重庆理工大学毕业论文 活塞环斜端面全自动磨床上料装置的设计
1 概 述
1.1 课题国内外现状
在激烈的市场竞争中，企业的分化、改组；全球金融危机的蔓延。部分活塞环行业机制转换快、决策正确，迅速摆脱困境、走出低谷，在激烈的市场竞争中占有一席之地，如仪征双环、安庆帝伯格茨、福建东亚、南京飞燕、长沙正圆、石家庄金刚集团和福州奥托帕斯等活塞环企业在国内市场上占有较大的市场份额，具有很强的市场竞争力。也有的企业经营机制转换慢、决策水平低、在资不抵债的沉重包袱中破产，如广东、湖北、江苏、四川、云南等地的一些活塞环企业；还有的企业难以摆脱困境而等待被兼并或破产。
首先产品离不开设备，我国活塞环产品加工设备的自主设计能力较弱，多为国外产品的改版或引进国外设备，这样以来使得投入成本大大增加。安庆帝伯格茨活塞环有限公司销售部部长周曙光认为，国内活塞环企业在技术研发方面仍与国外仍存在一定差距，表现在四个方面：一是在材料和表面处理方面，国内企业基本上没有创新能力；二是在产品台架验证方面，国内企业刚刚起步；三是国内企业缺乏产品设计经验，近几年才开始积累各种数据；四是国内工艺水平受设备影响较大，复杂产品很难保证生产能力。就以上几点我们只分析关于设备的问题，目前国内市场上的活塞环斜端面磨床产品老旧，部分企业考虑到成本问题便没有更新设备。虽然近年来我国的活塞环产品质量明显见好，价格大为降低。但是国外产品的总体水平和质量终究还是比国内的要好，但价格却较贵。他们的斜端面磨床比我国磨床先进很多，而且多为数控机床，它们采用全自动上、下料装置。生产率极高，当然它的价格也较贵。由此看来，看似一个简单的活塞环，当比较成本投入和产品的生产效率时它就变得复杂起来。
就其机械加工方面，国产活塞环无论在活塞环的表面粗糙度、尺寸公差、最薄厚度及环径最小直径尺寸以及自动化程度均与国外先进的活塞环磨床（如V-5C）差距较大。例如德国格茨公司(GOETZE)、日本理研公司(RIKEN)、日本活塞环公司(NPR)，日本帝国活塞环公司(TP)、美国密封动力公司、美国正圆公司和韩国柳成活塞环公司等十大公司。他们的特点是加工设备主要用多工序组合机床，一台机床可加工3-5道工序，多数设备组成生产线实现了全自动化加工，生产效率和加工精度都很高。使得我们不得不自主研发高效率、高精度、高自动化的活塞环机加设备，进行专业设备研究，开发行业专用设备，提高生产效率，使我们的设备能更多的走向国外市场。 1.2 研究意义
活塞环分为气环和油环两种。活塞环的作用可分为：密封气体；均匀分布气缸壁上的润滑油，并防止润滑油窜入燃烧室；导出活塞上的热量；支承活塞，防止活塞直
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接与气缸壁接触。活塞环工作的好坏直接影响发动机的性能、工作可能性和使用寿命。活塞环—气缸体是发动机中主要的摩擦副之一，也是工作条件最为恶劣和磨损最为严重的摩擦副，这样一来活塞环的使用寿命均不长，报废率很高，市场也就需要更多的活塞环。
活塞环出口量增加，是活塞环销量增加的重要原因。由于国内活塞环产能充裕，产品价格相对较低，吸引了东南亚、中东、非洲和俄罗斯等国家和地区很多企业到中国采购。此外，欧美日韩等国的企业利用中国廉价劳动力，将中低档次的活塞环生产转移到中国。这就给中国活塞环企业带来了前所未有的发展机遇。国内活塞环新技术还处于探索阶段，虽然各种技术本身已经成熟，但运用到活塞环上还需要做大量研究、试验。各种新技术各有利弊，关键要解决加工设备问题。国内活塞环企业基本依靠引进国外设备及技术来提高自身的生产能力。我们可以买到国外的图纸、工艺、设备生产线，但我们的设计思维仍停止不前。国内企业必须加强自主研发，掌握各项技术原理，致力于新技术研究，走高端技术的路线，主动推进新技术在整机上应用，彻底解决难题。
本课题的研究目的是设计活塞环的上料装置实现磨床上料装置的全自动化，不一定设计为数控机床使用，即设计一个简单的上料装置既能实用于普通机床又能稍加修改后能实用于数控机床。只有通过提高零件的上料效率才能提高活塞环的加工效率，从而实现整机的自动化程度，在保证效率的同时还要保证加工精度。在活塞环价格极为便宜的今天，只有高效率的生产出高质量高精度的活塞环才能产生利润。 1.3 发展趋势
在当今的机械加工行业中，行业的生命周期都是由起步阶段、过度阶段、成长阶段、成熟阶段四部分组成。汽车工业的迅速发展，带动了我国汽配业以前所未有的速度向前发展。活塞是汽车发动机内重要组成部分，发动机则被称为汽车的心脏，活塞行业的发展直接影响到汽车产业的进一步发展。由于汽配业的市场需求大幅度上扬，所以活塞的需求量也同步增长，活塞行业迎来了一个有利的发展机遇。目前，国外活塞厂家纷纷到国内开拓市场，国内专业活塞厂也陆续兴建、扩建和更新改造。随着WTO的加入，国际贸易门坎降低以及发达国家调整产品结构，中国正逐渐成为世界上最大的加工厂这一趋势的显现，活塞产品的加工制作面临更大的发展空间。要抓住这一战略机遇，加快发展国内活塞行业。2009年，经过金融危机的筛选，余下的活塞生产行业正处于一个非常有利的发展时机。相信经过我们共同的研究学习，我们自己的设备赶上国外先进生产商的技术水平将为期不远。
