汽车电动门窗实验台主机设计(含CAD图纸、word说明书)
摘 要随着汽车制造业的不断发展,汽车门窗玻璃升降器在乘用车中的使用比例不断增大,同时对门窗升降器的可靠性、舒适性和操纵性等的要求越来越高,这就要求升降器生产和检测的自动化程度不断提高。简单的检测技术在很多方面已经不能适应自动化大生产的要求。汽车车窗使用频繁,如果出现车窗升降不到位、滑落、卡死等情况,会给使用者带来各种不便和隐患,更严重的是,如出现负荷过重甚至卡死,过大的电流容易烧毁驱动电机甚至连带引起车辆供电故障。近年来,电动玻璃升降器的控制技术发展很快,玻璃升降器的功能越来越复杂,使用要求越来越高,因此,迫切需要一种综合性能的检测装置。本文依照行业标准,以一汽捷达使用的汽车玻璃升降器为对象,着眼于提高检测质量、生产效率、产品合格率等,设计一台自动化程度较高的检测台。根据升降器的结构特点和检测标准,选择了相应的传感器、检具以及气缸等元器件,并设计了升降器的夹具部分。该检测台主要分为几大部分:第一,主机框架由铝合金型材料构成,外形为琴台式结构;第二,气动及电动安装测试台位于主机中部,按左右被试工件安装要求对称分布,主要由支撑台板、工件的滑道安装架、测量架、固定电机的机构及气缸、测量剩余力的负荷传感器,滑动头定为气缸和等长定位气缸组成;第三,气动负载挂卸装置,其目的是将负载自动与电动窗的滑动头连接在一起,采用挂摆方式,滑动头上下移动时通过链条带动80N负载在链条轮上移动;第四,控制系统是由工业控制计算机、测量系统和继电逻辑阵列等组成,具有控制精度高、测量准确稳定、人机界面友好的特点。关键词:玻璃升降器 检测台 气缸 传感器 结构 共 V 页 第 I页 Abstract With the continuous development of automobile industry,the application of lifter for automotive window in passenger car is growingly popular.Meanwhile,the demands for its performance such as reliability,comfort,operability are high which requires continuously increasing degree of automation in production and detection of lifter.In many respects simple detection technology can not satisfy the automatic large-scale production any more. With its frequent application,lifting of automotive window being not in place,sliding or jamming will causes inconveniences and hidden danger to users.Whats more,in case of overloading or jamming,excessive current will be very likely to burn driving motor or even cause power supply failures jointly.In recent years,control technology of electric glass lifter developed rapidly,functions of glass lifter became more and more caplicated,and requirements of use are higher and higher.In this situation,a comprehensive performance measurement device is desperately needed. Based on automotive glass lifter used in FAW Jetta,this paper,in accordance with industry standards,designs a test-bed with high degree of automation in order to improve the detection quality,productivity,rate of qualified products etc. According to the structural characteristics and Criterion for Detecting,this paper selects the appropriate components such as sensor,detction tool and cylinder and design fixtures of the lifter.The test-bed mainly consists of