基于閥芯裝配的一種多配合面機(jī)構(gòu)探討

呂丹　李陽(yáng)　宋雪

【摘 要】此種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)延展性，能用于今后類似結(jié)構(gòu)尺寸下，即：尺寸較小，多配合面，裝配精度高、工件易損，外力無(wú)法實(shí)現(xiàn)的裝配中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能很好的實(shí)現(xiàn)功能的前提下節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)成本。以最精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)達(dá)到最滿意的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】閥芯；裝配；機(jī)器人；自動(dòng)化

0.引言

在當(dāng)今社會(huì)，機(jī)器代替人類，自動(dòng)代替手動(dòng)是這個(gè)時(shí)代的趨勢(shì)。但對(duì)于某些高精度多配合裝配采用自動(dòng)化裝配往往會(huì)遇到很多難題，諸如，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害，裝配不合格，對(duì)加工精度高的配合面造成劃傷，從而導(dǎo)致裝配后無(wú)法使用或裝配廢品率居高不下。

在自動(dòng)化裝配過(guò)程中通常我們會(huì)借助外力（摩擦力、彈力、壓力、拉力等）作用達(dá)到我們預(yù)期的裝配效果。然而對(duì)于某些特定環(huán)境、特殊工況下，單純依靠外力并不能實(shí)現(xiàn)我們理想的結(jié)果，更有甚者帶來(lái)不必要的麻煩（廢品率過(guò)高、損傷待裝配件等）。

手工裝配過(guò)程中，人為操作下，雖然能保證其裝配精度要求，但工作量大，效率低，不適于當(dāng)今社會(huì)的主流方向。但機(jī)械自動(dòng)化裝配由又不能確保其裝配精度，所以怎樣將兩者有效的結(jié)合是不小的難題。

1.基本設(shè)計(jì)理念

一種無(wú)法忽視的力—重力。在閥芯的裝配過(guò)程中無(wú)法或很困難實(shí)現(xiàn)時(shí)，我們可以考慮通過(guò)導(dǎo)向套連接壓桿，當(dāng)電磁鐵斷電后，壓桿結(jié)構(gòu)由于自身所受重力作用，垂直向下，將自身重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能作用到閥芯上，閥芯受力沿導(dǎo)向套垂直進(jìn)入閥體內(nèi)腔，如若未到達(dá)安裝位置時(shí)，電磁鐵通電，將壓桿機(jī)構(gòu)垂直吸回，然后斷電，重復(fù)之前操作，直到達(dá)到安裝效果。

此裝配過(guò)程可根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和不同裝配件進(jìn)行多種調(diào)整，如果待裝配件配合間隙過(guò)小，可重復(fù)操作。當(dāng)由于加工或者某些不可預(yù)知的狀況造成閥芯尺寸過(guò)大或者閥體內(nèi)腔較小。閥體、閥芯相對(duì)尺寸形成過(guò)盈配合時(shí)，若按以往采用外力直接壓裝進(jìn)入時(shí)，不但不能達(dá)到安裝效果，而且還會(huì)損壞閥芯、閥體。對(duì)客戶造成一定的損失。此結(jié)構(gòu)卻避免此種狀況的發(fā)生。當(dāng)產(chǎn)生以上不正常裝配時(shí)，電磁鐵斷電后壓桿機(jī)構(gòu)垂直下落，當(dāng)壓力作用到閥芯上后，閥芯并不能裝入閥體內(nèi)腔，而此時(shí)，壓桿停止運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向套繼續(xù)下落，壓桿相對(duì)于導(dǎo)向套向上運(yùn)動(dòng)，并沒(méi)有將更多的力施加到閥芯上，而閥芯所受到的力僅僅是壓桿自身重力而已。對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有產(chǎn)生影響，對(duì)工件也沒(méi)有造成損傷。

此結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)行程推拉式電磁鐵（以下簡(jiǎn)稱電磁鐵）提供動(dòng)力源，安全穩(wěn)定環(huán)保，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省資源。

壓桿導(dǎo)向套、壓桿（可根據(jù)裝配需要選擇不能尺寸、不同材料從而達(dá)到安裝所需壓力及相關(guān)特定要求）閥芯導(dǎo)套、閥芯導(dǎo)向套托、閥體固定座。