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2 活塞环介绍
2.1 活塞环各部分名称
首先活塞环必需要开口，这样才能把活塞环装在活塞上面，其次活塞在工作时要发热，金属发热会膨胀，开口给活塞环一个伸缩量，活塞在工作时活塞环与缸壁之间有磨损，活塞环张开保持与缸壁之间的紧密配合。
如下图所示。活塞环切口基本上有3种形式：直切口、斜切口和梯形切口，其中用得最普遍的是直切口。
图（1） 活塞环 图（2）活塞环切口形状
2.2 常见活塞环断面形状
a)矩形环 b)锥面环 c)桶面环 d)内切槽环 e)下切槽环 f)内伞环 g)双面梯形环 h)单面梯形(楔形环)
图（3） 活塞环断面形状
矩形环：断面呈矩形，制造简单，广泛采用。
锥形环：将工作面制成小锥度以提高表面接触压力，有利于是磨合密封，并有一
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定的刮油作用。锥形环用肉眼不一定能看出锥角，所以一定要做标记，不能装反。正确安装应是正锥形，其锥顶向上。
扭曲环：凡环内外切角、切槽均是扭曲环。由于环内、环外切角或切槽扭曲方向不一，而安装后要求扭曲呈正锥形，所以安装扭曲环时，环内切角或切槽面须向上，环外切槽面向下。
桶形环：桶形环表面呈桶形，其优点是能更好地适应短裙活塞在气缸中摆动，使之更好地与气缸和活塞相配合。
梯形环：梯形环断面呈梯形。其在环槽内作径向运动时，侧隙发生变化，能将槽中的沉积物挤出，从而提高抗结胶能力。 2.3 活塞环材料
常用活塞环材料有：合金铸铁、球墨铸铁、不锈钢、合金钢、弹簧钢。
3 设计分析
3.1 设计说明
活塞环行业虽是一个历史悠久的行业，但目前本课题研究的方向并不常见，就活塞环磨床上料装置来讲，国内的设备在上料装置这一方面考虑得较少，把重心都放在磨床磨削加工上面去了，要么就是手动放置活塞环，要么就是一些简单的上料装置。无论是图书馆纸质资料还是网络资料，都基本没有与本课题直接相关或相近的话题。所以在本次设计中个人认为最大的难点是资料的缺乏，收集相关资料非常不容易，且整个装置是牵一发而动全身，因此在各个零件的尺寸设计和计算上工作量较大，若有其中一个零件尺寸的改变，其他零件几乎都得改变。
本次设计主要研究方向为活塞环断面形状为直切口的活塞环，但稍加修改便能适用于所有活塞环磨床的上料。另活塞环加工的是一种小规模，小受力的零件，计算校核相对来讲较少（仅校核标准件），根据设计的结果得知部分零件的形位公差允许量较大。因此本课题着重研究机构的设计和说明各个零部件的设计思路与各零件运动过程。根据课题要求的设计目的，设计出的机构装置较复杂，且设计的零件数目较多，整体尺寸较大，需三维实体模型配合二维图纸来表达。因此本论文三维图和二维零件图均较多。
图纸软件版本为：AutoCAD 2008；三维建模软件版本为：UG 5.0。 3.2 任务要求
设计一台活塞环斜端面全自动磨床上料装置，完成活塞环加工中的自动上料，使
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操作方便、快捷、可靠。
根据设计任务的要求作出各自的设计方案：
1， 一次性装载量设计为240片（3mm）或工件备料总厚度为720mm）； 2， 活塞环的加工直径范围设计为50mm~180mm； 3， 活塞环的加工轴向厚度范围设计为1mm~7mm； 4， 送料机构采用电机与丝杠送料；
5， 定位精度设计为由专用夹具和电磁铁吸盘来保证。
3.3 设计的机构简图
图（4） 机构简图
动作简述：
活塞环毛坯放置在V型槽中，后端为送料推板，前端为限量挡板，送料推板与丝杠螺母相连接，丝杠通过联轴器与力矩电机连结，推料挡板推动所有的活塞环直到限量挡板一端，限量挡板与V型槽间的缝隙刚好为一片活塞环的轴向厚度，此时电机停止工作，气缸带动径向铡刀向下运动，将活塞环推入收圆凹槽内直到喇叭型圆筒，此时铡刀回到原来位置，轴向气缸开始运动，带动推力环将喇叭型收圆筒中的活塞环推入到专用夹具中，活塞环的缺口收圆工作在凹槽和喇叭筒中移动时完成；专用夹具中的活塞环被主轴上的电磁吸盘吸紧，即完成定位，便开始磨削工作。
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