車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真[三維UG]【含圖紙】
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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 ( 論 文 ) 題目:車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號: 0923056 學(xué)生姓名: 黃宇流 指導(dǎo)教師: 林承德 (職稱:教 授 ) (職稱: ) 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文) 車門玻璃升降 器的設(shè)計及運動仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所 取得的成果,其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(論文)中特別加以標注 引用,表示致謝的內(nèi)容外,本畢業(yè)設(shè)計(論文)不包含任何其 他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級: 機械 92 學(xué) 號: 0923056 作者姓名: 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題: 1、題目 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 2、專題 滑門電動玻璃升降器的逆向設(shè)計及運動仿真 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源:江蘇省蘇州奧杰汽車技術(shù)有限公司 選題依據(jù):根據(jù)某車型使用 UG 逆向設(shè)計一款電動玻璃升降器 三、本設(shè)計(論文或其他)應(yīng)達到的要求: 設(shè)計適合某車型的電動玻璃升降器。 用 UG 軟件建立玻璃升降器的三維模型,并對其運動仿真,校核 升降器布置是否合理,檢查各部件之間是否干涉,優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 查閱文獻 15 篇以上,并有不少于 8000 字符的外文資料譯文。 完成開題報告。 中文摘要在 400 字以內(nèi),有 34 個關(guān)鍵詞,外文摘要在 2000 字符左右。 至少完成 A0 圖紙 4 張和一份 1 萬字以上的設(shè)計計算說明書。 I 四、接受任務(wù)學(xué)生: 機械 92 班 姓名 黃宇流 五、開始及完成日期: 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(論文)指導(dǎo)(或顧問): 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 車門玻璃升降系統(tǒng)是汽車車門系統(tǒng)重要組成部分之一,其質(zhì)量的好壞將直接影響到 整個車門系統(tǒng)乃至整車的安全性。該系統(tǒng)主要功能是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、能隨意停 位,同時具備良好的密封性。本 文 討 論 了 在 汽 車 車 門 設(shè) 計 中 于 玻 璃 升 降 器 的 布 置 有 關(guān) 的 零 件 設(shè) 計 , 同 時 對 叉 臂 升 降 器 的 布 局 設(shè) 計 及 仿 真 實 現(xiàn) 進 行 了 分 析 和 介 紹 。 玻璃升降 器在車門系統(tǒng)中的車門附件。玻璃升降是實現(xiàn)轎車車門玻璃升降運動的車門附件。通過 玻璃升降器帶動玻璃托架作上下運動,從而使得車門玻璃框的導(dǎo)槽或?qū)к壸魃颠\動。 目前常用的玻璃升降器主要有叉臂式傳動和繩輪式傳動兩種常見結(jié)構(gòu)型式。后者能夠適 應(yīng)玻璃在大曲率的弧形升降面上移動。此外有手操縱式卒電動兩種操縱方式。車門設(shè)計 和布局中正確選擇和布置玻璃升降器是保證玻璃升降操縱輕便、工作可靠的關(guān)鍵。 關(guān)鍵詞:玻璃升降器;汽車車門系統(tǒng);仿真 III Abstract Door window lift systems car door system is an important part of its quality will directly affect the entire door system and even the safety of the vehicle. The main function of the system is to ensure the smooth lifting of the door glass, random stop bit, and have a good seal. This article discusses the car door design relating to the arrangement of the glass lifter part design, layout design and simulation of the fork arm lifter to achieve the analysis and presentation. Lifters door accessories door system. Glass lift down movement of the car door glass door accessories. Lifters driven glass bay for up and down movement, so that the guide groove or rail door bezel for the lifting movement. The most commonly used glass lifter wishbone drive sheave drive two common structure type. The latter being able to adapt to lift the glass in a large curvature of the arcuate surface of the mobile. In addition, a hand operated pawn electric two manipulation way. Door design and layout. Proper selection and arrangement of glass lifter is the key to ensure that the glass lift manipulation of light, reliable Keyword:Lifters;Car door systems;Simulation IV 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 2.1 概述 .2 2.2 現(xiàn)狀分析 .2 2.3 市場預(yù)測 .2 2.4 主要技術(shù)指標情況 .3 2.5 汽車玻璃升降器的發(fā)展趨勢 .4 3 汽車玻璃升降器的結(jié)構(gòu)工作原理與技術(shù)參數(shù) .5 3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 .5 3.2 技術(shù)參數(shù)及分析 .7 4 玻璃升降器的設(shè)計方案 .8 4.1 車門玻璃參數(shù)的確定 .8 4.2 玻璃在車門上的干涉校核 .10 4.3 玻璃升降器類型的選擇 .11 4.4 車窗玻璃運行弧度的確定 .12 4.5 叉臂組件所在平面位置的初步確定 .12 5 電動玻璃升降器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .13 5.1 導(dǎo)向槽的設(shè)計 .13 5.2 玻璃導(dǎo)向與保護機構(gòu) .14 5.3 叉臂組件的設(shè)計 .16 5.4 驅(qū)動電機的選擇 .17 5.5 扇形齒板的設(shè)計 .18 5.5.1 確定模數(shù)和壓力角 .18 5.5.2 確定主動臂的角行程 .18 5.5.3 確定齒數(shù)和分度圓直徑 .18 6 升降器電子控制系統(tǒng)的設(shè)計 .19 7 電動玻璃升降器數(shù)學(xué)模型(C A D )的構(gòu)建 .21 8 電動玻璃升降器的運動仿真 .22 9 有關(guān)運動部件的數(shù)據(jù)校核 .23 9.1 運動行程校核 .23 9.2 傳動動力校核 .23 9.3 結(jié)構(gòu)干涉校核 .25 9.4 強度分析或疲勞分析 .28 10 電動玻璃升降器的基本技術(shù)要求 .29 10.1 標準 .29 10.2 外觀 .29 V 11 電動玻璃升降器的性能 .30 11.1 基本性能 .30 11.2 自鎖性 .30 11.3 耐溫度變化性 .30 11.4 絕緣介電強度 .30 11.5 耐過電壓 .30 11.6 熱保護性 .30 11.7 抗干擾性 .30 11.8 耐振性 .30 11.9 耐腐蝕性 .30 11.10 防水性 .30 11.11 耐久性 .30 12 結(jié)論與展望 .31 12.1 結(jié)論 .31 12.2 不足之處及未來展望 .31 致謝 .32 參考文獻 .33 附錄 .34 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 1 1 緒論 玻璃升降器升降運動來實現(xiàn)汽車車門玻璃門附件。