球笼卡箍自动装配机机械结构设计

冯晶晶，叶金铎

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

球笼卡箍自动装配机机械结构设计

冯晶晶，叶金铎

（天津理工大学 机械工程学院，天津 300384）

介绍了一种球笼卡箍自动装配机，讲述并分析其工艺流程以及实现其工艺工程的主要机械结构。该自动装配机能很好地解决人工装配效率低的问题。

自动装配；机械结构；球笼卡箍

0 引言

目前汽车装配线上的球笼卡箍装配多是人工装配，效率低，往往是整条半轴装配线上时间最长的一道工序，这样就会影响装配生产线的节拍。而且不锈钢卡箍由于壁较厚，强度较大，在装小端卡箍时弯成小圆很难，造成装配困难。另外拉紧式卡箍（又称万能卡箍），由于受装配工具的影响，拉紧后折弯容易出现反弹，产生装不紧现象。本文介绍的球笼卡箍装配机是根据天津某汽车零部件公司的要求而设计研发的，实践表明该设备运行稳定，未出现装不紧的现象，能够满足生产节拍的要求，减轻了装配工人的劳动强度，提高了生产效率。

1 装配工艺设计

自动机械实际上是模仿人工操作的各个动作设计组合而成的[1]。我们根据人工装配卡箍的过程设计了装配工艺。在介绍装配工艺前有必要了解卡箍的结构（如图1所示），该卡箍为双耳结构，拉紧卡箍带使其进入卡箍耳之间，通过双耳压紧卡箍带，从而起到抱紧的作用。

图1 卡箍结构

其具体装配工艺如下：1.推卡箍带，通过外力将卡箍带推入卡箍双耳之间；2.夹卡箍耳，通过外力使卡箍双耳变形夹紧卡箍带；3.压卡箍耳，虽然第二步已经将卡箍带推入了双耳之间并夹紧，但夹紧力不够，所以要用压头再一次将卡箍双耳压紧。经过上述装配过程后卡箍的状态如图2所示，卡箍带、卡箍耳和卡箍紧紧地贴在一起。

图2 卡箍结构锁紧状态

2 推卡箍带的机械结构设计

如图3所示，将卡箍带推入卡箍双耳之间的理想路径是一曲线运动，为了便于机构的设计和简化机构，我们将推卡箍带的动作分解成两步：直线推卡箍带和摆动推卡箍带。

图4是机构具体结构，其中气缸2通过连接架带动推杆3和气缸1一起向前运动完成直线推卡箍带的过程。接着气缸1推动连杆，使其绕着旋转中心5摆动。气缸1是铰链式安装，能够缩短运动链，节省安装空间[2]。在推卡箍带的过程中，推头和卡箍接触有摩擦，为了减小推卡箍过程中的摩擦，可将滚动轴承4作为推头，使滑动摩擦转换成滚动摩擦。气缸1和气缸2都设置有限位调节机构，可根据实际情况调节直线推和摆动推的行程，使卡箍带顺利进入卡箍双耳之间。

图3 推卡箍带过程

图4 推卡箍带机构

3 夹卡箍耳和压卡箍耳的机械结构设计

为了保证设备的可靠性，降低机构的复杂程度[2]，将夹卡箍耳和压卡箍耳两个工序的动作融合到一个机构中。如图5所示，气缸1推动移动凸轮2向前运动，夹爪4绕着旋转中心3转动，当凸轮轮廓的最高峰与滚子接触时两夹爪之间间距最小，此时夹紧卡箍耳；气缸活塞杆继续向前运动时，凸轮轮廓最高峰越过滚子，夹爪开始张开，压头5继续向前完成压紧卡箍耳的动作。在设计凸轮时要特别注意凸轮轮廓最高峰到压头的距离L1和滚子中心到夹爪前端面的距离L2，为了避免夹爪处于夹紧状态时压头和夹爪相撞要保证L2＞L1。另一个在设计中要注意的地方是：气缸的行程要大于L3（气缸缩回状态下凸轮最高峰到滚子中心的距离），以确保夹爪能够夹紧卡箍耳。

根据上述所设计的结构能巧妙的将两种动作由一个机构完成，这样大大简化了机构的复杂程度和节省了空间。

图5 夹、压卡箍耳机构

4 取料机构

取料机构主要由转轴、摆臂和夹爪气缸组成，具体结构如图6所示。转轴1和摆臂3连接成一体，固定在摆臂上的气动夹爪4夹住工件，由旋转气缸2驱动转轴将工件取出。

图6 取料机构

5 整机布局

该设备的整机布局如图7所示，采用了框架式焊接机架，能够节省加工成本和缩短生产周期。夹、压卡箍耳机构（图示1、2）和推卡箍带机构（图示3、4）分别布置在工件夹具的左侧和右侧，两者在PLC控制下协同工作。夹、压卡箍耳机构和推卡箍带机构都上下布置了两套，这样可以同时完成球笼防尘套上的大、小端两个卡箍的装配，提高了装配效率。该设备为人工上料，在该设备的上一工序已由人工将大、小端卡箍装到防尘套上。装配完成后由卸料机构5取出。设备机架的上下侧装有安全光幕，防止设备工作时对工作人员的伤害。

图7 整机装配图

6 结束语

目前本设备已交付用户使用，其性能已达到设计要求，并得到用户的一直好评。本文虽然介绍的是球笼卡箍的装配机，但对于其他功能的装配机本文的设计思想也有参考价值。

[1] 李绍炎.自动机与自动线[M].北京:清华大学出版社.

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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

冯晶晶（1992 -），男，硕士研究生，研究方向为机械设计。