four parts.Firstly,the frame of main machine is constituted by aluminum-alloy profiles with piano desktop in general outline.Secondly,pneumatic and electric installation and testing station located in the central host;pneumatic and electric fixators are located in the central host and distributed symmetrically according to requirements of workpieces tested.They are composed of supports,slide mount of workpieces,measuring stand,cylinder stator and mechanism for fixing motor,load sensor for measuring remaining force,slide positioning cylinder and equal-length.Thirdly,pneumatic hanging and discharging device is design to join loads and sliding head of electric window automatically.With hanging pendulum mode,chain drives 80N load to move on the sprocket when sliding head reciprocates up and down.Fourthly,the control system is made up of industrial control computer,measurement system and relay logic array,and,featured by high control precision,accurate and stable measurement,and good interactive processing capability.Keywords:glass lifter test-bed cylinder sensor structure I 共 V 页 第 II页目 录前 言1第1章 绪论31.1课题研究的背景和意义31.2国内外研究现状31.2.1 国内研究状况31.2.2国外研究41.3 研究目标级内容41.3.1 研究目标41.3.2 研究内容4第2章 汽车电动门窗检测台主机总体设计52.1 汽车电动门窗玻璃升降器概述52.1.1 玻璃升降器介绍52.1.2 玻璃升降器性能指标分析62.2汽车电动门窗检测台整体设计构思62.2.1 汽车电动门窗玻璃升降器检测流程设计62.2.2检测台的设计要求及难点62.2.3 检测台系统组成72.3 检测台零部件设计的基本原则和要求72.3.1 选择材料的基本原则72.3.2 标准化的原则72.3.3 设计要求72.4检测台总体系统设计82.4.1 机电一体化原理82.5 气缸的应用82.5.1 气缸的优点82.5.2 气缸的缺点82.5.3 气动技术的应用92.5.4 检测台中气动技术的应用92.6 传感器的应用92.6.1 传感器简介9共 V 页 第 III页2.6.2 传感器的选用选择及注意事项92.6.3 检测台中传感器的应用10第3章 主机框架的设计113.1 主机框架的结构设计113.1.1总体结构的设计113.1.2 主机框架的尺寸确定113.2 选材12第4章 导轨安装检测系统的设计124.1 导轨安装检测系统工作原理134.2 螺纹头传动部分的设计134.2.1 螺纹头的设计134.2.2转动轴的设计144.2.3 螺纹头部分的连接144.3 电动螺丝刀的选用14第5章 驱动头安装检测系统的设计165.1驱动头安装检测系统的工作原理165.2 安装架的设计165.3 夹紧装置设计165.3.1 方案的选择165.3.2 四连杆机构的设计165.4气缸的应用175.4.1安装形式的选择175.4.2 输出力大小的选择175.4.3 气缸的行程选择185.4.4 气缸的运动速度185.5剩余力测量传感器195.6滑动头定位汽缸195.7等长定位气缸19第6章气动挂卸装置设计206.1挂卸方案设计206.2挂摆托架设计216.3挂摆的设计226.4 气缸的选择226.4.1输出力大小23共 V 页 第 IV 页 6.4.2 行程选择23第7章 控制系统257.1 工业控制计算机257.2 测量系统257.3 继电器逻辑系列25结论26致谢27参考文献28共 V 页 第 V 页 前 言随着汽车技术的发展,电动门窗已普及各类汽车。电动门窗升降器不仅在数量上、品种上有了很大的变化,而且结构也发生了很大的变化。另外,汽车电子系统的广泛应用使电动化驱动系统逐步替代传统的机械系统。