閥芯導(dǎo)向套根據(jù)不同閥芯的尺寸要求設(shè)計(jì)一種帶導(dǎo)向適用于多種閥芯兼容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，既能很好的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，亦能避免閥芯卡滯于套孔中。

2.工藝流程

一號(hào)機(jī)器人從料盤抓取一個(gè)閥體將閥體垂直固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的定位座中（四工位中其一），然后去抓取下一個(gè)閥體，此時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，此工位定位座中的閥體旋轉(zhuǎn)到閥芯裝配工位，左側(cè)垂直氣缸伸出，閥芯導(dǎo)向套垂直安裝定位到閥體中，二號(hào)機(jī)器人從料盤抓取閥芯將閥芯垂直停滯在閥芯導(dǎo)向套上端，機(jī)器人打開手指，閥芯垂直沿閥芯導(dǎo)向套下落，固定停靠在閥體上端。電磁鐵通電將壓桿結(jié)構(gòu)吸起，水平氣缸將壓桿機(jī)構(gòu)推出垂直停滯于閥芯導(dǎo)向套上端，待停穩(wěn)后電磁鐵斷電，壓桿機(jī)構(gòu)由于自身重力作用垂直下落（此時(shí)并無(wú)其他外力），根據(jù)機(jī)械能守恒定律mgh=mv2/2以及動(dòng)量守恒定律 m1v1=m2v2，閥芯獲得速度沿閥芯導(dǎo)向套及閥體內(nèi)腔垂直滑入。

當(dāng)1號(hào)光纖傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，說(shuō)明此時(shí)閥芯成功安裝到指定位置，電磁鐵通電將壓桿機(jī)構(gòu)垂直吸起，當(dāng)2號(hào)光纖傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，說(shuō)明壓桿機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功吸取到位，水平氣缸縮回到初始位置后（此對(duì)光纖傳感器非常重要，防止壓桿機(jī)構(gòu)由于一些原因無(wú)法正常吸回，以致水平氣缸縮回時(shí)造成壓桿機(jī)構(gòu)以及電磁鐵損壞），信號(hào)反饋，電磁鐵斷電，整套機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)。垂直氣缸縮回，將閥芯導(dǎo)向套托起，閥體旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，將裝配合格品旋轉(zhuǎn)到下一工位，同時(shí)將下一個(gè)閥體旋轉(zhuǎn)到閥芯裝配工位，重復(fù)之前裝配操作。

當(dāng)1號(hào)光纖傳感器沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，說(shuō)明此時(shí)閥芯并沒(méi)有成功安裝到指定位置，電磁鐵通電將壓桿機(jī)構(gòu)垂直吸起，待2號(hào)光纖傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，電磁鐵再次斷電，重復(fù)之前操作，直到成功達(dá)到裝配要求。特別注意：多次裝配操作要根據(jù)具體需要情況而定，當(dāng)工件加工精度、裝配條件以及節(jié)拍滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，1～2次即可。當(dāng)裝配間隙較小，或者工件相對(duì)粗糙時(shí)，可酌情增加次數(shù)，切不可無(wú)限增加，從而導(dǎo)致閥芯、閥體損壞，或者即使裝配成功，但閥芯、閥體安裝過(guò)緊，工件仍然不能正常實(shí)現(xiàn)其機(jī)能。

3.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便設(shè)計(jì)安裝調(diào)試，電磁鐵提供動(dòng)力源，安全穩(wěn)定環(huán)保，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省資源。壓桿結(jié)構(gòu)采用上下多種連接套組成，導(dǎo)向性能好，保證同軸度，使安裝精確，且外觀美觀。不采用其余外力（氣缸、電機(jī)、彈簧等）加載在閥芯上，僅依靠壓桿自身重力，閥芯受力柔和，便于安裝且效果非常之好。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了以閥芯和閥體裝配為例，說(shuō)明了裝配的特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為尺寸較小，多配合面，裝配精度高、工件易損，外力無(wú)法實(shí)現(xiàn)的裝配零件提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、高速、便捷的裝配方法，這種結(jié)構(gòu)不僅可以快速準(zhǔn)確的安裝零件，而且不會(huì)損傷，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和競(jìng)爭(zhēng)力。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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