玻璃電梯玻璃托架的上下運動的 驅(qū)動下沿著導(dǎo)向槽或?qū)к壸魃颠\動,使門玻璃門窗框。升降臺目前主要采用橫臂式四 輪驅(qū)動傳動和繩索兩種常見的結(jié)構(gòu)類型。后者可以適應(yīng)在一個大的弧形表面的曲率的玻 璃向下移動。另外,有手動和電動兩種操作模式。門的設(shè)計和布局。玻璃升降器的正確 選擇和安排,是為了確保玻璃升降操縱輕便,可靠的鍵。 作為運動部件的門系統(tǒng),只是身體外面的電路板空間和布局相關(guān)的電梯,并且在門 軌道的兩側(cè),外玻璃含水,密封件具有一定的相關(guān)性。系統(tǒng),尤其是外門和玻璃門的形 狀初步確認后,需要和玻璃電梯門系統(tǒng)的布局和分析相關(guān)的組件。 因為如果空間布局升降臺的不適宜在實際過程中,經(jīng)常會遇到追趕玻璃升降,抖動, 幀關(guān)車門導(dǎo)軌等。往往也意味著運動不順暢,在整個運行過程中的某一行或靜態(tài)或動態(tài) 的機械條件狀況不佳的位置。反映在現(xiàn)實中出現(xiàn)的型式試驗(壽命測試)失敗或部分失 敗,在使用過程中,如叉車的手臂長臂,短臂的磨損,滑輪葫蘆鋼絲繩斷裂。 要解決這些問題外可能存在的門板需要附件布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計的升降臺,充分考慮其 布局是合理的,應(yīng)采用計算機輔助分析。合理安排升降機門系統(tǒng)的位置和需要解除門的 設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計時產(chǎn)生的玻璃電梯配件相關(guān)的系統(tǒng)布局和考慮。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 汽車玻璃升降器 2.1 概述 電動玻璃升降器在我國誕生于 90 年代初,是轎車作為生產(chǎn)資料向消費資料變化的一 個特征。最早開始應(yīng)用在桑塔納普通型的選裝車上,稱為豪華型轎車,以后在奧迪、捷 達、富康等轎車上都開始選裝電動玻璃升降器。由于電動玻璃升降器比傳統(tǒng)的手動玻璃 升降器具有許多優(yōu)越性,它運行平穩(wěn),調(diào)節(jié)自如,不需要人力,給駕駛員和乘員帶來一 種舒適感和安全感。汽車上裝有電動玻璃升降器,給汽車帶來一種豪華的氣氛,受人喜 愛。因此,目前在中級以上轎車都將電動玻璃升降器作為一種標準配置,用以提高汽車 的配置檔次。 2.2 現(xiàn)狀分析 現(xiàn)在,國內(nèi)生產(chǎn)的中高檔轎車,例如奧迪 A6、別克君威、雅閣、帕薩特、東風(fēng)標致 307都配置了電動玻璃升降器,其他轎車和面包車也開始大量選裝電動玻璃升降器。目前, 大客車和卡車也有配置電動玻璃升降器的需求。車門玻璃升降器作為車門附件,其作用 是保證車門玻璃平穩(wěn)升降、門窗能隨時并順利地開啟和關(guān)閉,并能使玻璃停留在任意位 置,不隨外力作用或汽車的顛簸而上下跳動。因此要求玻璃升降器結(jié)構(gòu)可靠、操縱輕便 省力,并需有防止玻璃升降器倒轉(zhuǎn)的制動裝置。隨著汽車的不斷改進和發(fā)展,玻璃升降 器也由簡單的絲桿式、單臂式逐漸發(fā)展為今天的電動式。電動玻璃升降器的發(fā)展前景是 廣闊的。 2.3 市場預(yù)測 國內(nèi)主要生產(chǎn)電動玻璃升降器廠商及配套車型情況見表 2-1。 表 2-1 國內(nèi)主要生產(chǎn)電動玻璃升降器生產(chǎn)廠一覽表 產(chǎn)品名稱 企業(yè)名稱 主要車型 電動玻璃升降器 上海實業(yè)交通電器有限公司 桑塔納、別克、帕薩特、金杯、獵 豹 張家港博澤汽車部件有限公司 桑塔納、捷達、奧迪 貴州萬江電機廠 捷達、小紅旗、馬自達 鎮(zhèn)江 Rockwell 富康、切諾基 躍進集團隨車工廠 依維柯 重慶力士得繩索有限公司 雅閣 吉林省紅鉆汽車電器股份有限公司 捷達 溫州天球電器有限公司 浙江中歐汽車電器有限公司 目前電動玻璃升降器產(chǎn)品市場主要由上海實業(yè)交通電器有限公司、張家港博澤汽車 部件有限公司、貴州萬江電機廠占有。其市場占有率(手動+電動)見表 2-2。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 3 表 2-2 1999 年被玻璃升降器總產(chǎn)量即主要廠商比較表 產(chǎn)品名稱 全國總產(chǎn)量 主要生產(chǎn)廠商 年銷量 (萬只,電動) 市場占有率 (% ) 玻璃升降器 311.6 萬只 (手動+電動) 上海實業(yè)交通電器有 限公司 42.48 13.6 張家港博澤汽車部件 有限公司 26.9 8.6 中國貴航集團萬江電 機廠 2.18 0.7 “十五”期間轎車將由目前 566l 萬輛發(fā)展到 110121 萬輛;客車由 4182 萬輛發(fā)展到 5568 萬輛;卡車由 5819 萬輛發(fā)展到 106121 萬輛,玻璃升降器的發(fā)展預(yù)測見表 2- 3 表示。 表 2-3 汽車需求量及玻璃升降器發(fā)展數(shù)量 車型 2005 年需求量(萬輛) 玻璃升降器發(fā)展量(萬只) 載貨汽車 106-121 216-242 客車 55-68 110-136 轎車 110-121 440-484 總量 271-310 766-862 玻璃升降器的總產(chǎn)量從表 2-2 與表 2-3 比較可以看出,到“十五” 末將增加 2.42.75 倍,可見其發(fā)展前景是很好的。其中電動玻璃升降器的發(fā)展肯定要高于手動玻璃升降器, 其占玻璃升降器份額由 99 年的 22.8到 2007 年預(yù)計將達到 30。 2.4 主要技術(shù)指標情況 改革開放以來我國汽車行業(yè)依靠技術(shù)引進及合資,使我國汽車業(yè)的技術(shù)水平迅速發(fā) 展,相應(yīng)的汽車零部件制造技術(shù)也迅速發(fā)展。目前為上海大眾,一汽大眾配套的電動玻 璃升降器都采用了德國大眾的 TL82083 標準。為上海通用配套的電動玻璃升降器采用了 GM 公司的 1997Buick“W” -car 門窗升降子系統(tǒng)的技術(shù)要求。為神龍富康配套的電動玻璃 升降器采用了 B28 4250 的雪鐵龍標準。由于電動玻璃升降器在國內(nèi)發(fā)展很快,在國內(nèi)制 訂一個行業(yè)標準已提到議事日程,最近武漢汽車車身附件研究所和上海實業(yè)交通電器有 限公司起草制訂了 QCT636-2000 汽車電動玻璃升降器的行業(yè)標準,它綜合了國外先進 汽車企業(yè)標準,結(jié)合我國電動玻璃升降器的實際情況,在分析試驗的基礎(chǔ)上而制訂的。 這將對規(guī)范我國電動玻璃升降器的設(shè)計,制造,試驗技術(shù)起到指導(dǎo)作用。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.5 汽車玻璃升降器的發(fā)展趨勢 當前我國電動玻璃升降器的發(fā)展很快,它不但在轎車中大量配套,而且也開始在輕 型客車中大量配套。最近還有在卡車中配套的意向,其使用方便,安全,舒適的特點已 被越來越多的人接受。其配套市場的天地是廣闊的。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,電動玻璃升 降器呈現(xiàn)智能性、模塊化的發(fā)展趨勢。 為了使電動玻璃升降器保持強勁的動力,又防止在使用過程中出現(xiàn)不小心被夾住的 不安全因素,目前的電動玻璃升降器已具有一定的智能,它能使玻璃在上升中碰到一定 的阻力時,即停止上升并下降,足以防止乘客肢體不小心被夾住的小概率事件。這一功 能是靠安裝在搖窗電機中的電子模塊來完成的,上海大眾新開發(fā)的帕薩特轎車的電動玻 璃升降器就具有這種防夾功能。 另一發(fā)展趨勢就是模塊化,在國際汽車工業(yè)發(fā)展過程中,為了更好地迎合顧客的個 性化要求,降低產(chǎn)品成本,提高汽車質(zhì)量,整車廠逐漸將自制件壓縮,并盡量減少整車 廠的工作量,將整車廠的精力都放在新車型的開發(fā)上,因此提出了模塊供貨的要求,將 原來直接由各供應(yīng)商提供單個零件,由整車廠在生產(chǎn)線上組裝的生產(chǎn)模式逐步轉(zhuǎn)為由一 級供應(yīng)商承擔模塊供貨,整車廠僅作模塊組裝,這樣可大大壓縮整車廠的工作時間,加 速汽車的更新?lián)Q代。