随着汽车向着舒适化、人性化的要求发展,除汽车发电机、起动机外,还应用了大量不同规格的永磁直流电动机,如散热器风扇、洗涤器、雨刮器、玻璃升降器、汽车空调、燃油泵、后视镜、电动天窗、电动座椅、门窗、音响产品等配套总成产品。目前,国内市场对各种电动门窗玻璃升降器的需求还主要集中在追求性能和价格上。许多用户对产品的外观要求不是很高,而对产品的性能和价格比较关注。因此,如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低生产成本,以适应激烈的市场竞争就成了各种汽车升降器生产企业急需解决的问题,这就需要不断提高检测技术,提高装配效率、降低废品率,降低生产成本。本课题研究汽车电动门窗升降器检测台主机,该主机应具有检测精度高、效率高、成本低等功能,符合现代化的生产需要。当前,过内升降器的电机检测属于劳动密集型生产。总体上自动化水平还比较低,而随着现代化工业生产技术的发展和自动化程度的提高,劳动力成本在产品的成本中的比重日趋提高,许多厂家也在原有的基础上根据企业自身的特点,不断提高其自动化程度,引进各种先进的检测设备,寻求各种技术上的突破以此来降低生产成本。国外产品的缺是精品,无论从造型、表面处理等方面,进口设备和国产设备很容易就能分辨出来。再看我们国内厂家生产的试验机,它的观感、手感、质感等方面都显粗糙。所以国内的厂家想在这方面赶上国外试验机厂家,还需进一步努力。在测控系统方面,我国采用的某些技术已达到世界先进水平,但有些关键技术和部件制造还是受到一些因素的制约。电动门窗检测台是对汽车电动门窗进行综合检验的专用设备。它能对电动门窗驱动电机的电流、电压和堵转信号进行在线测试和诊断,对升降器的位移行程和速度进行测试和诊断,对电动门窗的负载特性进行在线测试和诊断。所有被测量均可以数字和曲线的形式显示在计算机屏幕上。本设计任务是对检测台的主机进行设计,要满足自动化程度高、噪音低、节拍快、成本低、维护方便的要求。基于此,主机基本动作宜采用气动和电动执行机构实现。检测台主机要由主机框架、气动及电动安装测试台、气动负载挂卸装置和控制系统这几大部分组成。测试功能及主要技术经济指标:1、测试力测量范围:10N300N,精度1。2、位移测量:测量分辨率0.005。3、电机电流测量范围:0.5A50A,精度为2。4、测量电动门窗负载特性曲线及最大剩余力。5、测量电动门窗的工作电流、负载电流、最大堵转电流。6、使用环境:使用温度:530,相对湿度:80。7、电源要求:交流电220V,功率1.5kW,电源波动10。8、工作节拍:30s。本设计中的汽车电动门窗检测台主机吸取了时下发展迅猛的机电一体化技术,传感技术,自动控制理论等先进技术,基本实现了检测技术的完全自动化,符合当今竞争日益激烈的市场环境,符合企业对提高生产力的要求,因此,这是一台汽车生产制造企业不二的选择。由于本人水平有限,设计以及文章中错误和不足之处在所难免,肯请各位老师和同学批评指正。第1章 绪论 检测装备是一个国家工业化水平和国际竞争力的重要体现。经过半个多世纪的艰苦奋斗,我国已经掌握较为完整的检测装备工业体系。特别是近年来,在土木建筑工程、水利、食品、化学、环境、机械等等行业,各种先进的检测装备不断取得突破,检测装备业上了一个新的台阶。但是我国检测技术的总体水平与发达国家相比还有较大的差距。特别是汽车检测技术,现在仍存在通过“眼看”、“耳听”、“手摸”的方法凭借维修人员的经验发现汽车的故障并作有针对性的修理的现象,这严重阻碍了汽车装备工业技术创新的实现。1.1课题研究的背景和意义 随着汽车技术的发展,汽车中大量采用不同类型和规格的电动玻璃升降器。玻璃升降器不仅在数量上、品种上有了很大的变化,而且结构也发生了很大的变化。目前,国内市场对各种玻璃升降器的需求还主要集中在追求性能和价格上。许多用户对产品的外观要求不是很高,而对产品的性能和价格则比较关注。因此,如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低生产成本,以适应激烈的市场竞争就成了各种汽车企业急需解决的问题,这就需要不断提高检测技术,降低废品率,降低产品成本。本课题以捷达轿车电动门窗玻璃升降器为对象,设计了一台检测台,具有检测精度高、效率高、成本低等功能,符合现代化生产的需要。1.2国内外研究现状随着现代化科学技术的发展,企业的管理体制经历了经验管理、系统管理、科学管理和现代管理四个阶段。由于管理体制的变革,生产机构也发生了很大的变化。由起初以一个人为中心、什么都干,转变为工作分工化;后来又过渡到流水线作业化;现在开始向生产过程自动化的方向发展。 1.2.1 国内研究状况 当前,国内玻璃升降器的检测虽然加入了自动化技术,但是,总体上自动化水平还比较低,还是依靠大批工人的手工操作,而随着现代化工业技术的发展和自动化程度的提高,劳动力成本在产品成本中的比重日趋提高,许多汽车企业也在此基础上根据企业自身的特点,不断提高其自动化程度,引进各种先进的检测设备,寻求各种技术上的突破,以此来降低劳动力成本。本课题所研究的检测台是一台高精度,高效率的检测设备,对于提高产品质量和生产效率,以及降低成本等具有极其重要的意义。