汽車變速箱自動化裝配技術(shù)的實現(xiàn)

董輝 余濤

摘要：變速箱的零件制造和裝配都是影響變速箱工作質(zhì)量的重要因素，本文以汽車變速箱的裝配工藝作為研究目標(biāo)，介紹變速器裝配生產(chǎn)線的技術(shù)組成以及制造目標(biāo)，并以此為依據(jù)研究自動化裝配流水線需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，分析自動化裝配技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，為實際變速箱裝配工作提供理論性參考。

Abstract： Gearbox parts manufacturing and assembly are important factors that affect the working quality of the gearbox. This paper takes the assembly process of automobile gearbox as the research objective， introduces the technical composition and manufacturing objectives of the transmission assembly line， and studies the key technologies to be solved in the automatic assembly line based on this， and analyzes the future development trend of automatic assembly technology The gearbox assembly work provides theoretical reference.

關(guān)鍵詞：變速箱;裝配工藝;技術(shù)組成;制造目標(biāo);自動化裝配

Key words： gearbox;assembly process;technical composition;manufacturing target;automatic assembly

中圖分類號：TG61;TG156? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0039-02

0? 引言

汽車傳動系統(tǒng)總成是汽車駕駛舒適性和穩(wěn)定性的重要影響機構(gòu)，裝配質(zhì)量不佳的變速箱往往會出現(xiàn)換擋不順暢齒輪卡死等問題，這些問題不僅減少汽車傳動系統(tǒng)的使用壽命，而且嚴(yán)重影響駕駛員的駕駛安全。所以變速箱零件的加工質(zhì)量以及總成的裝配質(zhì)量成為評價變速箱總成質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，在裝配過程中不僅要精確控制每個部件的裝配間距公差，而且還要調(diào)整輸入輸出軸的預(yù)緊力矩，傳統(tǒng)的變速箱裝配流水線是采用人工裝配的，采用人工裝配具有容易產(chǎn)生裝配誤差、工作效率低下、產(chǎn)品合格率低等缺點。外資汽車生產(chǎn)企業(yè)對于自動化裝配技術(shù)的相關(guān)研究起步較早，所以知名汽車企業(yè)的裝配流水線均設(shè)置為自動化，國內(nèi)汽車廠商也逐漸意識到自動化裝配帶來的好處和利益，將國際先進的自動化裝配技術(shù)引入國內(nèi)，在降低汽車生產(chǎn)成本的同時提高了變速箱的裝配質(zhì)量。

1? 變速箱裝配技術(shù)概述

汽車變速箱主要用于以內(nèi)燃機作為動力來源的交通工具上[1]，內(nèi)燃機自身無法改變輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，在最早生產(chǎn)的汽車上自己將內(nèi)燃機的輸出軸連接到車輪上，駕駛過程具有極大的危險性。為了使汽車能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境輸出不同的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，變速箱發(fā)揮著重大的作用。變速箱主要有以下三點功能：第一，改變汽車的傳動比，使汽車能夠適應(yīng)上坡、加速、起步等各種工作環(huán)境;第二，使汽車倒退行駛且不改變汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu);第三，中斷發(fā)動機的動力輸出，利用變速箱的空檔實現(xiàn)汽車怠速運行和起動。變速箱的分類方法有多種，按操縱方式可以分為手動式和自動式，按照傳動比變化方式可以分為有級式、無級式和綜合式，按照輪系形式可以分為軸線固定式和軸線旋轉(zhuǎn)式。

1.1 技術(shù)組成

變速箱的裝配過程中，最核心的裝配工作主要包括輸入軸輸出軸以及差速器總成的裝配，這幾個零部件的裝配質(zhì)量直接影響汽車駕駛的舒適度與安全性，在裝配過程中需要合理調(diào)整齒輪軸的預(yù)緊力矩，太大的預(yù)緊力矩會造成軸承的過度磨損，太小的預(yù)緊力矩會導(dǎo)致裝配誤差過大，進而導(dǎo)致各級齒輪嚙合度不佳，在實際工作過程中會造成打齒、換擋失敗、噪聲等問題。由于發(fā)動機的輸出功率是非常大的，為了使變速箱能夠承受發(fā)動機的輸出功率而不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，在總體結(jié)構(gòu)上要求輸入輸出軸具有較大的支承剛度。

