后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

黃小林，余文濤，曾慶文，謝評(píng)周

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

汽車(chē)后橋橋殼既是承載力的構(gòu)件，也是傳導(dǎo)力的構(gòu)件，同時(shí)又是主減速、差速器和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪傳動(dòng)裝置的外殼[1]。作為汽車(chē)底盤(pán)零部件上的一個(gè)關(guān)鍵重要組成部分，相對(duì)于汽車(chē)其他部位來(lái)說(shuō)，受力比較復(fù)雜，在承重和傳力的同時(shí)，還要承受著由動(dòng)靜載荷所產(chǎn)生的彎曲和扭曲[2]。因此如何保證后橋殼八顆特種螺栓及兩個(gè)半軸油封的有效壓裝，不僅決定了后橋總成的質(zhì)量，還關(guān)系著汽車(chē)行駛的安全，這已成為保證后橋總成裝配質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)過(guò)程

1.1 壓裝工藝及要求

如圖1和圖2所示為螺栓及油封壓裝工藝圖及壓裝示意圖，該壓裝工藝要求使用常溫過(guò)盈配合壓裝，將八顆特種螺栓分別壓裝到后橋殼橋包法蘭分度圓φ193上的八個(gè)均布孔上，并對(duì)兩端法蘭半軸油封進(jìn)行有效防錯(cuò)壓裝符合圖紙要求，達(dá)到生產(chǎn)線節(jié)拍≥70 JPH，以滿足生產(chǎn)裝配工藝要求。

圖1 螺栓及油封壓裝工藝圖

圖2 后橋螺栓及油封壓裝示意圖

1.2 專機(jī)主要構(gòu)成

如圖3，后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機(jī)主要由床身，左、右油封壓裝機(jī)構(gòu)（各1套），壓螺栓機(jī)構(gòu)（1套），液壓站、油冷機(jī)、電氣控制柜以及人機(jī)界面等所組成。

圖3 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機(jī)主要構(gòu)成圖

1.3 螺栓壓裝機(jī)構(gòu)

螺栓壓裝機(jī)構(gòu)壓裝原理是利用油壓對(duì)四套油缸塞的作用力，并增加兩套氣動(dòng)齒輪齒條進(jìn)行角度轉(zhuǎn)位，從而實(shí)現(xiàn)八顆螺栓的壓裝。

如圖4與圖5，壓裝過(guò)程為：氣缸5（2套）帶動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)15和油缸壓裝總成11一起沿著導(dǎo)桿4向上運(yùn)動(dòng)到位，油缸壓裝總成11上的油缸（4套）工作，向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)油缸壓裝總成11上的4個(gè)壓頭向直徑外側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，油缸向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行四顆螺栓的壓裝，然后油缸再次升起，同時(shí)油缸壓裝總成11上的4個(gè)壓頭向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度收起，氣缸5帶動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)15與油缸壓裝總成11再一起向下運(yùn)動(dòng)，到位后，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)15工作，油缸壓裝總成11轉(zhuǎn)動(dòng)45°角度，氣缸5帶動(dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)15和油缸壓裝總成11再次向上運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)重復(fù)的動(dòng)作完成剩余四顆螺栓的壓裝。

圖4 螺栓壓裝機(jī)構(gòu)主要構(gòu)成圖

圖5 去除翻轉(zhuǎn)支撐部分的螺栓壓裝機(jī)構(gòu)圖

1.3.1 油缸壓裝總成

如圖6與圖7，油缸壓裝總成主要是利用液力進(jìn)行螺栓的壓裝，其壓裝動(dòng)作過(guò)程為：油缸9上的活塞18（四套）在液壓作用下，通過(guò)油缸連接頭17（四套）使花鍵軸3（四套）做上、下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)安裝在花鍵軸3上的壓頭2（四套）實(shí)現(xiàn)螺栓的壓裝。

圖6 油缸壓裝總成圖

圖7 油缸壓裝總成數(shù)模及實(shí)物圖

油缸壓裝總成角度轉(zhuǎn)位過(guò)程為：氣缸42帶動(dòng)氣缸連接頭41，使得齒條39做位移運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)相嚙合的大齒輪37轉(zhuǎn)動(dòng)，因中間齒輪38與四個(gè)大齒輪37都是嚙合的，從而使得四個(gè)大齒輪37都一起同步旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)花鍵軸3及壓頭2一起轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使壓頭2向中心轉(zhuǎn)動(dòng)收縮并處于上定位座4的外圓直徑范圍之內(nèi)，以方便壓裝后橋的人工上料，為壓裝螺栓做準(zhǔn)備。