随着我国现代工业化规模的进一步提高,这种自动化程度较高的检测设备会受到更多汽车生产企业的青睐。 1.2.2国外研究 由于电子技术和信息技术的不断发展,国外汽车检测设备的集成化也随之有了长足的进步。西门子公司开发的汽车综合性能检测线,集成度相当高,在20米的长度内包括了车速、制动、排放等检测功能。由此可见检测设备的一体化,集成化也是汽车检测今后的发展方向。1.3 研究目标及内容 随着市场经济的发展,市场竞争越来越激烈。一方面,用户对产品要求越来越苛刻;另一方面,国内外竞争对手的发展与壮大会直接影响企业的经营与生产。在激烈的市场竞争中,生产企业只有走内涵式发展的道路,提高生产技术和制造水平,提高产品质量,不断降低生产过程中的产品成本,才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。 1.3.1 研究目标 电动门窗检测台是对汽车电动门窗进行综合检验的专用设备。它能对电动门窗驱动电机的电流、电压和堵转信号进行在线测试和诊断,对升降器的位移行程和速度进行测试和诊断,对电动门窗的负载特性进行在线测试和诊断。所有被测量均可以数字和曲线的形式显示在计算机屏幕上。本设计任务是对检测台的主机进行设计,要满足自动化程度高、噪音低、节拍快、成本低、维护方便的要求。 1.3.2 研究内容 (1)设计方案的论证:说明设计原理并进行方案的选择; (2)零部件参数的计算;包括电动螺丝刀的应用,气缸的应用,加载装置的 设计,传感器的选用以及光电编码器的应用等; (3)检测台主机(后门)结构设计以及图纸的绘制; (4)设计过程的论述; (5)结果分析等。第2章 汽车电动门窗检测台主机总体设计 检测是用指定的方法检验测试某种物体指定的技术性能指标。检测过程分为:信息提取,信号转换存储与运输,显示记录和分析处理。检测的基本方法可分为接触测量和非接触测量。接触测量是检测原件与被检测对象(或介质)直接接触,感受被测量的作用和变化,从而获得测量信号;非接触测量是不直接接触被测对象(或介质),而是间接感受被测量的作用或变化达到检测目的。 检测台是用来检测的机械装置。检测台一般功能应满足以下几点:1、检测精度方面的要求;2、强度、刚度和抗震性方面的要求;3、检测稳定性方面的要求;4、耐用度方面的要求;5、技术经济方面的要求;6、节拍性的要求。除了一般功能外,应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节能节材、符合工业工程和绿色工程的要求等等。2.1 汽车电动门窗玻璃升降器概述 2.1.1 玻璃升降器介绍汽车玻璃升降器是汽车上的关键零部件之一。轿车用玻璃升降器多是由电动机、减速器、导绳、导向板、玻璃安装托架等组成。如图所示是捷达车用玻离降降器。 以捷达轿车电动玻璃升降器为例,安装时,门窗玻璃固定在玻璃托架上,玻璃导向槽与钢丝绳导向板平行。开启电动机,由电动机带动减速器输出动力,拉动钢丝绳移动玻璃安装托架,迫使门窗玻璃作上升或下降的直线运动。 2.1.2 玻璃升降器性能指标分析电动玻璃窗升降器结构的关键是电动机和减速器,这两者是组成一体的。因此,电动机的性能好坏直接影响整个升降器的性能。除此之外,升降器螺钉的检测,导轨的检测也是不可或缺的。以下是玻璃升降器应检测的相关性能;1、驱动电机的电流、电压和堵转信号;2、升降器的位移行程和速度;3、升降器的负载特性;4、导轨螺纹检测;2.2汽车电动门窗检测台整体设计构思 2.2.1 汽车电动门窗玻璃升降器检测流程设计根据被试件的特点、人因工程学、整个汽车装配线工艺流程,设计了电动门窗玻璃升降器检测流程,其大概流程为以下几步:(1)安装玻璃升降器并检测驱动头上的螺钉;(2)检测空载时电机的各项指标以及导轨的长度;(3)加载并检测电机各项指标;(4)卸载并使工件满足下步装车工序的要求; 2.2.2检测台的设计要求及难点本次设计所研究课题的目标是以捷达轿车电动门窗玻璃升降器为对象,着眼于提高检测质量、检测精度、生产效率等,设计一台自动化较高的在线检测装备。在设计初期,根据升降器的检测要求、各部分所测参数的测量方法、测量所需要的各传感器及执行元件、检测台的结构框架等信息做了初步的规划,以确定各部分装夹方案、检测方法、操作台等的基本结构。由于检测台完成的任务是装配线上的一个检测工序,检测台必须能承受长时间运行的考验,所以高可靠性为检测台机械部分设计的基本原则。该检测台是整个装配线上的一部分,承前启后,必须根据前后工序的特点进行设计。同时,在设计过程中还应充分考虑操作人员操作的安全性,方便性以及舒适性做到以人为本。还应尽量减少人工操作环节,以实现检测台操作的自动化和智能化。 2.2.3 检测台系统组成该试验台主要由主机框架、气动及电动安装测试台、气动负载挂卸装置和控制系统等几部分组成。2.3 检测台零部件设计的基本原则和要求机械零部件的种类繁多,不同行业对机器和零部件的要求也不尽相同,但机械设计中选择材料的基本原则和标准的基本原则是相同的。 