鮑君華,林嵩,夏克博

(大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 大連 116028)

對(duì)制造業(yè)而言,目前零部件加工技術(shù)的研究水平要領(lǐng)先于裝配技術(shù)。如今大部分制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)裝配仍然主要依靠手工裝配,手工裝配制約了產(chǎn)品的裝配速度和裝配精度,導(dǎo)致產(chǎn)品裝配精度和制造精度不匹配,產(chǎn)能負(fù)荷較大,裝配周期長(zhǎng),加大了不良品的產(chǎn)出率。為加大產(chǎn)能,提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量,制造企業(yè)開(kāi)始重視公司裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度[1-2]。

目前,自動(dòng)化裝配生產(chǎn)技術(shù)屬于智能制造領(lǐng)域[3]。在產(chǎn)品裝配生產(chǎn)過(guò)程中,從待裝配的產(chǎn)品和裝配零件的運(yùn)輸,到零部件的裝配過(guò)程,全程由機(jī)器自動(dòng)進(jìn)行[4-5],不需要人員參與。和傳統(tǒng)的手工裝配以及半自動(dòng)化裝配相比,機(jī)械自動(dòng)化裝配技術(shù)能夠避免工人手工裝配的不穩(wěn)定性,并提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和裝配效率。

鑒于此,本文設(shè)計(jì)研究了柴油機(jī)氣缸蓋裝配平臺(tái),該平臺(tái)是機(jī)車用柴油機(jī)氣缸蓋自動(dòng)化裝配線的關(guān)鍵組成部分,可滿足柴油機(jī)氣缸蓋的多方面裝配需求,有助力于柴油機(jī)氣缸蓋實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)裝配。

1 裝配平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模型建立

由于中速型柴油機(jī)氣缸蓋的質(zhì)量相對(duì)較大,所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中,氣缸蓋裝配平臺(tái)需滿足裝夾可靠、運(yùn)動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)和定位精準(zhǔn)等裝配要求。為滿足設(shè)計(jì)要求,本文設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中主要包括機(jī)架、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)裝置,柴油機(jī)氣缸蓋裝配平臺(tái)三維示意圖見(jiàn)圖1。

在裝配平臺(tái)結(jié)構(gòu)中,其主要結(jié)構(gòu)為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),其示意圖見(jiàn)圖2。

裝配平臺(tái)根據(jù)氣缸蓋裝配工藝的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃為:翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到裝配平臺(tái)的右端時(shí),待裝配氣缸蓋在此位置進(jìn)行定位和裝夾,氣缸蓋完成裝配后,在此位置利用輔助裝置卸下裝配好的氣缸蓋。裝配平臺(tái)左端底部?jī)筛匦喂苤g是裝配平臺(tái)進(jìn)行裝配工作的位置,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在此位置可進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和移動(dòng),使柴油機(jī)氣缸蓋處在正確裝配位置,配合外部機(jī)械手進(jìn)行裝配。底部助裝液壓缸在裝配氣門導(dǎo)管和噴油泵時(shí),處于頂升狀態(tài)。在裝配其他零件以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程,助裝液壓缸處于回落狀態(tài)。

2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是氣缸蓋裝配平臺(tái)的重要組成部分,其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保障氣缸蓋裝配過(guò)程穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)。因此,根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài),對(duì)其承載平臺(tái)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架分別進(jìn)行靜力學(xué)分析,計(jì)算其強(qiáng)度和剛度是否滿足使用要求。

2.1 承載平臺(tái)靜力學(xué)分析

將建立的承載平臺(tái)三維模型另存為step格式,導(dǎo)入有限元分析軟件,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。建立完模型之后,為模型賦予材料參數(shù),其零件材料為45號(hào)鋼、Q235和Q345這3種材質(zhì)的鋼,取材料靜強(qiáng)度安全系數(shù)為1.5,45號(hào)鋼、Q235和Q345的許用應(yīng)力分別為236、156和230 MPa。

承載平臺(tái)中,除轉(zhuǎn)軸和連接板之間為螺栓連接,其余皆為焊接。因此,承載平臺(tái)零件之間的連接皆采用Bonded的連接方式。建立完零件之間的連接關(guān)系后,劃分網(wǎng)格,其中承載平臺(tái)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為867 680,單元個(gè)數(shù)為515 488。

