第９期 ２０１０年９月 文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０９—００２５—０３ 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 汽车座椅滑道自动装 配线自动注油机的设计 李治斌张海洪 苏建良周涛刘宗阳 （上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２） Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｉｌ ｅｊｅｃｔｏｒ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｔｒａｃｋ ＬＩ Ｚｈｉ－ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ－ｈｏｎｇ，ＳＵ Ｊｉａｎ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｔａｏ，ＬＩＵ Ｚｈｏｎｇ－ｙａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｒｏｍｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ） …・・…‘・…’・…‘・…‘・…・・…。・…・・…‘・…・・…。・… ・…・・…‘・…。・…‘・… ・…‘・…’・…‘・…‘・…‘・…’・…‘・…’・…‘・…‘・…‘・…’・…’・…‘・…’・…‘・…’・…’・…‘・…‘・…‘・…‘， ： 【摘要】自动注油机是汽车座椅滑道全自动装配线的一台自动化装备，通过工装的模块化设计、精ｉ ÷密定量阀控制注油量、ＰＬＣ加伺服电机控制注油位置的方式，实现了对多个品种汽车座椅滑道的精确自÷ ：动注油功能。实际使用表明该系统能够满足汽车座椅滑道的生产工艺要求，自动化程度高、可靠性好，具； ：有较好的应用前景。 ｉ ÷ 关键词：汽车座椅；滑道；注油；模块化 ÷ ： 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｋｉｎｄ ｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｉｌ ｅｊｅｃｔｏｒ ｆａｏｕｔｏｍａｔｉｃ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ ｆｏｒ ｕｔａｏ一； ：ｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｔｒａｃｋ．ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｆｕｃｔｉｏｎ ｏｆｐｒｅｃｉｓｅＺｙ ａｕｔｏ－ｏｉｌｉｎｇ ｏｆ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｔｒａｃｋ ｂｙ ｔｈｅ： ÷ｍｏｄｕｌｒ ｄｅｓｉａｇｎ ｏｆＪｉｇ，ｐｒｅｃｉｓｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｖａｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｉｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ＰＬＣ ｐｌｕｓ ｓｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ÷ ：ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｌｏｃｔａｉｏｎ ｆ ｏｏｉｌｉｎｇ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｕｅ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｐｒｏｏｄｕｃｔｉｏｎ ：ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ ｔｒｃａｋ．