2.3.1 选择材料的基本原则在理解了零件的使用要求和掌握了材料的机械性能的基础上,一般考虑以下几个方面:(1)强度 (2)刚度 (3)磨损 (4)制造工艺性 (5)材料的经济性 2.3.2 标准化原则标准化具有重要经济意义,标准化的优越性表现为:(1)把相同的零件型号与尺寸限定在合理的数量范围内,可以采用先进的 工艺对标准零件进行专业化、大批量、集中制造,从而保证质量,降 低成本。(2)技术条件、检验及试验方法的标准化,有利于提高零件的可靠性。(3)在设计中采用标准零件和部件,可以提高设计效率,是设计者把更多 的时间和精力用于创造性的工作。(4)标准化程度提高了,便于机器的制造与维修工作。 2.3.3 设计要求(1)避免在预定寿命内失效的要求;(2)结构工艺性的要求;(3)经济性的要求;(4)质量小的要求;(5)可靠性要求。2.4检测台总体系统设计 2.4.1 机电一体化原理 机电一体化是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种形式,是电子技术,信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。机电一体化系统必须解决采用微电子技术所面临的共性关键技术,这些技术有检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术及系统总体技术等。机电一体化技术主要由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。构成机电一体化系统的子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。各系统连接处必须具备一定的联系条件,即接口。接口设计是机电一体化系统的重要环节。确定机电一体化系统目的的功能与规格后,要对系统进行优化,这就需要应用系统工程的原理,使机械、微电子技术等相关技术有机结合,实现产品整体最优。2.5 气缸的应用 2.5.1 气缸的优点(1) 以空气为工作介质,工作介质获得比较容易,用后的空气排放到大气 中,处理方便,不比设置回收空气的容器和管道。(2) 因空气的粘度很小,其流动阻力损失也很小,所以便于集中供气、远 距离输送。外泄漏不会像液压传动那样污染环境。(3) 与液压传动相比,气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质 清洁,不存在介质变质等问题。(4) 工作环境适应性好,特别在易燃易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等 恶劣工作环境中,比液压、电子、电器控制优越。(5) 成本低,过载能自动保护的。 2.5.2 气缸的缺点(1) 由于空气具有可压缩性,因此工作速度稳定性稍差,但采用气液联动 装置会得到满意的效果。(2) 因工作压力低,又因为结构尺寸不应该过大,总输出力不应大于 10-40kN。(3)噪声较大,在高速排气时要加消声器。(4)气动装置中的气信号传递在声速以内,比电子以及光速慢,因此气控 制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。 2.5.3 气动技术的应用近年来气动技术结合了电子技术、液压、机械、电气传动的众多优点,因而其发展异常迅速。(1) 在机械工业中,如组合机床的程序控制、轴承的加工、零件的检测、 汽车制造、农业机械的生产线上、木工机械设备和工业机器人已经得 到广泛应用。(2) 在冶金工业中,金属的冶炼、烧结、冷轧、热轧、线材、板材的打捆、 包装,连铸连轧的生产线上已有大量应用。(3) 在航空工业中,因气动装置除能承受辐射、高温外还能承受大的加速 度,所以在近代的飞机、火箭、导弹的控制装置中逐渐得到广泛应用。 2.5.4 检测台中气动技术的应用 该检测台中有四处用到了气缸,分别是驱动头安装系统的气缸、挂卸装置的气缸、等长定位气缸和滑动头定位气缸。2.6 传感器的应用 2.6.1 传感器简介传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。在机电一体化系统中,它主要用于检测机电一体化系统自身与作业对象、作业环境的状态,为有效的控制机电一体化系统的动作提供信息。传感器主要由敏感元件、转化元件和测量电路的三部分组成,有时候还需要加辅助电源。传感器种类繁多,按其作用可分为检测机电一体化系统内部信息传感器和检测系统外部传感器。内部信息传感器包括检测位置、速度、力、转矩、温度等的传感器,而外部传感器有与人体五官相对应的,也有纯工程性的。与五官相对应的有接触式和非接触式传感器。 2.6.2 传感器的选用选择及注意事项 选用传感器时,首先要根据使用要求在众多传感器中选择自己所需要的,有些传感器的输入,输出特性,理论上分析较复杂,但实际并非如此,因为传感器生产厂家所生产的系列产品已为用户作了那些较为复杂的工作,用户只需要根据要求按其主要性能参数选用即可。传感器性能参数操作指标包含的面宽,对于具体的某种传感器,应根据实际的需要和可能,在确保其主要性能指标的情况下,适当放宽对次要性能指标的要求,切忌盲目追求各种特性参数均高指标,以形成高的性能与价格比。 