承載平臺(tái)在工作過(guò)程中,除本身所受重力外,還受氣缸蓋質(zhì)量所產(chǎn)生壓力的影響,轉(zhuǎn)軸兩端通過(guò)軸承支撐。將兩端轉(zhuǎn)軸的最小軸徑端采用固定約束,承載平臺(tái)自身重力以向下重力加速度的形式施加,將氣缸蓋質(zhì)量(380 kg)以力的形式均勻加載在氣缸蓋與承載平臺(tái)的接觸處。通過(guò)求解計(jì)算, 承載平臺(tái)等效應(yīng)力云圖見(jiàn)圖3。 最大應(yīng)力出現(xiàn)在連接板和支撐板的焊接位置,最大應(yīng)力值為27.895 MPa,遠(yuǎn)小于Q235焊縫許用應(yīng)力124.8 MPa。

圖3 承載平臺(tái)等效應(yīng)力云圖

承載平臺(tái)的位移變形云圖見(jiàn)圖4。最大位移量出現(xiàn)在支撐板的一側(cè)邊緣上,最大位移量為0.059 mm。由于氣缸蓋本身剛性強(qiáng),且位移變形的數(shù)值小,此位移變形量滿足承載平臺(tái)設(shè)計(jì)剛性要求。

圖4 承載平臺(tái)位移變形云圖

2.2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架靜力學(xué)分析

將三維模型另存為step格式,導(dǎo)入有限元軟件,考慮到軸承座底部墊塊的剛性,因此,將軸承座墊塊也隨翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架一同導(dǎo)入。導(dǎo)入模型后,定義翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架材料屬性,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架的材料為Q345。對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架采用四面體單元網(wǎng)格劃分,其中節(jié)點(diǎn)數(shù)為1136 208,單元個(gè)數(shù)為651 015。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架底部通過(guò)螺栓和滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊連接,因此翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架底部孔采用固定約束。承載平臺(tái)和氣缸蓋的質(zhì)量以力的形式均勻分布在兩個(gè)軸承座墊塊上,每個(gè)軸承坐墊塊受力為2 479.4 N。

通過(guò)計(jì)算求解,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架等效應(yīng)力云圖見(jiàn)圖5。前端板和底部滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊連接孔處應(yīng)力最大,最大等效應(yīng)力為12.346 MPa,遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力。

圖5 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架等效應(yīng)力云圖

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架位移變形云圖見(jiàn)圖6。前板邊緣處位移變形最大,最大位移變形量為0.031 4 mm。根據(jù)調(diào)心軸承的調(diào)心角,前板邊緣允許的最大變形量為0.05 mm,因此,前板滿足剛度要求。

圖6 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位移變形云圖

3 裝配平臺(tái)零件優(yōu)化設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在裝配平臺(tái)中帶動(dòng)氣缸蓋翻轉(zhuǎn)和平動(dòng),在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下,利用有限元中的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)承載平臺(tái)中的定位板和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架中的前板進(jìn)行尺寸優(yōu)化[6-7],從而達(dá)到降低翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)質(zhì)量的目的。

3.1 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

Design Exploration是有限元分析軟件為工程設(shè)計(jì)人員提供的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)是其中一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,主要通過(guò)對(duì)有限元模型的參數(shù)化處理,以輸出參數(shù)為目標(biāo),輸入?yún)?shù)為變量,通過(guò)計(jì)算分析,直觀地觀察輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的關(guān)系,并得出最佳設(shè)計(jì)點(diǎn)[8]。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本步驟見(jiàn)圖7。

圖7 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本步驟

3.2 承載平臺(tái)定位板優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是減小機(jī)構(gòu)的質(zhì)量,而決定機(jī)構(gòu)質(zhì)量的主要參數(shù)有面板厚度、加強(qiáng)筋厚度及加強(qiáng)筋高度。由于承載平臺(tái)在工作時(shí)主要受扭矩影響,因此根據(jù)其受力狀態(tài)選擇加強(qiáng)筋高度作為設(shè)計(jì)變量。所選擇的定位板優(yōu)化尺寸見(jiàn)圖8,包括上部面板的厚度(P1)和底部加強(qiáng)筋的高度(P2)。由于這兩個(gè)尺寸是相互獨(dú)立的,沒(méi)有依賴關(guān)系,優(yōu)化時(shí)不會(huì)由于尺寸的依賴關(guān)系導(dǎo)致優(yōu)化失敗,因此可以實(shí)現(xiàn)尺寸優(yōu)化[9-10]。

圖8 定位板優(yōu)化尺寸

在不影響承載平臺(tái)工作的前提下確定優(yōu)化參數(shù)的變化范圍,以選取最優(yōu)解:參數(shù)P1初始值為30 mm、變化范圍為20～40 mm;參數(shù)P2初始值為40 mm、變化范圍為30～50 mm。定位板的優(yōu)化設(shè)計(jì)要在保證變形量數(shù)值合理的情況下,以減小定位板的質(zhì)量為目標(biāo)[11],因此,定位板的輸出參數(shù)為定位板的質(zhì)量和變形量。