過去汽車廠是比誰生產(chǎn)線長,今后可能是生產(chǎn)線越長,效率越低。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 5 3 汽車玻璃升降器的結(jié)構(gòu)工作原理與技術(shù)參數(shù) 3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 電動玻璃升降器從其結(jié)構(gòu)特點上分,大致可分成三大類;繩輪式、叉臂式、軟軸式。 其結(jié)構(gòu)特點及配套車型如表 3-1 所示。 表 3-1 電動玻璃升降器結(jié)構(gòu)特點 結(jié)構(gòu)形式 動力源 結(jié)構(gòu)特點 國內(nèi)配套車型 繩輪式 直流微電機 由開關(guān)改變電機極性,作正反向旋轉(zhuǎn), 帶動機構(gòu)作上下運動。 由電機傳動軸帶動卷絲筒旋轉(zhuǎn),卷絲 筒帶動鋼絲繩在導(dǎo)軌上作上下運動,鋼絲 繩再帶動導(dǎo)軌上的傳動掣(用以固定窗玻 璃)作上下運動,起到升降玻璃的作用。 由電機傳動軸上的小齒輪帶動叉臂中的長臂 上的扇形齒輪在角度內(nèi)旋轉(zhuǎn),改變長臂 與短臂的夾角,起到升降玻璃的作用 直流微電機 由開關(guān)改變電機極性,作正反向 旋轉(zhuǎn),帶動機構(gòu)作上下運動。 由電機傳動軸上小齒輪帶動螺旋型 鋼絲軟軸在導(dǎo)向管內(nèi)作上下運動,軟 軸上傳動掣帶動玻璃作上下運動,起到升 降玻璃的作用。 結(jié)構(gòu)運行平穩(wěn), 噪音小,車型 適用范圍廣 低,用于車門 玻璃弧度較小 的車門 該機構(gòu)簡單, 制造工藝比較 復(fù)雜。 上海:桑塔納 一汽:奧迪 一汽:捷達 二汽:富康 上海:別克 廣州:雅閣 上海:帕薩特 包車 天津:夏利 北京:切諾基 南京:依維柯 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 3.1 車門玻璃升降器的的型式 a)單臂式;b)交叉雙臂式;c)平行雙臂式;d)繩輪式;e、f )軟軸式 1.扇形齒輪;2.玻璃導(dǎo)向槽;3.升降臂;4.小齒輪;5.彈簧;6.滑輪;7.托架;8.絲;9.齒條;10.鋼絲卷 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 7 3.2 技術(shù)參數(shù)及分析 下面將電動玻璃升降器國內(nèi)外主要技術(shù)指標如表 3-2 排列以供參考。 表 3-2 國內(nèi)外電動玻璃升降器主要技術(shù)指標 技術(shù)指標內(nèi)容 行業(yè)標準 QC/T636-2000 德國大眾 TL82083 美國 GM97Buick 雪鐵龍 B28 4250 額定電壓 12V 12V 12V 13.5V 工作電壓 11-15V 9-15V 9-16V 1016V 最大消耗電流 28A 25A 28A 25A 額定負載 按圖紙規(guī)定 80N 120N 65N,80N,100N 上升速度或上升時 間 70-200mm/s 120-180mm/s 或 3- 6s 3.01.0s 16cm/s 剩余力 按圖紙規(guī)定 15050N 178355N 300N 自鎖性 500N 500N 450N 300N 絕緣強度 550V.1MIN 750V.2s 1000V.1min 絕緣電阻 0.3M 20 M 環(huán)境溫度 -20-+70 -20-+80 -30-+75 -40-+85 防水性 IPX4 IP53 PDW5033 B30 4410(2 型) 耐久性 前門 15000 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 12500 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 14250 循環(huán) 后門 7500 循環(huán) 前門 10000 循環(huán) 后門 5000 循環(huán) 從表 3-2 的主要技術(shù)指標對比來看,我國汽車電動玻璃升降器行業(yè)標準基本上采用 了國外先進企業(yè)的標準,如按此標準制造汽車電動玻璃升降器,其產(chǎn)品可達到國際先進 水平。從表中可看出,目前別克轎車對電動玻璃升降器的技術(shù)要求是最高的,其技術(shù)指 標中額定負載大,要達 120N,剩余力最大要達 355N,其耐久性試驗中一個循環(huán)的運動 次數(shù)也是最多的,玻璃在一個循環(huán)中需運動 8 次。要達到這些指標,對電機、傳動機構(gòu) 都提出了 更高的要求。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4 玻璃升降器的設(shè)計方案 4.1 車門玻璃參數(shù)的確定 根據(jù)車門外板窗框的結(jié)構(gòu),玻璃面(兩玻璃關(guān)于 XZ 平面對稱)在整車坐標中的空間 位置(單位:mm)定義為: G1、G2、G3 玻璃曲線(圖 4.1)在整車坐標系中的坐標如表 4-1。 表 4-1 G1、G2 、G3 曲線坐標 G1 X Y Z 671.7 1499.3 1370.2 677.5 1498.3 1350.0 691.2 1495.8 1300.0 700.0 1494.2 1266.3 704.1 1493.5 1250.0 716.1 1491.2 1200.0 727.2 1488.9 1150.0 737.5 1486.7 1100.0 747.0 1484.6 1050.0 750.0 1484.0 1033.4 755.7 1482.6 1000.0 763.6 1480.6 950.0 770.6 1478.7 900.0 774.1 1477.7 873.0 G2 X Y Z 671.7 1499.3 1370.2 671.7 1500.0 1370.2 671.1 1600.0 1372.5 670.6 1700.0 1374.1 670.2 1800.0 1375.3 670.0 1900.0 1376.1 669.9 2000.0 1376.5 669.9 2100.0 1376.6 670.0 2200.0 1376.3 670.1 2278.7 1375.8 G3 X Y Z 671.7 2278.7 1375.8 677.5 2279.8 1350.0 691.2 2282.0 1300.0 700.0 2283.4 1266.3 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 9 續(xù)表 4-1 G3 X Y Z 704.1 2284.2 1250.0 716.1 2286.3 1200.0 727.2 2288.5 1150.0 737.6 2290.7 1100.0 747.0 2292.9 1050.0 750.0 2293.6 1033.4 755.7 2295.1 1000.0 763.6 2297.3 950.0 770.6 2299.4 900.0 772.6 2300.1 885.0 圖 4.1 未倒圓的車窗玻璃外形 構(gòu)建一個圓柱曲面無限逼近 G1、G3 曲線,測得曲面的半徑 R=3200mm(取整數(shù)) , 玻璃的四點坐標如下: 點 a: X=1424 Y=655 Z=1426 點 b: X=2400 Y=655 Z=1426 點 c: X=2400 Y=788.5 Z=226 點 d: X=1424 Y=788.5 Z=226 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 4.2 玻璃面 4.2 玻璃在車門上的干涉校核 玻璃與周邊件的配合情況: 玻璃左右側(cè)卡在玻璃導(dǎo)槽中,如圖 4.3 所示。 圖 4.3 玻璃與周邊件的配合 1 玻璃是嵌在滑門內(nèi)外板的縫隙中的,玻璃表面與滑門腰部外加強板的間隙為 10.8mm;玻 璃內(nèi)表面與滑門腰部內(nèi)加強板的間隙為 24.5mm(圖 4.4) 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 11 圖 4.4 玻璃與周邊件的配合 2 由圖 4.4 可知,玻璃與車門周邊件沒有發(fā)生干涉。 4.3 玻璃升降器類型的選擇 在玻璃升降器的形式選擇類型選擇上也常以車窗弧度半徑和車窗導(dǎo)軌布局位置來作 為依據(jù)進行選型。當車窗弧度半徑越小其弦高也越大(如圖 4.5 所示) ,此時布置繩輪式 升降器更符合這種類型的車門。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 4.5 玻璃弧度對弦高(Y 向竄動量 1、2、3、4)的影響 當車窗玻璃較大時可以選擇雙導(dǎo)軌形式繩輪升降器,以減少運行過程中可能產(chǎn)生的 不正常的抖動和側(cè)偏等現(xiàn)象。 當玻璃弧度曲率較小且玻璃較大而形狀不規(guī)整時,雖然從理論上而言繩輪式升降器 由于其導(dǎo)軌弧度和車窗玻璃理論運行弧度軌跡更逼近(和叉臂式相比不存在弦高現(xiàn)象) 、 運行噪音低等優(yōu)勢,但是叉臂式升降器零件數(shù)少(多為金屬鈑金件) 、加工裝配方便、使 用壽命長等因素目前仍舊被廣泛采用。 