2.6.3 检测台中传感器的应用本检测台中用到了检测剩余力的负荷传感器、测量导轨螺纹的非接触式传感器,检测螺钉的位置传感器以及测量导轨行程的光电编码器。第 3 章 主机框架的设计3.1 主机框架的结构设计 3.1.1总体结构的设计主机框架主要作用是承载各工作部件,该检测台主要由工作台板、操作台、挂卸装置、工业PC机这几大部分。底脚配备可调整的支撑地脚;主机框架的上方安装一个19寸宽屏液晶显示器,中间是气动及电动安装测试台板,下方安装一台工业控制计算机,后面安装一个控制机柜。主机框架整体为琴台式结构,这种结构有利于操作人员工作。 3.1.2 主机框架的尺寸确定主机框架的尺寸要依据人机工程学的一些原则和数据,这样才能体现以人为本的思想,才能降低劳动者的疲劳强度,才能提高生产效率,降低生产成本。产品功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数,而人体尺寸百分位数的选用又与所设计产品的类型密切相关。该检测台人员操作采用站立的方式,所以应该根据立姿人体尺寸来设计检测台各部分高度。 表3-1立姿人体尺寸检测台的设计要依据平均尺寸设计,根据上表,确定人体尺寸百分数为50,据上表手功能一栏可得操作台面的高度为755米,根据被测试零件的整体尺寸以及所选择的零部件可确定安装工作台板的高度为852,顶部安装显示器的框架高度为360。检测台的宽度和长度则根据所安装的零部件分别定为840、1000。综上所述,检测台总体外形尺寸为:长宽高100084019323.2选材主机框架选择铝合金型材料,铝合金型材料是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工艺中有大量应用。铝合金密度小是最近重要的性质。采用铝合金型材料具有整机重量轻、组合方便、外型美观的特点。 第4章 导轨安装检测系统的设计在对汽车电动门窗升降器进行检测前,首先要对其进行装夹,本章所要讲述的是导轨的安装。捷达轿车后门升降器导轨上有两个螺纹孔,可以以此作为安装的位置。该系统主要由电动螺丝刀、螺纹头、螺纹头安装轴、非接触式导轨螺纹传感器等几部分组成。4.1导轨安装检测系统工作原理 当把工件的导轨定位片放到固定架上时,螺丝刀头被定位片压进固定架内,此时传感器没接到信号;当摁下对应的电动螺丝刀气动按钮时,螺丝刀头正转,从固定架内旋出拧进定位片的螺纹头,导轨就完成固定,螺纹检测传感器就开始检测螺纹。4.2 螺纹头传动部分的设计 螺纹头传动部分由螺纹头、连接螺纹头和电动螺丝刀的转动轴以及其他零件组成。 4.2.1 螺纹头的设计螺纹头是用来紧固汽车电动门窗升降器导轨的,导轨螺纹孔的公称直径为M6,故螺纹头的公称直径为M6;为了保护被试件,螺纹头不需要强化处理;螺纹头前部设计成为锥形是为了方便导轨的紧固;其后部的孔是用来安装弹簧以便与转动轴固定。螺纹头选材为45钢。如图4-1所示: 图4-1 螺纹头的实体图 4.2.2转动轴的设计转动轴系连接电动螺丝刀和螺纹头的部件,前端深38.5的孔是用来安装螺纹头的,轴圆柱面上的长孔允许小活动以满足螺纹头的可伸缩性,后部的方形孔是为了用来连接电动螺丝刀的。 4.2.3 螺纹头部分的连接螺纹头部分的连接示意图如图4-3所示,圆柱销连接了螺纹头和转轴,销可在一定距离内活动实现了螺纹头的可伸缩;弹簧起到了缓冲作用;非接触式传感器是通过图中所示的感应套来检测螺纹的,故它需要通过销与螺纹头连接在一起;圆柱销上的密封圈起到固定作用。 图4-3 4.3 电动螺丝刀的选用电动螺丝刀是装有调节和限制扭矩的机构,用于拧紧和旋松螺钉用的电动工具。电动螺丝刀的选用依据的是螺纹拧紧力矩T,式(41)为拧紧力矩的计算公式。 (式4 - 1)式中T1为螺旋副之间的摩擦阻力矩,T2为转动轴与轴承之间的摩擦阻力矩。 (式4 - 2) (式4 - 3)式中Fo为预紧力,为螺纹升角,v当量摩擦角,Ff为转动轴与轴承之间的摩擦力,d1为螺纹孔直径,d为轴承内圈直径。 (式 4 - 4)由以上公式得: (式4 - 5) (式4 - 6)对螺纹头连接部分重量进行估算为0.107KG,因此转动轴与轴承之间的摩擦可以忽略不计。 (式4 - 7)如图4-4所示为选择的电动螺丝刀 第 5 章 驱动头安装检测系统的设计电动门窗玻璃升降器驱动头的装夹也是检测前重要的一个环节。驱动头的定位靠其上两个T型螺钉实现。定位后,启动气缸,使四连杆机构夹紧驱动头机,即可开始检测。检测T型螺钉的位移传感器(两只)和测量固定驱动端的半圆头螺钉的接近开关(四个)开始检测,将结果反馈到控制系统中。5.1驱动头安装检测系统的工作原理首先将驱动头上的T型螺钉插入安装板上对应的孔内,位移传感器和接近开关就会检测螺钉安装合格与否;都符合标准后,起动气缸,气缸就会推动多连杆机构夹紧驱动头,驱动头夹紧后,就可以检测空载和加载时电机的各项指标。5.2 安装架的设计安装架的设计,台板的总体布置根据驱动头的特定设计,驱动头上有四个半圆头螺钉和两个T型螺钉,它们之间的位置关系决定了安装板上相应孔的位置关系,接近开关和位置传感器安装再孔内,边缘的孔及沉孔用来与工作台板连接。