Design of Experiments根據(jù)輸入?yún)?shù)的變化范圍,自動(dòng)生成了10個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn),設(shè)計(jì)點(diǎn)更新完成后,可通過(guò)響應(yīng)曲面和響應(yīng)曲線查看輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的相互關(guān)系。圖9所示的2D響應(yīng)曲線為輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)之間關(guān)系圖。

(a) 面板厚度與質(zhì)量關(guān)系

得到輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)后,設(shè)置優(yōu)化目標(biāo),從而得出最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)。在定位板優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置界面中,設(shè)置質(zhì)量參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)類型為最小化,約束類型為無(wú)約束。設(shè)置總變形的優(yōu)化目標(biāo)類型為沒(méi)有目標(biāo),約束類型為小于上邊界,上邊界為0.005 mm。因此在保證定位板總變形小于并盡可能接近0.05 mm的情況下,盡可能地減小定位板的總質(zhì)量。

根據(jù)以上優(yōu)化目標(biāo),求得3組設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。但所得3組設(shè)計(jì)參數(shù)均不為整數(shù),考慮到定位板的制造和加工,對(duì)所得設(shè)計(jì)參數(shù)圓整,圓整后定位板厚度取23 mm,加強(qiáng)筋的高度取45 mm。

表1 定位板優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)

根據(jù)圓整后的設(shè)計(jì)參數(shù)更新模型,優(yōu)化后模型的質(zhì)量為86.889 kg,優(yōu)化后定位板的變形云圖見(jiàn)圖10(a),最大變形為0.047 3 mm,滿足剛度要求。優(yōu)化后定位板的等效應(yīng)力云圖見(jiàn)圖10(b),最大等效應(yīng)力為38.485 MPa,遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力值。

(a) 變形云圖

定位板多目標(biāo)優(yōu)化后,最大應(yīng)力值由原來(lái)的26.448 MPa增大到38.485 MPa,最大變形量由0.030 7 mm增大到0.047 3 mm,質(zhì)量由原來(lái)的107.52 kg減小到86.889 kg。雖然最大應(yīng)力值和最大變形量的值有所增大,但均滿足承載平臺(tái)強(qiáng)度和剛度要求,定位板質(zhì)量減小了約19.19% 。

4 裝配平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

4.1 裝配平臺(tái)模型處理

將裝配平臺(tái)三維模型另存為X_T格式,在RecurDyn軟件中打開(kāi)。對(duì)于氣缸蓋裝配平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,只仿真分析設(shè)備主要結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng):翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的平動(dòng)。

氣缸蓋裝配平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部存在轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和裝配平臺(tái)機(jī)架存在平動(dòng)關(guān)系,根據(jù)氣缸蓋裝配平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,將翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分為三部分:翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)平動(dòng)部分和裝配平臺(tái)機(jī)架固定部分。將每個(gè)部分中的零件利用工具中的Merge命令進(jìn)行合并操作,完成承載平臺(tái)的多個(gè)目標(biāo)體合并操作之后,再依次完成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架和機(jī)架的合并,在RecurDyn中處理后的模型見(jiàn)圖11。

圖11 RecurDyn處理后的模型

4.2 裝配平臺(tái)約束的創(chuàng)建

承載平臺(tái)在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架上轉(zhuǎn)動(dòng),兩端有軸承支撐,因此在2個(gè)軸承支撐位置分別建立旋轉(zhuǎn)副。在氣缸蓋裝配過(guò)程中翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架在機(jī)架上移動(dòng),因此在4個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊和滾動(dòng)導(dǎo)軌之間分別建立移動(dòng)副。由于滾動(dòng)導(dǎo)軌中存在摩擦,因此根據(jù)機(jī)械手冊(cè)中的計(jì)算實(shí)例,設(shè)置導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1,靜摩擦系數(shù)為0.2。

完成裝配平臺(tái)中約束的建立后,為使模型能夠按照裝配氣缸蓋時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng),還需對(duì)其定義驅(qū)動(dòng)。根據(jù)裝配平臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性,承載平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架的平動(dòng)均采用三次多項(xiàng)式逼近赫維賽德(Heaviside)階躍函數(shù)模擬。函數(shù)定義為:

(1)

式中:x為橫坐標(biāo)的自變量;x0為自變量的起點(diǎn)值;h0為階躍起點(diǎn)處的函數(shù)值;x1為自變量的終點(diǎn)值;h1為階躍終點(diǎn)處的函數(shù)值。

完成使承載平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)一周的step函數(shù),編輯好的step函數(shù)中的時(shí)間和速度關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 旋轉(zhuǎn)副step函數(shù)關(guān)系表 s

