卡環(huán)合格，前端有兩個(gè)卡環(huán)，A=0，B=B0，C=C0-T;

⑥失效模式5：前卡環(huán)合格，后卡彎折，卡環(huán)仍在一個(gè)平面，A=A0，B=0，C=C0-B0;

⑦失效模式6：后卡環(huán)合格，前卡彎折，卡環(huán)仍在一個(gè)平面，A=0，B=B0，C=C0+A0;

⑧失效模式7：前卡環(huán)合格，后卡環(huán)缺失，活塞銷在后卡環(huán)的位置，A=A0，B=0，C=C0-B0（卡?。?，A=A0，B=0，C=C0（沒卡?。?

⑨失效模式8：后卡環(huán)合格，前卡環(huán)缺失，活塞銷在前卡環(huán)的位置，A=0，B=A0+B0，C=C0+A0（卡?。?，A=0，B=B0，C=C0（沒卡?。?

⑩失效模式9：前卡環(huán)存在，但卡入槽內(nèi)的深度不合格，A=0，B=B0，C=C0+A0-T;

失效模式10：后卡環(huán)存在，但卡入槽內(nèi)的深度不合格，A=A0，B=B0+T，C=C0-T。

4? 總結(jié)

智能制造日益成為未來制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)和核心內(nèi)容，也是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)工業(yè)向中高端邁進(jìn)、建設(shè)制造強(qiáng)國的重要舉措，也是新常態(tài)下打造新的國際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必然選擇。本文所介紹活塞連桿線及卡簧壓裝及其驗(yàn)證機(jī)構(gòu)，包含了精密檢測(cè)以及精密安裝等技術(shù)，重點(diǎn)工位活塞連桿壓裝及驗(yàn)證更是全自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)，無需操作工輔助進(jìn)行，大大的提高了工作效率，也減小了人為操作失誤帶來的損耗。為客戶的產(chǎn)品在質(zhì)量上和性能上的提高起到了關(guān)鍵的作用。

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