ｅｎａｂｌｅｓ ｐｒｅｃｉｓｅ ｏｉｌ ｅｊｅｃｔｉｎｇ， 劬ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｕａｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ＳＯ： ÷ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｅｄ ｗｉｄｅｌｙ￣ ÷ ： ： ： ： Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅａｔ；Ｔｒａｃｋ；Ｏｉｌ ｅｊｅｃｔｉｎｇ；Ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ？ 中图分类号：ＴＨ１６文献标识码：Ａ １引言 评价指标。为了适合不同驾车人和乘车人的需要，目前汽车座椅 汽车座椅的安全性和舒适性已经成为座椅设计生产的重要 在制作中大都设计了可以手动或自动调整前后距离及靠背的倾 ★来稿日期：２００９—１１－０５ 得出合力 ， 的值，才能算出最大弯矩，由此才能校核弯曲强度。 不能忽视。所以在校核弯曲强度时，弯矩应该由 ， ， 。， 共 同产生； ３＿２实例计算 已知： ＝０．０６，ｄｚ＝０．０５５，ｄ１：０．０５，巧１＝０．３， －７－，０．４，ａ＝０．４，Ｌｌ＝１．５， Ｌｚ＝０．８，ｎ＝６００，Ｎｌ＝３，Ｎ１＝４５，ｍｌ：２．８２，ｍ２＝４．６７，８＝４ｘｌ０－５， 。＝０．２５ （２）从上例中可以看出，搅拌轴最下端Ｄ点挠度未超过允许 值，但机械密封处挠度略超出许可范围，摆动量偏大。应改变机械 密封到下轴承距离，即取Ｘｏ＜０．－２即可。 式中： —机械密封到下轴承距离（ｍ）根据（１）～（９）公式得： ＝１５．９８７ ＝１０．７０ ４结论 （１）考虑轴承径向游隙、流体水平力及离心力得出的最终动 态挠度，才能反映搅拌轴真实的工作情况。由图４看出，静态挠度 与动态挠度是不一样的，设计计算时必须采用本文叙述的方法。 ｙ（ｘ。）＝１．０６９ｘ１０￣，ｙ（Ｌ１）＝１．４３６ｘ１０￣，ｙ（Ｌ２）＝５．８０８ｘ１０￣。 式中：Ｙ’（ ）一未考虑离心力挠度曲线图； ｙ（ ）一考虑离心力挠度曲线图。 如图４所示，搅拌轴下轴承所在Ｂ点到搅拌轴最下端Ｄ点 的完整挠度曲线图。 （２）若挠度或力矩超过允许值，可调整ａ及ｄ。、ｄ２，特别是ｄ 、 ｄ：。适当增加直径，一次挠度，二次挠度同时变小，搅拌系统受到 的最大弯矩 统趋于稳定。 变小，从而可满足转轴的强度及挠度要求并使系 参考文献 １ Ａ Ｗ Ｎｉｅｎｏｗ，Ｍ Ｆ Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｎ．Ｉ－Ｉａｒｎｂｙ．Ｍｉｘｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ［Ｍ］． Ｏｘｆｏｒｄ：Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ－Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ，２０００ 图４搅拌轴Ｂ—Ｄ点问的挠度图 ３．３实例分析 ２陈乙崇．搅拌设备设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９８６ ３刘鸿文．材料力学（上册）［Ｍ］．北京：高等教育出版社，加ｏ４ ４ ＨＧ／Ｔ２０５６９－９４．机械搅拌设备Ｉｓ］，１９８５ ５陈志平，章序文，林兴华等．搅拌与混合设备设计选用手册［Ｍ］．北京：化学 工业出版社，２００４ 搅拌设备设计的几点体会［Ｊ］．化工设计通讯，２００５（１） （１）从实例中 ＝０．