完成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)移動(dòng)到裝配平臺(tái)最右端和回歸最初位置的函數(shù)表達(dá)式編寫,編輯好的step函數(shù)中的時(shí)間和速度關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 平移副step函數(shù)關(guān)系表 s

完成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)和平動(dòng)的函數(shù)表達(dá)式編寫后,分別添加到承載平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)副和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架的平移副中,至此,完成了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的模型前處理。

4.3 平移副仿真結(jié)果分析

對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真計(jì)算前,設(shè)置仿真的時(shí)間為40 s,輸出步數(shù)為500,其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。平移副仿真結(jié)果反映的是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在裝配平臺(tái)機(jī)架直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的特性。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所需驅(qū)動(dòng)力曲線見(jiàn)圖12,所需最大驅(qū)動(dòng)力為2 860 N,此過(guò)程為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),勻速運(yùn)動(dòng)階段所需驅(qū)動(dòng)力為1 209 N。

圖12 平移副驅(qū)動(dòng)力曲線

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,加速時(shí)間會(huì)對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的功率產(chǎn)生影響,輸出翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程的功率變化曲線,見(jiàn)圖13。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大功率為387 W,所選電機(jī)的額定功率為 1 kW,驅(qū)動(dòng)電機(jī)滿足裝配平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。

圖13 平移副驅(qū)動(dòng)功率曲線

為研究導(dǎo)軌摩擦力對(duì)驅(qū)動(dòng)力和功率的影響,取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)的變化范圍為0.1～0.2,靜摩擦系數(shù)的變化范圍為0.2～0.3,對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行多組仿真分析。由表4可知,動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)數(shù)值增大,都會(huì)導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,最大驅(qū)動(dòng)力和最大功率增大。在動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)取值最大時(shí),滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)對(duì)比仿真

4.4 轉(zhuǎn)動(dòng)副仿真結(jié)果分析

通過(guò)改變翻轉(zhuǎn)時(shí)的最大速度以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)加速和減速的時(shí)間,對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。取翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)時(shí)的最大角速度分別為π/6、π/4、π/3 rad/s,對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為500、750、1 000 r/min,翻轉(zhuǎn)速度由0加速到勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間分別取0.3和0.6 s,共6組數(shù)據(jù),根據(jù)6組數(shù)據(jù)加速時(shí)間和最大角速度,編寫轉(zhuǎn)動(dòng)副step函數(shù)。對(duì)6組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。仿真結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 仿真結(jié)果對(duì)比

由仿真結(jié)果對(duì)比可知,轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度和加速時(shí)間對(duì)最大驅(qū)動(dòng)扭矩都有影響,承載平臺(tái)的最大角速度越大,加速時(shí)間越短,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所需的驅(qū)動(dòng)扭矩越大,因此,轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度不宜過(guò)大,加速時(shí)間不宜過(guò)短,否則翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)扭矩會(huì)超過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定力矩。

選取承載平臺(tái)的最大角速度為π/4 rad/s ,加速時(shí)間為1 s。以此最大角速度和加速時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng),重新編寫轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)函數(shù),對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。其轉(zhuǎn)動(dòng)副的加速度結(jié)果曲線見(jiàn)圖14,最大加速度的數(shù)值為1.18 rad/s2。

圖14 轉(zhuǎn)動(dòng)副加速度曲線

轉(zhuǎn)動(dòng)副所需驅(qū)動(dòng)扭矩的數(shù)值隨時(shí)間變化見(jiàn)圖15,其最大驅(qū)動(dòng)扭矩為67.6 N·m,小于所選驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定力矩,且留有足夠安全裕度。根據(jù)裝配平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果,可知裝配平臺(tái)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在氣缸蓋裝配過(guò)程中滿足使用要求。

5 結(jié)論

(1)本文通過(guò)分析柴油機(jī)氣缸蓋的裝配工藝,規(guī)劃了裝配平臺(tái)裝配動(dòng)作流程,確定裝配平臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)以及翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總體設(shè)計(jì)方案,使柴油機(jī)氣缸蓋可在裝配平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)和平移。

(2)利用有限元分析軟件對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)架、承載平臺(tái)進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析和優(yōu)化仿真。根據(jù)仿真結(jié)果,對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),機(jī)架結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后,機(jī)架的最大變形量由原來(lái)的0.059 6 mm降低到0.012 3 mm,定位板的質(zhì)量減小了約19.19%。

(3)利用RecurDyn軟件對(duì)裝配平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析,模擬了裝配平臺(tái)在氣缸蓋裝配時(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。根據(jù)實(shí)際工況的摩擦系數(shù)變化范圍進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真分析。設(shè)置多組翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過(guò)程仿真數(shù)據(jù),驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在各種工況條件下均滿足設(shè)計(jì)要求,保證了驅(qū)動(dòng)裝置正常的工作性能。