由于該車型后門玻璃半徑R=3200mm,曲率較小,面積較大且形狀不規(guī)整,根據(jù)表3- 1,選擇叉臂式玻璃升降器,同時結(jié)合客戶的要求,選擇電機驅(qū)動,確定結(jié)構(gòu)類型為叉臂 式電動玻璃升降器。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 13 4.4 車窗玻璃運行弧度的確定 圖 4.6 車窗玻璃運行弧度 如圖 4.6 根據(jù)滑門車窗的結(jié)構(gòu)可知及客戶提供的數(shù)據(jù),可知: 玻璃在 Z 向的行程 LAB=383.4mm 玻璃的半徑 R=3200mm 由勾股定理,得: sin/2=191.7/3200 玻璃的運行弧度 =2arcsin191.7/3200=20.06=0.12 弧 lAB=R=0.123200=384mm 4.5 叉臂組件所在平面位置的初步確定 為盡量減少補償弦高的差值以減少叉臂的變形量,叉臂組件所在平面布局在和車窗 玻璃運行軌跡空間圓所在平面垂直位置上。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 5 電動玻璃升降器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 導(dǎo)向槽的設(shè)計 根據(jù)玻璃的外形尺寸及在整車坐標系中的位置,兩個玻璃托架定位孔圓心在整車坐 標系的坐標為: A(X=1749,Y=783.8,Z=817.5 ) B(X=2112 ,Y=783.8,Z=817.5) 經(jīng) CATIA 測定,玻璃的重心坐標:(X=1875.7 ,Y=751.3,Z=1001.2) 。在 Z 方向重 心坐標在點 A、B 之間,能保證玻璃在升降運動時兩個玻璃托架在 X 方向給玻璃相等的 作用力,保證玻璃運行平穩(wěn)。 點 A、B 之間的距離為 363mm,則導(dǎo)向槽 A 的兩個定位孔之間距離也為 363mm,為 了不與車門內(nèi)板上的其他部件產(chǎn)生干涉,導(dǎo)向槽 A 的長度為 384mm。 圖 5.1 玻璃支撐部分斷面圖 為方便導(dǎo)向塊裝入導(dǎo)向槽,分別在導(dǎo)向槽兩端設(shè)置槽口(圖 5.2)。 左端: 右端: 圖 5.2 長導(dǎo)槽局部視圖 1 玻璃支 撐臂 導(dǎo)向塊 球頭型鉚釘 長滑槽 長圓孔 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 15 長圓孔的設(shè)置是為了在裝配時方便調(diào)整兩孔實際定位長度,防止因制造誤差造成無 法裝配。同時,為防止滑塊在導(dǎo)向槽滑動時滑出導(dǎo)向槽,在導(dǎo)向槽上設(shè)置止動結(jié)構(gòu)(圖 5.3) 。 圖 5.3 長導(dǎo)向槽局部視圖 2 導(dǎo)向槽 B 的長度定為 228mm,左端面在 XZ 平面的坐標為 X=1907mm,導(dǎo)向槽 B 的 對稱軸在 XZ 平面的坐標為 Z=585.3mm。 5.2 玻璃導(dǎo)向與保護機構(gòu) 玻璃導(dǎo)軌和窗框共同組成玻璃導(dǎo)向與保護機構(gòu)(圖 5.4) 。車門玻璃導(dǎo)軌用鋼板沖壓 或滾壓成型焊接或用螺釘連接于車門上。導(dǎo)軌內(nèi)與玻璃接觸的部位裝有導(dǎo)槽,導(dǎo)槽用橡 膠制成。導(dǎo)槽起導(dǎo)向、密封功能,行車和關(guān)閉車門時吸收玻璃的振動,避免玻璃直接與 金屬件接觸,且起到美化、減小玻璃與車門外板的高度差、降低空氣阻力的作用(圖 5.5) 。 導(dǎo)槽與玻璃接觸的表面是聚氯乙烯,為了減小玻璃摩擦部位產(chǎn)生的摩擦阻力,進行 表面處理。采用現(xiàn)在廣泛使用的方法:非植絨式,即在唇型部表面涂上尿烷,增加與玻 璃的密封性,防止在寒冷地帶的凍結(jié),有密封條的特性。 擋板 (裝 配后 加工) 小凸臺 (裝配 后加工) 凸臺(裝配 后加工) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 5.4 車門玻璃導(dǎo)軌 圖 5.5 玻璃導(dǎo)軌斷面圖 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 17 5.3 叉臂組件的設(shè)計 安裝蓋板e和短導(dǎo)向槽 MN固定在車門內(nèi)板上。因為該車型要配置使用手動和電動升 降器兩種,電機安裝支架的電機出軸位置通常也是搖手柄所在位置,需要將車內(nèi)用戶所 在位置和手柄位置綜合考慮。 根據(jù)人機工程學(xué)原理,確定主動臂與安裝蓋板連接的旋轉(zhuǎn)副中心點e的在整車坐標系 中XZ平面的坐標為:e ( X=1791mm,Z=585.3) 。 已知導(dǎo)向槽A上止點X方向?qū)ΨQ軸所在坐標為X=817.5mm,下止點坐標為 X=434.1mm。 通過對常規(guī)叉臂式升降器直流電機性能、玻璃升降器基本性能、玻璃的行程要求等 因素進行綜合考慮,確定從動臂(上擺臂和下擺臂)兩端定位孔的距離ac=gc=150mm, 主動臂兩端定位孔的距離be=300mm,bc=ec=150mm。因為玻璃安裝點之間的距離 hj=363mm, eN=228+1907-1791=344mm,當AB經(jīng)過 e點時, acb=180, ac+bc=300mmhj=363mm,ac+bc=300mmi=360nt/60=6nt/=6623.580.7=16.13 齒數(shù) z2=iz1=16.138=129,取 z2=130 分度圓 d2=mz2=2130=260mm 齒頂高 haha m122mm; 齒根高 hf(ha c ) m(10.25)22.5mm; 齒距 pm 2mm 齒厚 sm/2 3mm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 5.8 齒數(shù)和分度圓直徑 6 升降器電子控制系統(tǒng)的設(shè)計 1) 左門電動升降器的-1-作由左窗電動機和左窗電動機開關(guān)的動作來完成。 當開關(guān)關(guān)閉時, 36、37 相接, 電動機兩端搭鐵, 不工作; 開關(guān)作上升動作, 46、37 相接, 電流流向為: F146左窗電動機73 搭鐵, 電動機運轉(zhuǎn), 左窗玻璃上升; 開關(guān)作下降動作, 36、47 相接, 電流流向為: F147左窗電動機63 搭鐵,左窗電動機運轉(zhuǎn), 左窗玻璃下降。 2) 右門電動升降器的工作由右窗電動機及右窗電動機開關(guān)(左、右門上各一只)的動作來 完成。 當兩開關(guān)均關(guān)閉時,左門上右窗電動機開關(guān) 13、23 相接, 右門上右窗電動機開 關(guān) l 一 8、29 相接, 即右窗電動機兩端搭鐵, 不工作; 當左門上右窗電動機開關(guān)關(guān)閉, 如右門上右窗電動機開關(guān)作上升動作, 則開關(guān) 5 8、29 相接, 電流流向為:F 258右窗電動機923搭鐵,右窗電動機運轉(zhuǎn), 右窗玻璃上升; 若右門上右窗電動機開關(guān)作下降動作, 即開關(guān) 18、59 相接,電 流流向為: F2 59右窗電動機 8l3搭鐵, 右窗電動機運轉(zhuǎn), 右窗玻璃下降; 在右門上右窗電動機開關(guān)關(guān)閉, 如左門上右窗電動機開關(guān)作上升動作, 開關(guān) 1 5、23 相接, 電流流向為:F2 5l8右窗電動機923搭鐵,右窗電動機 運轉(zhuǎn), 右窗玻璃上升; 若左門上右窗電動機開關(guān)作下降動作,則開關(guān) 13、25 相接, 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 21 電流流向為: F2529 右窗電動機8l3搭鐵, 右窗電動機運轉(zhuǎn), 右窗玻 璃下降。 控制盒端子布置及左、右窗電動機開關(guān)、電動玻璃升降器開關(guān)的端子檔位、升降器電子 控制系統(tǒng)電路見下表。 表 6-1 控制盒端子布置 紅綠 綠 表 6-2 左窗電動機開關(guān) 6-3 右窗電動機開關(guān)(左門上) 黑 棕 藍紅 黃 黑端 子 動 作 3 1 5 2 3 上 升 關(guān) 閉 下 降 表 6-4 右窗電動機開關(guān)(右門上) 棕 藍 藍紅 綠 黃端 子 動 作 1 8 5 9 2 上 升 關(guān) 閉 下 降 黑 藍 綠紅 綠 黑端 子 動 作 3 6 4 7 3 上 升 關(guān) 閉 下 降 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 6.1 升降器電子控制系統(tǒng)電路圖 7 電動玻璃升降器數(shù)學(xué)模型(C A D )的構(gòu)建 安裝蓋板(6)和短導(dǎo)軌(2)分別是固定在車門內(nèi)板上的固定零件。