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1發動機三槽氣門鎖夾壓裝機設計方案
1.1三槽氣門鎖夾原理
區分于發動機單槽氣門，氣門桿頂部帶有三道鎖夾槽的氣門稱為三槽氣門，對應帶有三道突起環帶鎖緊氣門的鎖夾稱為三槽氣門鎖夾。鎖夾一般對稱分成兩半，環抱在氣門桿的鎖夾槽部位，氣門鎖夾的內表面有三個凸起的環帶，環帶與氣門桿頂部的三個鎖夾槽匹配并留有間隙，兩片氣門鎖夾對合抱緊后，氣門在氣門鎖夾內可以自由轉動。氣門鎖夾的外側面為圓錐面，與氣門彈簧座內孔的錐面配合，通過氣門彈簧將氣門彈簧座與氣門鎖夾壓緊。氣門下部的盤形錐面與鑲嵌在缸蓋上的氣門座圈的錐面配合，形成密封環帶。該結構使得氣門頭部圓周溫度均勻，并防止氣門與座圈偏磨，從而保證了氣門的密封性。同時由于氣門緩慢旋轉，在氣門密封錐面上產生的輕微摩擦力，有自清潔作用，可防止積炭的形成，保證了發動機的性能良好。
1.2鎖夾壓裝機總體設計方案
三槽氣門鎖夾因不能使用機械式直壓入槽，而必須采用鎖夾到位后對合抱緊入槽，使其壓裝設備必須具備保持鎖夾、移動找位、精確對槽等復雜特性，適用于不同機型氣門位置、不同氣門尺寸的兼容性。鎖夾壓裝機的設計的關鍵在與壓裝機構的精度、上料系統的穩定性和換型策略的選擇。根據發動機生產線需求和機械設備實用性要求，提出了三槽鎖夾壓裝機結構設計方案。壓裝過程大致為：發動機缸蓋通過輥道進入工位后，頂升翻轉機構將其定位、升起、翻轉至對應氣門垂直處，鎖夾與座圈通過上料系統送至壓裝臺，壓裝臺下降進行鎖夾壓裝。為保持壓裝穩定性，設備主體應有配重機構進行平衡。
2機械結構設計
2.1壓裝臺設計
鎖夾壓裝臺作為整臺設備中最關鍵的機構，其難點在于壓裝頭設計加工的精密程度以及如何兼容現階段各種型號的發動機。三槽氣門鎖夾結構精細，高度只有5mm，使壓頭在取料和壓裝時需保持極高的精準度。在三槽鎖夾的裝配過程中，所謂“壓裝”，并非機械直壓入槽的傳統方式，而是需要壓頭抓持住鎖夾，將氣門彈簧下壓至氣門三道槽位置，鎖夾對合抱緊?，F階段壓頭抓持鎖夾的方案大致分為兩種：磁力吸附和真空吸附，但由于電磁鐵易使鎖夾磁化影響裝配精度，故一般使用真空吸附方式。壓頭內有座圈吸附通道和鎖夾吸附通道，上料系統將座圈送至壓頭下方，鎖夾送至壓頭夾爪，由真空吸附系統抓持，再進行下一步壓裝。所設計的鎖夾壓裝臺利用多層級直線運動系統實現柔性化，其換型變距機構由伺服電機、絲杠、導軌、滑塊、支撐部件、壓頭等部件組成，四個鎖夾壓頭通過兩個伺服電機控制變距（2#壓頭作為初基準固定在板上，1#與3#壓頭通過螺母副與反向絲杠相連在變距導軌上滑動，即1#與3#以2#為中心可進行對稱變距，4#壓頭由單獨的伺服系統控制。壓裝四缸機不同氣門間距機型時通過變距伺服調整壓頭間距完成，壓裝三缸機時4#壓頭通過變距伺服移至與機構無干涉的一端完成。該結構設計簡單，可在單臺設備上兼容不同機型甚至不同缸數的缸蓋進行壓裝，便于實現產品更新換代加工，且能降低在不同機型之間加工時的換型損失。
2.2上料系統設計
