基于阀芯装配的一种多配合面机构探讨

吕丹　李阳　宋雪

【摘 要】此种结构具有较强延展性，能用于今后类似结构尺寸下，即：尺寸较小，多配合面，装配精度高、工件易损，外力无法实现的装配中，结构简单能很好的实现功能的前提下节省设计时间和设计成本。以最精简的结构达到最满意的结果。

【关键词】阀芯；装配；机器人；自动化

0.引言

在当今社会，机器代替人类，自动代替手动是这个时代的趋势。但对于某些高精度多配合装配采用自动化装配往往会遇到很多难题，诸如，对结构产生损害，装配不合格，对加工精度高的配合面造成划伤，从而导致装配后无法使用或装配废品率居高不下。

在自动化装配过程中通常我们会借助外力（摩擦力、弹力、压力、拉力等）作用达到我们预期的装配效果。然而对于某些特定环境、特殊工况下，单纯依靠外力并不能实现我们理想的结果，更有甚者带来不必要的麻烦（废品率过高、损伤待装配件等）。

手工装配过程中，人为操作下，虽然能保证其装配精度要求，但工作量大，效率低，不适于当今社会的主流方向。但机械自动化装配由又不能确保其装配精度，所以怎样将两者有效的结合是不小的难题。

1.基本设计理念

一种无法忽视的力—重力。在阀芯的装配过程中无法或很困难实现时，我们可以考虑通过导向套连接压杆，当电磁铁断电后，压杆结构由于自身所受重力作用，垂直向下，将自身重力势能转化为动能作用到阀芯上，阀芯受力沿导向套垂直进入阀体内腔，如若未到达安装位置时，电磁铁通电，将压杆机构垂直吸回，然后断电，重复之前操作，直到达到安装效果。

此装配过程可根据设计结构和不同装配件进行多种调整，如果待装配件配合间隙过小，可重复操作。当由于加工或者某些不可预知的状况造成阀芯尺寸过大或者阀体内腔较小。阀体、阀芯相对尺寸形成过盈配合时，若按以往采用外力直接压装进入时，不但不能达到安装效果，而且还会损坏阀芯、阀体。对客户造成一定的损失。此结构却避免此种状况的发生。当产生以上不正常装配时，电磁铁断电后压杆机构垂直下落，当压力作用到阀芯上后，阀芯并不能装入阀体内腔，而此时，压杆停止运动，导向套继续下落，压杆相对于导向套向上运动，并没有将更多的力施加到阀芯上，而阀芯所受到的力仅仅是压杆自身重力而已。对结构没有产生影响，对工件也没有造成损伤。

此结构由长行程推拉式电磁铁（以下简称电磁铁）提供动力源，安全稳定环保，使用寿命长，节省资源。

压杆导向套、压杆（可根据装配需要选择不能尺寸、不同材料从而达到安装所需压力及相关特定要求）阀芯导套、阀芯导向套托、阀体固定座。

阀芯导向套根据不同阀芯的尺寸要求设计一种带导向适用于多种阀芯兼容的内部结构，既能很好的实现导向作用，亦能避免阀芯卡滞于套孔中。

2.工艺流程

一号机器人从料盘抓取一个阀体将阀体垂直固定于旋转台面的定位座中（四工位中其一），然后去抓取下一个阀体，此时旋转工作台转动，此工位定位座中的阀体旋转到阀芯装配工位，左侧垂直气缸伸出，阀芯导向套垂直安装定位到阀体中，二号机器人从料盘抓取阀芯将阀芯垂直停滞在阀芯导向套上端，机器人打开手指，阀芯垂直沿阀芯导向套下落，固定停靠在阀体上端。电磁铁通电将压杆结构吸起，水平气缸将压杆机构推出垂直停滞于阀芯导向套上端，待停稳后电磁铁断电，压杆机构由于自身重力作用垂直下落（此时并无其他外力），根据机械能守恒定律mgh=mv2/2以及动量守恒定律 m1v1=m2v2，阀芯获得速度沿阀芯导向套及阀体内腔垂直滑入。

当1号光纤传感器检测到信号后，说明此时阀芯成功安装到指定位置，电磁铁通电将压杆机构垂直吸起，当2号光纤传感器检测到信号后，说明压杆机构已经成功吸取到位，水平气缸缩回到初始位置后（此对光纤传感器非常重要，防止压杆机构由于一些原因无法正常吸回，以致水平气缸缩回时造成压杆机构以及电磁铁损坏），信号反馈，电磁铁断电，整套机构回到初始状态。垂直气缸缩回，将阀芯导向套托起，阀体旋转台转动，将装配合格品旋转到下一工位，同时将下一个阀体旋转到阀芯装配工位，重复之前装配操作。

当1号光纤传感器没有检测到信号时，说明此时阀芯并没有成功安装到指定位置，电磁铁通电将压杆机构垂直吸起，待2号光纤传感器检测到信号后，电磁铁再次断电，重复之前操作，直到成功达到装配要求。特别注意：多次装配操作要根据具体需要情况而定，当工件加工精度、装配条件以及节拍满足设计要求时，1～2次即可。当装配间隙较小，或者工件相对粗糙时，可酌情增加次数，切不可无限增加，从而导致阀芯、阀体损坏，或者即使装配成功，但阀芯、阀体安装过紧，工件仍然不能正常实现其机能。

3.结构特点

结构简单，方便设计安装调试，电磁铁提供动力源，安全稳定环保，使用寿命长，节省资源。压杆结构采用上下多种连接套组成，导向性能好，保证同轴度，使安装精确，且外观美观。不采用其余外力（气缸、电机、弹簧等）加载在阀芯上，仅依靠压杆自身重力，阀芯受力柔和，便于安装且效果非常之好。

4.结束语

本文介绍了以阀芯和阀体装配为例，说明了装配的特点和基本结构，该结构为尺寸较小，多配合面，装配精度高、工件易损，外力无法实现的装配零件提供了一个简单、高速、便捷的装配方法，这种结构不仅可以快速准确的安装零件，而且不会损伤，提高了企业的生产效率和竞争力。 [科]

【参考文献】

[1]李绍炎.自动机与自动线[M].北京：清华大学出版社，2007.2.

[2]马秋生，杨建伟，王宁侠.机械设计基础[M].机械工业出版社，2005.12.