而它們的建模 方式為:電機(7)固定在安裝蓋板(6)上,但其輸出軸為旋轉(zhuǎn)副同時也是驅(qū)動部件; 主動臂(5)和安裝蓋板(6)利用鉚釘鉚接并繞該鉚釘設(shè)定為旋轉(zhuǎn)副;電機輸出軸旋轉(zhuǎn)副 和主動臂旋轉(zhuǎn)副形成齒輪副;從動臂(4)與墊片采用焊接連接,然后墊片和主動臂 (5)形成旋轉(zhuǎn)副;主動臂和從動臂上都采用球頭形鉚釘鉚接并和三個導(dǎo)向塊(3)采用 球面副連接;從動臂(4)下端的導(dǎo)向塊(3)和短導(dǎo)軌(2)采用滑動副連接;主動臂 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 23 (5)的上端兩個導(dǎo)向塊和長導(dǎo)軌(1)采用滑動副連接;長導(dǎo)軌(1)和玻璃采用固定連 接;扇形齒板(8)和主動臂(5)采用鉚接固定(圖7.1)。 圖7.1 電動玻璃升降器總成圖 8 電動玻璃升降器的運動仿真 參考運動仿真視頻,見 PPT 1 長導(dǎo)向槽 2 短導(dǎo)向槽 3 導(dǎo)向塊 4 從動臂(短臂) 5 主動臂(長臂) 6 安裝蓋板 7 電機 8 扇形齒板 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 9 有關(guān)運動部件的數(shù)據(jù)校核 9.1 運動行程校核 為提高車窗的密閉性,需在原來的行程上加上 10mm 的上升量,即在沒有導(dǎo)軌約束 的情況下當玻璃到達上止點后仍能上升 10mm。 則 Lbg=232.2+10=242.2mm; 由勾股定理,得 Leg2=3002242.2 2=31339, Leg=177mmeM=116mm從動臂 B 不與導(dǎo)向槽 B 干涉。 說明叉臂在上止點 ab下止點 ab升降時滿足行程要求。 車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 25 圖 9.1 叉臂行程 9.2 傳動動力校核 表 9-1 臂式玻璃升降器各部分的阻力實測值比率 主要因素 阻力() 玻璃升降運動 30.2 玻璃質(zhì)量 28.2 齒輪部分 27.6 玻璃支承部分 11.編號無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)相關(guān)資料題目:車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 信機 系 機械工程及自動化專業(yè)學(xué) 號: 0623005學(xué)生姓名: 黃宇流 指導(dǎo)教師: 林承德 (職稱:教 授 ) (職稱: )2013年5月25日目 錄一、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告二、畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯及原文三、學(xué)生“畢業(yè)論文(論文)計劃、進度、檢查及落實表”四、實習(xí)鑒定表無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目:車門玻璃升降器的設(shè)計及運動仿真 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)學(xué) 號: 0923056 學(xué)生姓名: 黃宇流 指導(dǎo)教師: 林承德 (職稱:教 授 ) (職稱: )2012年11月27日 課題來源江蘇省蘇州奧杰汽車技術(shù)有限公司科學(xué)依據(jù)(包括課題的科學(xué)意義;國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢;應(yīng)用前景等)(1)課題科學(xué)意義正在開發(fā)中的某車型的滑門需要一款玻璃升降器作為車門附件,用來控制滑門車窗的開啟和關(guān)閉。本課題主要著重負責玻璃升降器的逆向設(shè)計,運用UG軟件建立玻璃升降器的三維數(shù)模,通過運動仿真模塊校核玻璃升降器在滑門上的布置和干涉情況,從而優(yōu)化結(jié)構(gòu),方便汽車配件廠盡快實現(xiàn)數(shù)控加工,加快汽車新產(chǎn)品上市。我國電動玻璃升降器的發(fā)展很快,它不但在轎車中大量配套,而且開始在輕型客車中大量配套。目前國內(nèi)外很多主機廠和汽車配件廠實現(xiàn)了基于原有設(shè)計平臺的逆向設(shè)計,加快了產(chǎn)品開發(fā)的過程,將來將會實現(xiàn)產(chǎn)品系列參數(shù)化設(shè)計,只需對三維數(shù)模某些結(jié)構(gòu)尺寸修改參數(shù),就能實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,電動玻璃升降器將呈現(xiàn)智能化、模塊化的發(fā)展趨勢。研究內(nèi)容一玻璃升降器設(shè)計部分: 1適合該車型的玻璃升降器方案選擇; 2逆向設(shè)計玻璃升降器的機械結(jié)構(gòu)。 二玻璃升降器的運動仿真三玻璃升降器運動校核部分: 1運動行程校核; 2. 傳動動力校核;3結(jié)構(gòu)干涉校核。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析分析國內(nèi)外電動玻璃升降器市場各種電動玻璃升降器的特點以及適應(yīng)性、電動玻璃升降器開發(fā)中的問題、各種電機性能、各部件機構(gòu)及工作原理、機械設(shè)計過程,通過對升降器各部件的性能分析,最終開發(fā)出一款適合該車型的電動玻璃升降器。 運用UG軟件進行逆向設(shè)計,分析玻璃升降器總成及各部件的位置結(jié)構(gòu)和功能,建立三維數(shù)模,對總成進行運動仿真,分析運動數(shù)據(jù),優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。江蘇省蘇州奧杰汽車技術(shù)有限公司在汽車設(shè)計領(lǐng)域,運用 當今汽車工業(yè)最先進的計算機輔助造型(CAS)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助設(shè)計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)軟件進行設(shè)計開發(fā),至今已積累了數(shù)十個車型,整車平臺及零部件開發(fā)經(jīng)驗。在玻璃升降器方面具備很強的設(shè)計開發(fā)能力,同時國內(nèi)外市場對電動玻璃升降器的需求不斷擴大,對電動玻璃升降器的智能化、模塊化越來越高,具備很大的市場可行性。研究計劃及預(yù)期成果研究計劃:2012年11月12日-2012年12月25日:按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料,填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。2013年1月11日-2013年3月5日:填寫畢業(yè)實習(xí)報告。2013年3月8日-2013年3月14日:按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。2013年3月15日-2013年3月21日:學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日:CAD繪圖。2013年4月12日-2013年4月25日:UG設(shè)計。2013年4月26日-2013年5月21日:畢業(yè)論文撰寫和修改工作。預(yù)期成果:達到預(yù)期的實驗結(jié)論:使用CAD設(shè)計繪制車門玻璃升降器裝配圖,并用UG繪制三維圖像,制作PPT文件,以及仿真。特色或創(chuàng)新之處玻璃升降器的整個機構(gòu)、功能、性能都可通過UG逆向設(shè)計得以實現(xiàn),實現(xiàn)了產(chǎn)品的快速設(shè)計;通過運動仿真可以校核是否存在結(jié)構(gòu)干涉情況,降低了樣品試制的成本和風(fēng)險。交叉臂式電動玻璃升降器 適用負載較大車門玻璃,結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,使用壽命長,采用高防護電機驅(qū)動,實現(xiàn)車門玻璃的自動升降,乘員操作方便靈活,提高了車型的整體舒適度和豪華感。已具備的條件和尚需解決的問題已具備的條件:電腦;相關(guān)開發(fā)軟件;部分技術(shù)資料。 尚需解決的問題:學(xué)習(xí)UG軟件;確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸和技術(shù)要求;逆向設(shè)計建立三維數(shù)模;總成運動仿真校核。