氮气弹簧零件装配机构设计

摘  要：隨着工业的不断发展，氮气弹簧的使用越来越多，对于氮气弹簧的寿命要求也是越来越高，其中氮气弹簧的密封性是影响氮气弹簧寿命的主要因素，氮气弹簧的密封件主要分布在氮气弹簧柱塞套上。目前氮气弹簧柱塞套密封件的安装还是传统手工安装，会很大程度上影响氮气弹簧的密封精度。为提高其精度，本文主要是对柱塞套密封件的自动化装配机构进行设计。该装配机构结构简单，维护方便，具有一定的安全性。

关键词：氮气弹簧;密封件;自动化

常规的弹性元件结构尺寸较大，使机械零件的尺寸也会变得较大，这样不仅会增加占地面积还会增加经济成本。平常的弹性元件有的需要预紧，才会有弹力;有的在工作行程变化的时候会发生弹力不稳定。对于精度要求较高的场合，显然是不能满足要求的。所以，需要研究出一款新的具有弹性功能的元件，这种元件要有非常完善的性能，能够替代常规弹性元件，又有普通弹性元件所不具有的功能，它就是氮气弹簧。目前，氮气弹簧的应用广泛。但氮气弹簧的组装采用的还是传统的安装方式，这种安装方式效率低、生产强度大、装配精度也较低，很难满足目前的市场需要。现设计氮气弹簧的自动装配设备可以弥补以上缺陷。

1氮气弹簧柱塞套

氮气弹簧的主要密封件分布在柱塞套上，具有密封和导向功能。

柱塞套安装密封件的尺寸有：当柱塞尺寸为D=50mm，L1为防尘密封圈安装尺寸=5.3mm，L2为导向环安装尺寸=5.6mm，L3为U型密封圈安装尺寸=7.0mm，L4为O型密封圈安装尺寸=5.0mm。

2 氮气弹簧柱塞套随形夹具设计

夹具选择仿形挡板固定，确定氮气弹簧柱塞套的直径为50mm，夹具的相应尺寸根据柱塞套的直径定制。

工作原理：主要可以通过气动系统控制，通过预先设定好的压力以及通过管路施加到压板上，由压板通过弹簧在传递给挡板。然后使柱塞套能够夹紧。

弹簧受到压缩时，会受到导轨滑动产生的阻力和其它一些阻力。这些阻力的大小约为10N，使夹具挡板能够来回运动。初始压力的大小设为20N，弹簧的预计压缩高度为15mm。

3上料机构

上料机构是将密封件移动到规定位置，并通过压缩机构将其安装在柱塞套中。上料机构主要有供料、推送两个部分组成。密封件通过仓匣到推板通过气缸将其移动到规定位置再将其脱离。此种设计方案比较简单设计方便，只需根据密封件的不同尺寸更换仓匣、固定座和推板即可。

上料机构相关尺寸：空气缸安装板30×80×5，推料安装板70×100×5，推料板50×70×5，推料挡板100×5×10，送料板50×20×3，仓夹50×90，螺钉M10×15。

4撑圈机构

柱塞套材料选用的为丁腈橡胶。根据丁腈橡胶的性能参数：弹性模量=6.1N/mm  泊松比=0.5，判断出O型圈在变形之后总体积基本不变。

由于 、 已知，当δ为危险值时可以推出O型圈即将进行破坏的最大内径 和最小截面直径 。

根据O型密封圈的尺寸大小，确定撑圈机构。上料机构的密封圈通过推板机构将密封圈从仓夹分离后通过滑道送至撑圈机构的卡爪处。将气缸下移，使卡爪向外展开，达到撑圈的效果。

5压缩机构

压缩机构的主要作用是对密封圈进行变形。

压缩机构中推杆受到的阻力大小主要是由接触产生的摩擦力造成的，摩擦力的大小可由公式 得出。 为推杆与密封圈间的摩擦系数大约为0.1N，p为推杆使密封圈变形的过程中所受到的平均接触应力大小约为0.7MPa， 是推杆在密封圈变形的过程中接触长度20mm， 是密封圈与推杆的接触高度5mm。

代入数据得出：

根据计算出的摩擦力大小选取气缸。

6装配机构

装配机构选用的是O型密封圈的装配机构，其工作顺序：密封圈在上料机构中分离通过滑道到变形机构，竖直机构下移是密封圈与末端执行器装配，通过竖直、横移机构的相互作用使密封圈运动到柱塞套内，通过脱料板是密封圈与装配机构分离。

7润滑油自动喷涂

设计出自动润滑装置，使润滑油在其内部更加均匀。在润滑装置头部装一个红外装置，用于检测与柱塞套的距离。

柱塞套内径尺寸为30mm，润滑装置头部距离柱塞套的距离为H。需要的高度根据公式：

代入相关数据得H=19.548mm。

8下料机构

下料机构主要由横移部分、竖直部分和下料夹指组成。它的功能主要是通过各机构相互运动将柱塞套从夹具上取下。

9总装配机构

由上料机构、变形机构、撑圈机构等组成柱塞套密封件装配机构。

工作流程：通过夹具对柱塞套进行夹紧，经过电动机控制转盘转动到设定好的工位上。安装O型圈和防尘圈，由上料、撑圈、装配机构对其进行安装到柱塞套内。下料是由下料机构将柱塞套从夹具上取下。

10总结

该氮气弹簧零件装配机构根据柱塞套密封件传统安装方式确定相应的工位。

整个设计机构有如下优缺点：优点①机构设计简单，制造成本不高。②机构维修方便。③提高产品的质量。④降低人力成本。⑤提高生产者的安全。缺点①运行周期较长。②如果机器的某个机构损坏，机器将不能生产，会影响其运作效率。

参考文献：

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[3]常镭民.马金虎.U型渠成型机的设计[J].新型工业化.2017.17（7）：19-22.

作者简介：杨慧（1979.8.22——），汉族，女，安徽合肥人，硕士研究生，安徽文达信息工程学院 智能制造学院讲师，主要研究方向：机械工程F80849DF-0E0D-4572-BCF0-165EECEBDB69