5.3 夹紧装置设计 5.3.1 方案的选择 方案一:采用转角气缸就可实现全部功能;方案二:采用多连杆机构和直线往复式气缸实现夹紧;综合分析以上两种方案,方案一虽然简单,但是转角气缸的成本比较高;方案二采用多连杆机构与气缸相结合,结构稍有点复杂,但是成本低,故选择方案二作为夹紧系统的主要结构。5.3.2 四连杆机构的设计多连杆机构的工程图如图5-1所示: 图5-2 四连杆机构图5.4气缸的应用 5.4.1安装形式的选择气缸的安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下,多用固定式安装方式:轴向支座、前法兰、后法兰等;再要求活塞直线往复运动的同时又要缸体作较大圆弧摆动时,可选尾部耳轴式;如需要在回转中输出直线往复运动,可采用回转气缸。该检测台固定驱动头的气缸采用前支架固定,这种方式可以方便快捷,还可以根据工作环境的要求调整气缸的角度。 5.4.2 输出力大小的选择根据气缸所需要里的大小,根据气缸载荷率确定活塞缸上的拉力和推力,从而决定气缸的内径。由于检测过程中要加载80N的额定负载,夹紧力要满足这个要求。气缸内径由于其工作压力较小,其输出力不会很大。一般在10000N(不超过20000N)以内,输出力过大其体积会太大,因此在启动设备上应尽量采用扩力机构 以减少气缸的尺寸。被试件以内孔定位,定心夹紧,根据5-1粗略输出夹紧力。 (式5 - 1)式中为斜面上的摩擦角,tan为被试件与心轴在轴向方向的摩擦系数,tan为工件与心轴在圆周方向上的摩擦系数。 = (式5 - 2) 5.4.3 气缸的行程选择气缸行程与其使用场合以及工作机构行程比有关。多数情况下不应使用满行程,以免活塞与缸盖相碰,尤其用于夹紧等机构,为保证夹紧效果,必须按计算行程多加10-20的行程余量。气缸与四连杆机构之间的连接杆的变化容易实现,为了使该检测台结构紧凑,应在满足输出力的基础上选择缸径较小的气缸。 5.4.4 气缸的运动速度该驱动头夹紧装置选用烟台未来自动装备有限责任公司生产的QM系列小型气缸,该气缸轴向结构紧凑,技术规格如表5-1所示,图5-3是其尺寸图。 表5 - 1 气缸内径/mm 20 工作压力/MPa 0.2-0.8 环境温度 -20-60 行程范围/mm 200 图5-3 气缸外形5.5剩余力测量传感器 剩余力测量负荷传感器主要作用是测量工件滑动头运行到顶端堵转时的剩余力。它位于图台板的最上面,该负荷传感器设计采用S型应变式负荷传感器。这种结构的负荷传感器具有量程范围宽,测量精度高,稳定性好的特点。另外,该传感器还带有机械限位保护,这对负荷传感器非常重要。5.6滑动头定位汽缸 滑动头定位汽缸,主要作用是将被测工件的滑动头定位在385mm范围,这是该工件下道装车工序所要求的。定位汽缸位于工作定位台板的中上部,分别对左右工件的滑动头进行定位。不工作时定位汽缸的活塞缩进导向套内,这时工件的滑动头运行时不受限制。当整个检测结束合格时,滑动头开始从滑道的下面向上运动,这时定位气缸的活塞伸出,当滑动头移动到定位气缸的活塞位置时,被限定在改位置,这时电机的堵转信号报警,电机停止工作。 5.7等长定位气缸 等长定位气缸,主要作用是被测工件的钢丝护套限制在工装要求的长度上,满足下道工序的要求。电窗的移动是采用钢丝绳传动,两个端口各有一个钢丝护套,两个护套是随着滑动头的上下移动在伸长和缩短,检测结束时要求这两个护套要等长。 第 6 章 气动挂卸装置设计 按照汽车电动窗的检测要求,滑动头在导轨上下移动时要有80N负载。负载挂卸装置的目的就是将负载自动与电动窗的滑动头连接在一起。本检测台采用挂摆方式,将琏条连接的负载与滑动头上的环形孔连接在一起。滑动头上下移动时通过链条带动80N负载在链轮上移动。6.1挂卸方案设计负载挂卸装置固定在操作台板上,它采用的是挂钩连接方式,这是根据后门电动窗滑动头的结构特点决定的。在后门电动窗滑动头上有两个环形孔,所以利用这两个环形孔在挂摆前部设计了两个挂钩,与电动窗滑动头上的二个环形孔相对应,靠挂摆托架和电动窗滑动头上环形孔挂接。由气缸通过杠杆驱动挂摆头前后俯仰摆动。当挂负载时,气缸驱动挂摆头仰向后面脱离开电动窗滑动头,由挂摆托架支撑着连接负载的挂摆。需要挂负载时,首先要驱动电动窗的滑动头移到最下面,然后气缸驱动挂摆摆到前面,使挂摆头进入电动窗滑动头上的环形孔内,这时再驱动电动窗滑动头上升,将挂摆与环形孔挂在起脱离开托架,将负载施加到电动窗上,这时挂摆托架要仰向后面影响工作。卸负载时,首先要保证电动窗的滑头带着挂摆是从上往下走,这时挂摆托架要摆到前面,准备托接环形挂摆头。当电动窗的滑动头带着挂摆移动到最下面时,挂摆会自动进入等后的托架内,由于托架比电动窗滑动头上的挂钩高,所以一定会使挂摆与电动窗滑动头上的环形孔脱离,负载从新回到托架上。这时只要驱动挂摆仰向后面,即可完成卸负载的工作。该设计具有结构简单负载挂卸稳定可靠和节拍快的特点。如图6-1为其装配图。 图6-1挂卸装置装配图 6.2挂摆托架设计挂摆托架的作用是带动挂摆旋转,以实现负载挂卸。其一端要与气缸相连,采回销轴连接方式,而挂摆是通过其上一U型架连接的。在装配时,托架要支撑在铰支座上,销轴焊接在托架拐角处成为体实现托架的转动。采用这种旋转方式,可以避免滑动头在加载检测时受到干涉,此外也能便捷地实现负载的挂卸,是一种较为理想的方案。