２５１，鲁 １６６及图４可看出， 一， ｚ值 ６曹晓玲．２６ 李治斌等：汽车座椅滑道自动装配线自动注油机的设计 第９期 斜角度等功能。其中，座椅的前后距离调整使用比较频繁，在设计 机构，下滑道有一个定位销定位，左右位置被支撑机构限制，通过 时考虑到调整时的方便和安全，对座椅滑道滞动力（座椅在滑道 撑开气缸将上滑道与下滑道撑开，定位在上下滑道的正常配合状 中移动时所需克服的阻力）做了一定的要求，通常为２０～８０Ｎ［ ｌ。一 态。夹紧气缸将上滑道夹紧并使上滑道与下滑道左侧对齐。这种 般认为，在座椅推拉过程中所用推力或拉力大于８０Ｎ时，座椅质 滑道工装模块化设计能够很好的满足柔性化生产的要求，适应多 量不合格１２１。为此，需要对滑道加注油脂进行润滑，润滑的效果直 种滑道的安装定位和夹持。 接影响座椅产品的质量。 目前，国内各汽车座椅滑道专、 厂组装座椅滑道大都是手工 操作或半自动操作。由于没有自动装配机构及自动检测装置，装 配精度和滑道产品一致性难以保证。受某汽车座椅滑道专业厂委 托，结合国内技术和工厂的实际情况，某大学机自学院着手对汽 车座椅滑道的组装工艺进行改进，研制出了一条可以适应多种滑 道产品的全自动座椅滑道组装生产线，这可以在一定程度上提高 汽车座椅滑道的装配质量和生产效率。本文所述的汽车座椅滑道 图３自动注油机结构示意图 自动注油机就是其中的一种自动化设备。 ３．２．２滑道注油 ２汽车座椅滑道结构及滑道注油工艺 当接近开关柃测到工件安装到位，并且油脂泵压力正常后， 启动伺服电机，通过联轴器带动滚珠丝杠螺母，螺母带动滑座移 要求 动，将注油机构推送到注油位置，开始注油，注油完成后，伺服电 汽车座椅滑道由上滑道、Ｆ滑道、钢球组件、锁止和解锁机构 机反转回原点，滑座带动注油机构回到起始位置，注油过程中，通 组成，如图１所示。滑道除支承整个座椅外，还带动座椅实现前后 过流量开关检测注油情况，并在触摸屏上显示注油的结果。 移动。滑道锁止后不能移动，解锁后上滑道可以在下滑道上移动， ３．２．３滑道取走 并带动座椅在前后移动，实现座椅前后位置的调节。 注油完成后，撑开气缸、夹紧气缸松开，移载机械手将滑道取 锁 走送往下一个工位。 ４注油系统的设计 ４．１油阀系统的设计 油阀系统控制和检测注油过程，是一个液压系统，油阀系统 原理图，如图４所示。 图１汽车座椅滑道结构 注油工艺要求将油脂均匀地涂抹在四条钢珠滑道中，不同型 号的滑轨加油的长度是不一致的，油脂加入的量也不相同，所以注 入的油脂量要可调。注油不能堆积，并且要连续均匀，其注油的位置 要准确，注油量要达到要求，且油脂不能过多堆积起来，避免装配完 后擦拭油脂和油脂的无为浪费，如图２所示，为滑道注油示意图。 图４油阀系统原理图 油脂阀采用针式定量阀，它是一种新型精密定量阀，适用于 从低到高黏度多种油脂，具有定量准确、效率高、性能稳定的优 点。由于一对滑道中有四个通道要加注润滑油脂，所以设备配置 有四路注油机构，每一路都采用一个油脂定量控制阀来控制注油 量，并使用流量传感器来检测涂油动作是否正常油路受阻时产生 ２滑遭注油不总图 报警信息。油脂泵为气压控制干油泵，调节气压大小可以改变油 ３总体方案设计 管内的压力。 ４＿２注油的控制 ３．１系统组成 注油的控制包括控制注油的位置和控制注油量。 设备由注油系统、工控系统、传动系统和机架４大部分组成， （１）注油的位置是通过高精度伺服电机的精确定位来实现 如图３所示。 的。伺服放大器、伺服电机、编码器组成闭环系统，系统能够达到 ３－２工作原理 很高的定位精度。控制系统向伺服定位模块发送控制信号，定位 ３．２．１滑道的安装和夹持 模块通过伺服放大器发送脉冲的方式控制伺服电机，伺服电机的 移载机械手将上一工位配对后的滑道放人注油机定位支撑 控制系统框图，如图５所示。 Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１０ 机械设计与制造 ２７ 时自动监控设备的运行状态。控制系统的硬件结构，如图７所示。 