1.3.2 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

如圖8和圖9，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)是在壓裝后橋殼八顆螺栓中的四顆后，使壓頭進(jìn)行45°角度的變位，從而實(shí)現(xiàn)另四顆螺栓的壓裝。其動(dòng)作過(guò)程為：氣缸15帶動(dòng)氣缸連接頭17，使得齒條20在轉(zhuǎn)座18上做位移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)相嚙合的齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)傳動(dòng)軸7和法蘭6一起旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)安裝在法蘭6上的油缸壓裝總成一起轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)角度變位。

圖8 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)圖

圖9 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)數(shù)模

1.4 油封壓裝機(jī)構(gòu)

油封壓裝機(jī)構(gòu)包括油封的送料與油封分壓裝。如圖10和圖11，油封的送料主要靠油封的自重，通過(guò)兩套送料氣缸4的控制開(kāi)閉，每次讓一件油封自由落體掉進(jìn)定位座18里，光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)1與防錯(cuò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)2在油封落下過(guò)程中進(jìn)行防錯(cuò)檢測(cè)及識(shí)別是否有物料。

圖10 油封輸送示意圖

圖11 油封壓裝機(jī)構(gòu)圖

油封壓裝過(guò)程：油封落到位置后，壓裝氣缸10工作，推動(dòng)滑板3及其上的零件一起沿著線性導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，當(dāng)定位法蘭20定位后橋法蘭內(nèi)孔并且接觸并受到后橋法蘭端面的限制后，因氣缸還在工作，彈簧14就會(huì)被受到擠壓，大滑座16停止不再運(yùn)動(dòng)，小滑座12繼續(xù)帶動(dòng)導(dǎo)軸13繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，安裝在導(dǎo)軸13上的壓軸19一邊推進(jìn)一邊定心油封，直至油封被推進(jìn)壓裝到設(shè)定的信號(hào)位置后，氣缸退回，大滑座16在彈簧力的作用下又恢復(fù)到壓裝前的狀態(tài)，這樣即完成后橋油封的壓裝，如圖12。

圖12 油封壓裝機(jī)構(gòu)數(shù)模及實(shí)物圖

1.5 氣動(dòng)及液壓原理

如圖13和圖14為后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機(jī)的氣動(dòng)原理圖與液壓原理圖。

圖13 氣動(dòng)原理圖

圖14 液壓原理圖

1.6 人機(jī)操作界面

壓裝控制系統(tǒng)要完成自動(dòng)壓裝需要滿足壓裝條件，壓裝條件可在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示（圖15），并且通過(guò)與PLC的連接即可實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面對(duì)橋殼進(jìn)行手動(dòng)操作壓裝，這樣既可對(duì)壓裝狀態(tài)與信息進(jìn)行精確處理并顯示，又可通過(guò)I/O端口狀態(tài)顯示畫(huà)面，可以直觀的監(jiān)控I/O端口的輸入輸出顯示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的目視化，便于對(duì)控制系統(tǒng)的維護(hù)維修，提高生產(chǎn)效率。

圖15 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機(jī)人機(jī)操作界面

1.7 實(shí)施后的效果

專機(jī)實(shí)現(xiàn)了后橋殼特種螺栓及半軸油封的自動(dòng)壓裝、自動(dòng)松開(kāi)等一系列程序控制，如圖16和圖17為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)圖及后橋殼壓裝效果圖，專機(jī)的投入使用，取得了很好的效果。

圖16 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝專機(jī)實(shí)物圖

圖17 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝效果圖

（1）減少相應(yīng)的設(shè)備投資，降低成本。專機(jī)共計(jì)投入成本15萬(wàn)，市場(chǎng)同等設(shè)備采購(gòu)為25萬(wàn)，該項(xiàng)目直接為公司節(jié)省設(shè)備采購(gòu)成本10萬(wàn)。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量的提升。專機(jī)采用每套油缸各自壓裝一顆螺栓的方式，確保每顆螺栓都?jí)貉b到位，油封壓裝也有光電位移傳感器進(jìn)行監(jiān)控，確保油封壓裝位置，質(zhì)量得以保障。

（3）程序故障識(shí)別可視化，方便維護(hù)。

（4）專機(jī)具有一定的自動(dòng)化，改善了工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解招工難的問(wèn)題。

（5）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了人工成本。

（6）兼容性。設(shè)計(jì)柔性化，通過(guò)切換壓頭與調(diào)節(jié)位移即可實(shí)現(xiàn)同一系列產(chǎn)品的兼容生產(chǎn)，提高設(shè)備使用率。

2 結(jié)語(yǔ)

后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝專機(jī)的成功開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了螺栓與油封的自動(dòng)壓裝及位移監(jiān)控，優(yōu)化了生產(chǎn)線的工藝布局，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了很好的數(shù)據(jù)支持。但隨著汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的要求已不僅僅局限于簡(jiǎn)單意義上的代替人工勞動(dòng)，而是以質(zhì)量為核心，數(shù)字化壓裝，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)壓裝過(guò)程與追溯，這已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外同行業(yè)極受重視的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。