托架实物图如图6-2所示。 图6-2 挂摆托架实体图6.3挂摆的设计挂摆的设计是挂卸装置系统中最为关键的零件,它的设计合理与否关系到加载时整台机器的性能,工作效率等关键因素。其实物图如图6-3所示,其设计的关键点有以下几个方面:(1)挂摆前部挂钩的设计要能顺利挂入滑动头的环形孔内。(2)挂摆支撑在托架上的两个接触面设计成圆弧状,为的是减小接触面便于挂摆脱离托架。(3)挂摆下部与链条连接,应根据所选择的链条设计。 图6-2 挂摆实体图6.4 气缸的选择 6.4.1输出力大小对摆杆机构进行受力分析,当挂钩挂上配重的时候,气缸所需要的输出力最大,忽略摩擦力等的影响,受力分析如图6-3所示 图6-3 摆杆受力分析图 摆杆受力需要分析要满足: (式6 - 1) (式6 - 2) (式6 - 3) (式6 - 4) 考虑摩擦力的影响,输出力不大于100N,故选择小型气缸即可。 6.4.2 行程选择 气缸行程与其使用场合以及工作机构行程比有关。多数情况下不应该使用满行程,以免活塞与气缸相碰,尤其用于夹紧等机构,为保证夹紧效果,必须按计算行程多加10 - 20 mm 的行程余量。气缸与四连杆机构之间的连接杆的变化容易实现,为了使该检测台结构紧凑,应在满足输出力的基础上选择缸径较小的气缸。该处行程要满足100mm.综合以上,该处选择QGX系列小型气缸,其技术规格如表6-1: 表 6 - 1 缸径/mm 25 最大行程/mm 5倍缸径 工作压力/MPa 0.15-0.8 使用温度 -25-80 第7章 控制系统 控制系统是由工业控制计算、测量系统和继电器逻辑陈列等组成,具有控制精度高、测量准确稳定、人机界面友好的特点。7.1 工业控制计算机 作为上位机总控制,由于计算机的人机界面有好的特点,所有控制指令、造作状态指示、参数的显示以及各种曲线等均由计算机来完成。该计算机采用台湾研华工控机。7.2 测量系统 该试验台测量内容归结起来总共有五种物理量测量:负荷测量、位移测量、金属螺丝钉工装测量、电流测量和电压测量等。 负荷测量:主要用来测量电动窗的剩余力,该负荷传感器设计采用的是S型应变式负荷传感器,放大器采用直流供桥式,这种结构具有量程范围宽、测量精度高、稳定性好的特点。 位移测量:主要用来测量电动窗的T形螺丝钉长度是否满足要求,它采用弹簧复位电子尺,左右门共有6只这样的传感器。 金属半圆头螺丝钉工装测量:主要用来检测电动窗驱动端的四个半圆头螺丝钉是否有漏装,它采用非接触的接近开关实现。 电流测量:主要是测量电机工作电流和堵转电流。采用霍尔式电流传感器直接串接在回路中,它采用测量速度快、测量精度高的特点。 电压测量:设计采用16通道12位高速AD测量,采用速率为1000次/秒。7.3 继电器逻辑系列 继电器逻辑系列完成整个系统的逻辑控制。主要针对执行气缸、电机驱动和各种开关输入信号进行控制,实现他们的相互逻辑关系。继电器逻辑陈列与工业控制计算机是通过ISA总线的进行通信。结论本课题汽车电动门窗检测台主机设计充分体现了机电一体化思想,是一次综合性强,涉及面广,理论性突出,技术性灵活的毕业设计。从整体到部分,每一处的设计都遵循机械设计原则、系统工程思想,工业工程理念。本检测台是用来检测汽车电动门窗玻璃升降器的设备,各部分的检测原理是在充分研究分析了被试件之后设计成型的。检测之前要安装好升降器,这类似于夹具的设计,夹具的设计要先做好定位,然后夹紧,本设计也采用了这种思想。导轨安装架的架夹采用便于装卸的电动螺丝刀和根据被试件特点自行设计的零件组合;驱动头的装夹采用被试件上的T型螺钉作定位,采用多连杆机构和直线往复式气缸组合夹紧。这两种方案既方便又经济,并且将被试件、操作者等各要素都考虑在内,很好的体现了系统工程、以人为本的思想。 传感器的应用是机电一体化技术鲜明的特征,本检测台采用了测量剩余力的S型传感器,测量行程的光电编码器,测量导轨螺纹的非接触式传感器以及检测驱动头螺纹的接近关。这些传感器的使用提高了检测台的自动化程度,提高了生产效率、检测精度和生产成本。 本检测台的控制部分采用的是工业PC机,这也提高了检测技术的先进性、提高了测量精度,而且便于自动控制。 非标准的设计相对来说是比较困难的。本检测台中设计了很多非标准件,比如,可伸缩的螺纹头、连接螺纹头和电动螺丝刀的转动轴、挂摆、挂钩等。机械设计的原则是尽量选用标准件,但是在某些情况下,标准件的选择已经不能满足加工或者检测要求,这就需要自行设计非标准件。以上提到的各个标准件都满足了检测的要求,并且也提高了检测速度,方便了检测操作。 没有十全十美的事物,但我们要追求更好的,本课题中的检测台虽然设计的比较完美,符合各项检测要求,而且在自动化、经济性、效率方面下了很大功夫,但是仍然存在不足之处。导轨安装检测系统虽然满足了各项要求,但是由于保护被试件,螺纹头部分不能进行热处理,这就要求螺纹头要经常更换,增加了成本,是操作变得冗杂。由此,可以触发我们想到,是否别的方法可以弥补这项不足,是使用别的材料还是从根本上变换一种检测方法等。 总之,本次设计有亮点也有瑕疵,但是核心“机电一体化”把握
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