图５伺服电机控制系统框图 （２）注油量的控制需要标定单位时间的注油量。在作业过程 中，气动元件的使用会导致系统的气压不稳定，会影响到注油量， 使用减压阀和储气罐可以使注油工作系统的得到稳定的工作气 压，对单位时间内的注油量进行标定，就可以为精确控制注油量 提供一个参考值。在气压稳定的情况下，单位长度的注油量与注 油的速度有关，速度越快注油量越少。 ＝ｓｎ （１） 式中： （ｍｍ／ｓ）一丝杆螺母运动的速度；ｓ（ｍｍ）一丝杆导程；ｎ（ｒ／ｓ） 为丝杆的转速［２１。由式１可知丝杆螺母运动的速度与丝杆转 速成正比，比例系数为丝杆导程。 ６： 氏： （２） Ｓｎ 式中：Ｌ（ｍｍ）一注油长度；６（ｍＬ）一注油量； 。（ｍＬ）一单位时间注 油量。利用标定的单位时间的注油量，在确定注油长度 后，控制丝杆的转速就可以精确定位并控制注油量［３１。 ５控制部分设计 ５．１控制系统方案设计 为满足柔性化的生产要求，即同一台设备能够满足生产多种 滑道产品的需要，对不同的产品设定相关参数。并提供多种作业 模式，将作业模式设定输入到控制系统，经过控制系统的程序处 理，输出相应的作业模式。作业时先进行参数设定，然后放置工 件，当检测到工件到位和油脂压力正常后，控制系统控制伺服机 构定位和油阀注油。注油机的控制系统框图，如图６所示。 图６自动注油机的控制系统框图 ５．２控制部分硬件设计 控制系统采用三菱ＰＬＣ—ＦＸ２Ｎ系列可编程控器，该系列控 制器具有低成本、高效率、功能强等优点，适合小型工业控控制设 备［４１。ＰＬＣ采集各类接近开关、气缸磁『生开关、油压传感器和伺服 放大器反馈量等输入，通过内部中央处理器逻辑运算处理，控制 各种电磁阀、伺服放大器和指示灯等动作。由于不同产品的注油 位置的不同，必须控制伺服电机对注油的位置精确定位，采用三 菱的脉冲发生器单元（即定位模块）ＦＸ２Ｎ一１ ＰＧ实现对伺服电机的 定位控制。通过向伺服的驱动放大器提供指定数量的脉冲和脉冲 频率及脉冲方向，进而控制伺服电机。采用触摸屏作为人机界面． 来作参数设定、模式输入和报警信息显示，触摸屏具有操作简便、 人机交互友好、响应迅速、扩充性好、信息量丰富、动态联网的特 点 ，非常适合对滑道的各种产品的进行型号选择、参数设定及实 图７控制部件硬件结构框图 ５。３控制系统软件的实现 不同产品的参数都可以在触摸屏中设定，所有的故障信息都 可以在触摸屏上显示。为便于设备调试和维护，设置自动及手动 两种工作方式。其中手动操作通过操作触摸屏的按钮操纵各执行 机构单独动作，用于调试设备和处理设备故障。在自动状态下，若 设备启动条件满足，设备自动运行，自动调用相应的中断处理程 序。采用了位置传感器即接近开关来判断伺服机构是否回到原点 位置，这个原点位置是指机器的编程原点，注油位置的判断是根 据是否走指定的脉冲数，执行程序调用相应的中断，在顺序控制 回路中加入了动作互锁，避免由于程序跑飞可能出现的破坏。注 油没备工作流程图，如图８所示。 报 警 图８自动注油机程序流程图 ６结束语 该汽车座椅滑道自动装配线自动注油机在实际使用中表明： 该设备能够满足生产多种滑道产品的需要，柔性化好；可精确控 注油量和注油位置，具有较高的可靠性、实用性，自动化程度高。 在实际生产中生产效率和产品质量都有显著提高．降低了企业生 产成本和从业人员的劳动强度，取得了良好的经济社会效益。 参考文献 １马如宏．基于单片机的汽车座椅滑道滞动力在线检测控制系统［Ｊ］．机械设 计，２００８，２５（１０）：７６￣７８ ２葛宁，熊新，王福元．汽车座椅支架滑道阻力自动检测装置［Ｊ＿．仪表技术与 传感器，２００８（３）：６６，－．６９ ３徐灏．机械设计手册第二版第４卷［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３（３）： ３ ＿７～３４，－－３０ ４刘宗阳，谈士力，沈力红，郭乐意．方向盘盖撕裂线疲劳测试系统［Ｊ］＿机械 制造，２００８（４）：５５￣５７ ５刘金浦，鲁俊娇．触摸屏的功能探究［ｎ力公自动化，２００８（７）：４１４３