指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名:年 月 日教研室(學(xué)科組、研究所)意見 教研室主任簽名: 年 月 日系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名: 年 月 日英文原文Machine design theory The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question. Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of product1 LathesLathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod.The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets, They are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed.The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears-similar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives.Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle.The tailsticd assembly consists, essentially, of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon, with a means for clamping the entire assembly in any desired location, An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it, on some type of keyed ways, to permit aligning the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder, usually about 51 to 76mm(2to 3 inches) in diameter, that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw.The size of a lathe is designated by two dimensions. The first is known as the swing. This is the maximum diameter of work that can be rotated on a lathe. It is approximately twice the distance between the line connecting the lathe centers and the nearest point on the ways, The second size dimension is the maximum distance between centers. The swing thus indicates the maximum work piece diameter that can be turned in the lathe, while the distance between centers indicates the maximum length of work piece that can be mounted between centers.Engine lathes are the type most frequently used in manufacturing. They are heavy-duty machine tools with all the components described previously and have power drive for all tool movements except on the compound rest. They commonly range in size from 305 to 610 mm(12 to 24 inches)swing and from 610 to 1219 mm(24 to 48 inches) center distances, but swings up to 1270 mm(50 inches) and center distances up to 3658mm(12 feet) are not uncommon. Most have chip pans and a built-in coolant circulating system. Smaller engine lathes-with swings usually not over 330 mm (13 inches ) also are available in bench type, designed for the bed to be mounted on a bench on a bench or cabinet. Although engine lathes are versatile and very useful, because of the time required for changing and setting tools and for making measurements on the work piece, thy are not suitable for quantity production. Often the actual chip-production tine is less than 30% of the total cycle time. In addition, a skilled machinist is required for all the operations, and such persons are costly and often in short supply. However, much of the operators time is consumed by simple, repetitious adjustments and in watching chips being made. Consequently, to reduce or eliminate the amount of skilled labor that is required, turret lathes, screw machines, and other types of semiautomatic and automatic lathes have been highly developed and are widely used in manufacturing.2 Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools ere manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology:Electrical discharge machining,Laser cutting,Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tolls and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to made straight cuts efficiently and effectively. However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps to produce a curve. The shorter the straight lines making up the steps, the smoother is the curve, Each line segment in the steps had to be calculated. This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tools (APT) language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions. The development of the APT language was a major step forward in the fur ther development from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a number of problems with NC at this point in its development. A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate tines. