馮晶晶，葉金鐸

（天津理工大學 機械工程學院，天津 300384）

球籠卡箍自動裝配機機械結構設計

馮晶晶，葉金鐸

（天津理工大學 機械工程學院，天津 300384）

介紹了一種球籠卡箍自動裝配機，講述并分析其工藝流程以及實現其工藝工程的主要機械結構。該自動裝配機能很好地解決人工裝配效率低的問題。

自動裝配；機械結構；球籠卡箍

0 引言

目前汽車裝配線上的球籠卡箍裝配多是人工裝配，效率低，往往是整條半軸裝配線上時間最長的一道工序，這樣就會影響裝配生產線的節(jié)拍。而且不銹鋼卡箍由于壁較厚，強度較大，在裝小端卡箍時彎成小圓很難，造成裝配困難。另外拉緊式卡箍（又稱萬能卡箍），由于受裝配工具的影響，拉緊后折彎容易出現反彈，產生裝不緊現象。本文介紹的球籠卡箍裝配機是根據天津某汽車零部件公司的要求而設計研發(fā)的，實踐表明該設備運行穩(wěn)定，未出現裝不緊的現象，能夠滿足生產節(jié)拍的要求，減輕了裝配工人的勞動強度，提高了生產效率。

1 裝配工藝設計

自動機械實際上是模仿人工操作的各個動作設計組合而成的[1]。我們根據人工裝配卡箍的過程設計了裝配工藝。在介紹裝配工藝前有必要了解卡箍的結構（如圖1所示），該卡箍為雙耳結構，拉緊卡箍帶使其進入卡箍耳之間，通過雙耳壓緊卡箍帶，從而起到抱緊的作用。

圖1 卡箍結構

其具體裝配工藝如下：1.推卡箍帶，通過外力將卡箍帶推入卡箍雙耳之間；2.夾卡箍耳，通過外力使卡箍雙耳變形夾緊卡箍帶；3.壓卡箍耳，雖然第二步已經將卡箍帶推入了雙耳之間并夾緊，但夾緊力不夠，所以要用壓頭再一次將卡箍雙耳壓緊。經過上述裝配過程后卡箍的狀態(tài)如圖2所示，卡箍帶、卡箍耳和卡箍緊緊地貼在一起。

圖2 卡箍結構鎖緊狀態(tài)

2 推卡箍帶的機械結構設計

如圖3所示，將卡箍帶推入卡箍雙耳之間的理想路徑是一曲線運動，為了便于機構的設計和簡化機構，我們將推卡箍帶的動作分解成兩步：直線推卡箍帶和擺動推卡箍帶。

圖4是機構具體結構，其中氣缸2通過連接架帶動推桿3和氣缸1一起向前運動完成直線推卡箍帶的過程。接著氣缸1推動連桿，使其繞著旋轉中心5擺動。氣缸1是鉸鏈式安裝，能夠縮短運動鏈，節(jié)省安裝空間[2]。在推卡箍帶的過程中，推頭和卡箍接觸有摩擦，為了減小推卡箍過程中的摩擦，可將滾動軸承4作為推頭，使滑動摩擦轉換成滾動摩擦。氣缸1和氣缸2都設置有限位調節(jié)機構，可根據實際情況調節(jié)直線推和擺動推的行程，使卡箍帶順利進入卡箍雙耳之間。

圖3 推卡箍帶過程

圖4 推卡箍帶機構

3 夾卡箍耳和壓卡箍耳的機械結構設計

為了保證設備的可靠性，降低機構的復雜程度[2]，將夾卡箍耳和壓卡箍耳兩個工序的動作融合到一個機構中。如圖5所示，氣缸1推動移動凸輪2向前運動，夾爪4繞著旋轉中心3轉動，當凸輪輪廓的最高峰與滾子接觸時兩夾爪之間間距最小，此時夾緊卡箍耳；氣缸活塞桿繼續(xù)向前運動時，凸輪輪廓最高峰越過滾子，夾爪開始張開，壓頭5繼續(xù)向前完成壓緊卡箍耳的動作。在設計凸輪時要特別注意凸輪輪廓最高峰到壓頭的距離L1和滾子中心到夾爪前端面的距離L2，為了避免夾爪處于夾緊狀態(tài)時壓頭和夾爪相撞要保證L2＞L1。另一個在設計中要注意的地方是：氣缸的行程要大于L3（氣缸縮回狀態(tài)下凸輪最高峰到滾子中心的距離），以確保夾爪能夠夾緊卡箍耳。

根據上述所設計的結構能巧妙的將兩種動作由一個機構完成，這樣大大簡化了機構的復雜程度和節(jié)省了空間。

圖5 夾、壓卡箍耳機構

4 取料機構

取料機構主要由轉軸、擺臂和夾爪氣缸組成，具體結構如圖6所示。轉軸1和擺臂3連接成一體，固定在擺臂上的氣動夾爪4夾住工件，由旋轉氣缸2驅動轉軸將工件取出。

圖6 取料機構

5 整機布局

該設備的整機布局如圖7所示，采用了框架式焊接機架，能夠節(jié)省加工成本和縮短生產周期。夾、壓卡箍耳機構（圖示1、2）和推卡箍帶機構（圖示3、4）分別布置在工件夾具的左側和右側，兩者在PLC控制下協同工作。夾、壓卡箍耳機構和推卡箍帶機構都上下布置了兩套，這樣可以同時完成球籠防塵套上的大、小端兩個卡箍的裝配，提高了裝配效率。該設備為人工上料，在該設備的上一工序已由人工將大、小端卡箍裝到防塵套上。裝配完成后由卸料機構5取出。設備機架的上下側裝有安全光幕，防止設備工作時對工作人員的傷害。

圖7 整機裝配圖

6 結束語

目前本設備已交付用戶使用，其性能已達到設計要求，并得到用戶的一直好評。本文雖然介紹的是球籠卡箍的裝配機，但對于其他功能的裝配機本文的設計思想也有參考價值。

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Machine structure design of automatic assembly machine for ball-cage clamp

FENG Jing-jing, YE Jin-duo

TH122

：A

1009-0134(2017)03-0136-03

2016-11-23

馮晶晶（1992 -），男，碩士研究生，研究方向為機械設計。