該設備上料系統需要配送兩種物料，彈簧座圈和氣門鎖夾。所設計的鎖夾上料系統由振動盤料斗、鎖夾料軌、分料機構、鎖夾料管組成。選用的旋轉式壓電振動盤，由頂盤、壓電雙晶片、主振彈簧片、底座和橡膠支撐腳等組成。工作時在壓電雙晶片上施加交流電壓使之彎曲振動，傾斜的彈簧片帶動料斗繞其垂直軸做扭擺振動，料斗內零件由于受到這種振動而沿螺旋軌道上升，在上升的過程中經過一系列軌道的篩選或者姿態變化，零件能夠按照組裝或者加工的要求呈統一狀態，其工作目的是通過振動將無序工件自動有序定向排列整齊、準確地輸送到壓裝頭。鎖夾在振動盤中通過排序，從料軌進入分料機構，通過分料氣缸帶動分料盤兩次取料，由吹氣口的壓縮空氣將8片鎖夾吹入壓頭內。所設計的座圈上料系統為半自動機構，其方案是：操作工將彈簧座圈放置在上料小托盤上，由直線無桿氣缸帶動小托盤運動到壓頭正下方，壓頭下降將座圈吸附在底部，隨后進行壓裝動作。
2.3其他機構設計
作為承重主體，設備底座及立柱需通過第四強度理論建立ANSYS有限元分析模型進行強度校核，結構優化后確認最終設計方案。由于壓裝臺重量大概在450kg左右，一般伺服驅動需要很大的扭矩，造成不必要的浪費，故增加配重系統使壓裝臺接衡，減小伺服驅動所需的扭矩，節省制造成本。頂升翻轉機構是工件的核心定位機構，頂升行程一般可用電機凸輪、氣缸導桿、氣缸杠桿等機構實現，但為保證結構精度，該設備選用了氣缸加雙導軌的形式：頂升高度通過硬限位和氣缸調節，為保證頂升平穩，并在兩邊設有直線導軌導向，在舉升板上設計有左右兩個托盤定位銷，當頂升板隨氣缸上升時，帶錐度定位銷插入缸蓋托盤銷孔中（缸蓋精確定位），在頂升板上還設計有16個與缸蓋氣門孔對應的環形頂塊，以確保氣門桿定位精確。翻轉行程選擇了兼容性更好的伺服電機翻轉，而不是結構更為簡單的氣缸加限位翻轉，為后續新增機型奠定改造基礎。通過運用UG平臺進行的參數化建模、虛擬裝配、運動學和動力學仿真分析，進行優化設計后最終確定了各機構的設計方案。
3制造、安調及應用
三維設計完成后，運用AutoCAD對需機械加工的非標準件進行二維圖設計，再按圖紙進行零部件制造加工，其過程要充分考慮材料特性、表面處理、加工精度、配合尺寸等工藝要求。該設備非標準件共102種，300余件，尺寸較大的如立柱、壓裝臺，需要使用大型加工中心來進行加工；尺寸較小的如壓頭，則是通過精密加工和特種加工來保證精度。零部件裝配過程需按照圖紙裝配要求進行，正確使用激光干涉儀、高精水平儀、跳動測量儀等工具可以保證裝配精度。機械部分及電氣系統安裝完成后，接上發動機缸蓋輥道試運行，進行參數調試，壓裝500臺成功率達到98%以上，即可投入現場使用。
4結束語
本文對發動機三槽氣門鎖夾壓裝機進行了機械設計開發，通過運用數字化虛擬平臺，分析模擬得到最優化設計方案，經設備建造投入現場使用。該設備的成功使用表明，計算機輔助設計這種簡單、快速、可靠的設計方法，有效的提高了工作效率，縮短了設計周期，在發動機裝配設備開發領域有一定的參考價值。
作者：陸丹陽 單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司