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of magnetic dots. The plastic tape was much stronger than the paper tape, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems.The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To made even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape. It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solved the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control (DNC) solved the paper and plastic tape problems associated with numerical control by simply eliminating tape as the medium for carrying the programmed instructions. In direct numerical control, machine tools are tied, via a data transmission link, to a host computer. Programs for operating the machine tools are stored in the host computer and fed to the machine tool an needed via the data transmission linkage. Direct numerical control represented a major step forward over punched tape and plastic tape. However, it is subject to the same limitations as all technologies that depend on a host computer. When the host computer goes down, the machine tools also experience downtime. This problem led to the development of computer numerical control. 3 TurningThe engine lathe, one of the oldest metal removal machines, has a number of useful and highly desirable attributes. Today these lathes are used primarily in small shops where smaller quantities rather than large production runs are encountered.The engine lathe has been replaced in todays production shops by a wide variety of automatic lathes such as automatic of single-point tooling for maximum metal removal, and the use of form tools for finish on a par with the fastest processing equipment on the scene today.Tolerances for the engine lathe depend primarily on the skill of the operator. The design engineer must be careful in using tolerances of an experimental part that has been produced on the engine lathe by a skilled operator. In redesigning an experimental part for production, economical tolerances should be used.Turret Lathes Production machining equipment must be evaluated now, more than ever before, this criterion for establishing the production qualification of a specific method, the turret lathe merits a high rating. In designing for low quantities such as 100 or 200 parts, it is most economical to use the turret lathe. In achieving the optimum tolerances possible on the turrets lathe, the designer should strive for a minimum of operations.中文譯文機械設(shè)計理論 機械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域,主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思,還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。 進行各種機械設(shè)計工作的人員通常被稱為設(shè)計人員或者機械設(shè)計工程師。機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性的工作。設(shè)計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性,還必須在機械制圖、運動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識。 如前所訴,機械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處,只有當它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而,應(yīng)該認識到在一個特定的產(chǎn)品進行設(shè)計之前,必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品1.車床車床主要是為了進行車外圓、車端面和鏜孔等項工作而設(shè)計的機床。車削很少在其他種類的機床上進行,而且任何一種其他機床都不能像車床那樣方便地進行車削加工。由于車床還可以用來鉆孔和鉸孔,車床的多功能性可以使工件在一次安裝中完成幾種加工。因此,在生產(chǎn)中使用的各種車床比任何其他種類的機床都多。車床的基本部件有:床身、主軸箱組件、尾座組件、溜板組件、絲杠和光杠。床身是車床的基礎(chǔ)件。它能常是由經(jīng)過充分正火或時效處理的灰鑄鐵或者球墨鐵制成。它是一個堅固的剛性框架,所有其他基本部件都安裝在床身上。通常在床身上有內(nèi)外兩組平行的導(dǎo)軌。有些制造廠對全部四條導(dǎo)軌都采用導(dǎo)軌尖朝上的三角形導(dǎo)軌(即山形導(dǎo)軌),而有的制造廠則在一組中或者兩組中都采用一個三角形導(dǎo)軌和一個矩形導(dǎo)軌。導(dǎo)軌要經(jīng)過精密加工以保證其直線度精度。為了抵抗磨損和擦傷,大多數(shù)現(xiàn)代機床的導(dǎo)軌是經(jīng)過表面淬硬的,但是在操作時還應(yīng)該小心,以避免損傷導(dǎo)軌。導(dǎo)軌上的任何誤差,常常意味著整個機床的精度遭到破壞。主軸箱安裝在內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌的固定位置上,一般在床身的左端。它提供動力,并可使工件在各種速度下回轉(zhuǎn)。它基本上由一個安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪(類似于卡車變速箱)所組成。通過變速齒輪,主軸可以在許多種轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)車床有812種轉(zhuǎn)速,一般按等比級數(shù)排列。而且在現(xiàn)代機床上只需扳動24個手柄,就能得到全部轉(zhuǎn)速。一種正在不斷增長的趨勢是通過電氣的或者機械的裝置進行無級變速。由于機床的精度在很大程度上取決于主軸,因此,主軸的結(jié)構(gòu)尺寸較大,通常安裝在預(yù)緊后的重型圓錐滾子軸承或球軸承中。主軸中有一個貫穿全長的通孔,長棒料可以通過該孔送料。