基于UG的輸送小車導(dǎo)向機構(gòu)可靠性提升研究

張 健，蔣志經(jīng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車企業(yè)中自動化水平正在不斷提升，各類自動化輸送小車廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)線中，因此，輸送小車的高效可靠運行對生產(chǎn)線的高效運行起著很大的作用[1]。

圖1 工位間零件輸送小車

某企業(yè)使用如圖1所示輸送小車進行零件分總成輸送，該輸送小車采用齒輪齒條實現(xiàn)水平運動，通過氣缸提升、導(dǎo)向桿導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)工件豎直運動，但在使用過程中頻繁出現(xiàn)導(dǎo)向軸承套筒斷裂故障，該故障直接造成生產(chǎn)線多次長時間停線，因此改進導(dǎo)向機構(gòu)，提高輸送可靠性成為當下亟需解決的問題。

1 軸承套筒可靠性分析

根據(jù)車間需求，輸送小車需保證無故障循環(huán)106次。通過軸承套筒受力情況計算其在該條件下的可靠度。

軸承套筒在應(yīng)力幅水平為常數(shù)的情況下運轉(zhuǎn)，已知小車提升氣缸缸徑為125 mm，其對應(yīng)推力為6 132.81 N，需要提升的工件質(zhì)量約為100 kg，套筒長度為151 mm，由于軸承套筒安裝底面未做精銑處理，且兩套筒安裝底面不統(tǒng)一，加之軸承套筒加工精度偏差較大，現(xiàn)場測量徑向偏差相對基準位置偏差最大可達9.5 mm。經(jīng)過計算可得軸承套筒的應(yīng)力幅水平為：

根據(jù)軸承套筒故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知其失效循環(huán)次數(shù)為對數(shù)正態(tài)分布，其失效循環(huán)次數(shù)分布數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 鋼型材軸試件的失效循環(huán)次數(shù)分布數(shù)據(jù)表

通過查詢表1可知，當軸承套筒應(yīng)力幅水平為455 N 時，N′=6.651，δN′=0.161，循環(huán)次數(shù) n 為 106次，則

由式（2）及標準正太分布表，得可靠度

通過計算結(jié)果可知，該軸承套筒可靠度遠小于要求0.98，遠遠不能夠滿足要求[2]。

2 軸承套筒UG高級仿真分析

在現(xiàn)代機械設(shè)計過程中，UG作為一款集實體建模、零部件高級仿真、運動仿真、二維制圖等功能于一身的多功能工具包被廣泛應(yīng)用于機械零部件設(shè)計的全壽命周期。本文通過對輸送小車頻繁斷裂的軸承套筒進行UG有限元高級仿真，計算其受力及變形情況[3]。

選擇模型材料為steel，將軸承套筒與支架底面接觸處設(shè)定為固定約束，將上文計算所得軸承徑向力455 N施加于軸承套筒徑向套筒壁上。通過求解，查看如圖2所示仿真結(jié)果得出軸承套筒直角處受應(yīng)力最大，為1.581 MPa，薄弱位置與現(xiàn)場實際斷裂結(jié)果相吻合。

圖2 軸承套筒應(yīng)力仿真圖

3 導(dǎo)向機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

通過上文分析可知，由于軸承套筒制造、安裝偏差較大引起了軸承套筒徑向受力不均勻，加之生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍需求較高，加劇了套筒的疲勞磨損，最終導(dǎo)致其斷裂。因此重新對導(dǎo)向機構(gòu)及安裝方式進行設(shè)計。

（1）優(yōu)化軸承套筒安裝方式。由之前的軸承套筒直接安裝在小車支架上改造為先焊接一塊鋼板在支架上，并進行精銑后作為的安裝平面，從而保證軸承套筒安裝平面的平面度[4]，如圖3所示為改進后的導(dǎo)向機構(gòu)模型。

圖3 改進后導(dǎo)向機構(gòu)模型

（2）精加工軸承套筒。確保套筒軸線與安裝平面的垂直度誤差不超過0.012 mm，兩套筒軸線平行度誤差不超過0.012 mm，如圖4為改進后導(dǎo)向機構(gòu)實體圖，該機構(gòu)極大地減小導(dǎo)桿與軸承滑動時套筒受的徑向分力。

圖4 改進后導(dǎo)向機構(gòu)

4 改進后軸承套筒可靠性分析

在相同工況下，再次對改進后的軸承套筒進行可靠性分析，由于改進后的機構(gòu)對軸承安裝底板、軸承套筒軸向尺寸、軸承套筒徑向尺寸精度都有了明顯的改進，通過對各環(huán)節(jié)誤差疊加，可得出該結(jié)構(gòu)最終體現(xiàn)在軸承套筒徑向上的誤差僅有2 mm，將2 mm帶入上文（1）式，可得出由于徑向誤差引起的軸承徑向受力為211 N，通過查詢表1數(shù)據(jù)，并代入式（2），可得

由式（4）及標準正太分布表，得可靠度

可以看出，改進后的軸承套筒已經(jīng)符合現(xiàn)場對該機構(gòu)的可靠性要求。

5 改進后軸承套筒有限元分析

同理，將改進后的套筒結(jié)果進行有限元分析，除了套筒受徑向力由455 N變?yōu)?11 N，其余約束條件均不變，仿真結(jié)果如圖5所示，局部最大應(yīng)力為0.156 MPa，相較改進前結(jié)構(gòu)，應(yīng)力減小約10倍。仿真結(jié)果再次印證了改進后套筒結(jié)構(gòu)的可靠性。

圖5 改進后軸承套筒應(yīng)力仿真圖

6 結(jié)論

本文通過對生產(chǎn)現(xiàn)場輸送小車導(dǎo)向機構(gòu)故障分析，找出其薄弱環(huán)節(jié)，并對該環(huán)節(jié)分別進行可靠性分析及UG有限元分析，并對該機構(gòu)進行改進，同樣對改進后的部件進行分析，分析結(jié)果印證了改進機構(gòu)的可行性及有效性，為后續(xù)現(xiàn)場設(shè)備的改善提供了有力的理論依據(jù)。