主軸孔的大小是車床的一個重要尺寸,因此當工件必須通過主軸孔供料時,它確定了能夠加工的棒料毛坯的最大尺寸。尾座組件主要由三部分組成。底板與床身的內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌配合,并可以在導(dǎo)軌上作縱向移動。底板上有一個可以使整個尾座組件夾緊在任意位置上的裝置。尾座體安裝在底板上,可以沿某種類型的鍵槽在底板上橫向移動,使尾座能與主軸箱中的主軸對正。尾座的第三個組成部分是尾座套筒。它是一個直徑通常大約在5176mm(23英寸)之間的鋼制空心圓柱體。通過手輪和螺桿,尾座套筒可以在尾座體中縱向移入和移出幾個英寸。車床的規(guī)格用兩個尺寸表示。第一個稱為車床的床面上最大加工直徑。這是在車床上能夠旋轉(zhuǎn)的工件的最大直徑。它大約是兩頂尖連線與導(dǎo)軌上最近點之間距離的兩倍。第二個規(guī)格尺寸是兩頂尖之間的最大距離。車床床面上最大加工直徑表示在車床上能夠車削的最大工件直徑,而兩頂尖之間的最大距離則表示在兩個頂尖之間能夠安裝的工件的最大長度。普通車床是生產(chǎn)中最經(jīng)常使用的車床種類。它們是具有前面所敘的所有那些部件的重載機床,并且除了小刀架之外,全部刀具的運動都有機動進給。它們的規(guī)格通常是:車床床面上最大加工直徑為305610mm(1224英寸);但是,床面上最大加工直徑達到1270mm(50英寸)和兩頂尖之間距離達到3658mm的車床也并不少見。這些車床大部分都有切屑盤和一個安裝在內(nèi)部的冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。小型的普通車床車床床面最大加工直徑一般不超過330mm(13英寸)-被設(shè)計成臺式車床,其床身安裝在工作臺或柜子上。雖然普通車床有很多用途,是很有用的機床,但是更換和調(diào)整刀具以及測量工件花費很多時間,所以它們不適合在大量生產(chǎn)中應(yīng)用。通常,它們的實際加工時間少于其總加工時間的30%。此外,需要技術(shù)熟練的工人來操作普通車床,這種工人的工資高而且很難雇到。然而,操作工人的大部分時間卻花費在簡單的重復(fù)調(diào)整和觀察切屑過程上。因此,為了減少或者完全不雇用這類熟練工人,六角車床、螺紋加工車床和其他類型的半自動和自動車床已經(jīng)很好地研制出來,并已經(jīng)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。2.數(shù)字控制先進制造技術(shù)中的一個基本的概念是數(shù)字控制(NC)。在數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)之前,所有的機床都是由人工操縱和控制的。在與人工控制的機床有關(guān)的很多局限性中,操作者的技能大概是最突出的問題。采用人工控制是,產(chǎn)品的質(zhì)量直接與操作者的技能有關(guān)。數(shù)字控制代表了從人工控制機床走出來的第一步。數(shù)字控制意味著采用預(yù)先錄制的、存儲的符號指令來控制機床和其他制造系統(tǒng)。一個數(shù)控技師的工作不是去操縱機床,而是編寫能夠發(fā)出機床操縱指令的程序。對于一臺數(shù)控機床,其上必須安有一個被稱為閱讀機的界面裝置,用來接受和解譯出編程指令。發(fā)展數(shù)控技術(shù)是為了克服人類操作者的局限性,而且它確實完成了這項工作。數(shù)字控制的機器比人工操縱的機器精度更高、生產(chǎn)出零件的一致性更好、生產(chǎn)速度更快、而且長期的工藝裝備成本更低。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了制造工藝中其他幾項新發(fā)明的產(chǎn)生: 電火花加工技術(shù)、激光切割、電子束焊接 數(shù)字控制還使得機床比它們采用有人工操的前輩們的用途更為廣泛。一臺數(shù)控機床可以自動生產(chǎn)很多類的零件,每一個零件都可以有不同的和復(fù)雜的加工過程。數(shù)控可以使生產(chǎn)廠家承擔那些對于采用人工控制的機床和工藝來說,在經(jīng)濟上是不劃算的產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)。同許多先進技術(shù)一樣,數(shù)控誕生于麻省理工學(xué)院的實驗室中。數(shù)控這個概念是50年代初在美國空軍的資助下提出來的。在其最初的價段,數(shù)控機床可以經(jīng)濟和有效地進行直線切割。然而,曲線軌跡成為機床加工的一個問題,在編程時應(yīng)該采用一系列的水平與豎直的臺階來生成曲線。構(gòu)成臺階的每一個線段越短,曲線就越光滑。臺階中的每一個線段都必須經(jīng)過計算。在這個問題促使下,于1959年誕生了自動編程工具(APT)語言。這是一個專門適用于數(shù)控的編程語言,使用類似于英語的語句來定義零件的幾何形狀,描述切削刀具的形狀和規(guī)定必要的運動。APT語言的研究和發(fā)展是在數(shù)控技術(shù)進一步發(fā)展過程中的一大進步。最初的數(shù)控系統(tǒng)下今天應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)是有很大差別的。在那時的機床中,只有硬線邏輯電路。指令程序?qū)懺诖┛准垘希ㄋ髞肀凰芰蠋〈?,采用帶閱讀機將寫在紙帶或磁帶上的指令給機器翻譯出來。所有這些共同構(gòu)成了機床數(shù)字控制方面的巨大進步。然而,在數(shù)控發(fā)展的這個階段中還存在著許多問題。一個主要問題是穿孔紙帶的易損壞性。在機械加工過程中,載有編程指令信息的紙帶斷裂和被撕壞是常見的事情。在機床上每加工一個零件,都需要將載有編程指令的紙帶放入閱讀機中重新運行一次。因此,這個問題變得很嚴重。如果需要制造100個某種零件,則應(yīng)該將紙帶分別通過閱讀機100次。易損壞的紙帶顯然不能承受嚴配的車間環(huán)境和這種重復(fù)使用。這就導(dǎo)致了一種專門的塑料磁帶的研制。在紙帶上通過采用一系列的小孔來載有編程指令,而在塑料帶上通過采用一系列的磁點瞇載有編程指令。塑料帶的強度比紙帶的強度要高很多,這就可以解決常見的撕壞和斷裂問題。然而,它仍然存在著兩個問題。其中最重要的一個問題是,對輸入到帶中指令進行修改是非常困難的,或者是根本不可能的。即使對指令程序進行最微小的調(diào)整,也必須中斷加工,制作一條新帶。而且?guī)ㄟ^閱讀機的次數(shù)還必須與需要加工的零件的個數(shù)相同。幸運的是,計算機技術(shù)的實際應(yīng)用很快解決了數(shù)控技術(shù)中與穿孔紙帶和塑料帶有關(guān)的問題。在形成了直接數(shù)字控制(DNC)這個概念之后,可以不再采用紙帶或塑料帶作為編程指令的載體,這樣就解決了與之有關(guān)的問題。在直接數(shù)字控制中,幾臺機床通過數(shù)據(jù)傳輸線路聯(lián)接到一臺主計算機上。操縱這些機床所需要的程序都存儲在這臺主計算機中。當需要時,通過數(shù)據(jù)傳輸線路提供給每臺機床。直接數(shù)字控制是在穿孔紙帶和塑料帶基礎(chǔ)上的一大進步。然而,它敢有著同其他信賴于主計算機技術(shù)一樣的局限性。當主計算機出現(xiàn)故障時,由其控制的所有機床都將停止工作。這個問題促使了計算機數(shù)字控制技術(shù)的產(chǎn)生。微處理器的發(fā)展為可編程邏輯控制器和微型計算機的發(fā)展做好了準備。這兩種技術(shù)為計算機數(shù)控(CNC)的發(fā)打下了基礎(chǔ)。采用CNC技術(shù)后,每臺機床上都有一個可編程邏輯控制器或者微機對其進行數(shù)字控制。這可以使得程序被輸入和存儲在每臺機床內(nèi)部。它還可以在機床以外編制程序,并將其下載到每臺機床中。計算機數(shù)控解決了主計算機發(fā)生故障所帶來的問題,但是它產(chǎn)生了另一個被稱為數(shù)據(jù)管理的問題。同一個程序可能要分別裝入十個相互之間沒有通訊聯(lián)系的微機中。這個問題目前正在解決之中,它是通過采用局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將各個微機聯(lián)接起來,以得于更好地進行數(shù)據(jù)管理。3.車削加工普通車床作為最早的金屬切削機床的一種,目前仍然有許多有用的和為人要的特性和為人們所需的特性?,F(xiàn)在,這些機床主要用在規(guī)模較小的工廠中,進行小批量的生產(chǎn),而不是進行大批量的和產(chǎn)。在現(xiàn)代的生產(chǎn)車間中,普通車床已經(jīng)被種類繁多的自動車床所取代,諸如自動仿形車床,六角車床和自動螺絲車床?,F(xiàn)在,設(shè)計人員已經(jīng)熟知先利用單刃刀具去除大量的金屬余量,然后利用成型刀具獲得表面光潔度和精度這種加工方法的優(yōu)點。這種加工方法的生產(chǎn)速度與現(xiàn)在工廠中使用的最快的加工設(shè)備的速度相等。
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