以輸出軸為例，為了保證結(jié)構(gòu)上的支承剛度[2]，采用了跨置式支承的形式，將兩個大端相同的圓錐滾子軸承安裝在輸入軸總成的兩端，軸承的外圈安裝在變速器殼體和離合器殼體上，輸入軸兩端由深溝球軸承支承并安裝在變速器殼體和離合器殼體的座孔中。在裝配過程中，為了避免齒輪在傳動過程中產(chǎn)生的軸向力使傳動軸產(chǎn)生軸向位移影響變速箱的正常工作，需要消除軸承間隙并施加一定的壓緊力，壓緊力是通過改變變速箱殼體與軸承之間的墊片來實現(xiàn)，增加墊片厚度則會增加壓緊力，過大的壓緊力會使傳動效率降低加速磨損，過小的壓緊力有無法起到消除軸向位移的要求，所以壓緊力需要合理設(shè)置。

1.2 裝配線制造目標(biāo)

變速箱的裝配線不僅僅只包含設(shè)備裝配這一個部分，還有質(zhì)量檢測和物流運輸。其中設(shè)備裝配涉及的技術(shù)包括壓裝技術(shù)、拆解技術(shù)、噴涂技術(shù)、螺栓連接技術(shù)等等，在變速箱裝配完成后并不能立刻入庫，在裝配過程中不可避免的會產(chǎn)生人為或者非人為的誤差，這就需要質(zhì)量檢測部門對裝配過程中的半成品和裝配完成的成品進行實時監(jiān)控和檢測，對于質(zhì)量檢測部門涉及的技術(shù)包括在線檢測技術(shù)、智能糾錯技術(shù)、泄漏檢查技術(shù)等等，對于檢查合格的產(chǎn)品才能夠儲存入庫并進行電腦記錄，在需要出庫運輸時再查詢設(shè)備儲存情況，物流運輸涉及的技術(shù)有庫存管理技術(shù)、代碼打印和識別技術(shù)等等。

從上面的介紹可以看出變速箱的裝配線涉及到的技術(shù)非常繁雜，主要涉及機械、電氣、信息管理、物流運輸?shù)阮I(lǐng)域的專業(yè)知識，對于如何協(xié)調(diào)好裝配線中各個部門的職能以及工作分配，這是影響變速箱裝配效率和產(chǎn)品質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。現(xiàn)代的汽車零部件制造企業(yè)將裝配工作發(fā)展得更加細(xì)致化和專業(yè)化，確保每一個工位上的設(shè)備只需要進行專職的工作，減少產(chǎn)生非人為誤差的概率。裝配線的制造目標(biāo)是使生產(chǎn)線更加智能和高效率，及時發(fā)現(xiàn)裝配過程中出現(xiàn)的誤差，保證最終生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格統(tǒng)一且質(zhì)量穩(wěn)定，盡可能地減少操作人員的工作強度。

2? 自動化裝配關(guān)鍵技術(shù)

自動化裝配生產(chǎn)線是工業(yè)化生產(chǎn)必然要達(dá)成的目標(biāo)，這不僅可以降低用人成本，而且能夠保證高效率地生產(chǎn)規(guī)格統(tǒng)一的產(chǎn)品，而且現(xiàn)在的自動化生產(chǎn)線并不僅僅只生產(chǎn)單一的產(chǎn)品，如果生產(chǎn)一種產(chǎn)品就需要建立一條自動化生產(chǎn)線，這將導(dǎo)致投入的資金成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于收益，所以現(xiàn)在很多工業(yè)制造企業(yè)采用柔性化自動生產(chǎn)線，所謂柔性化生產(chǎn)即對于同一類不同規(guī)格的產(chǎn)品，通過改變生產(chǎn)線少數(shù)幾個設(shè)備即可實現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)，這也為企業(yè)的多樣化生產(chǎn)提供了可行性方案，下面就變速箱的自動化裝配分析需要實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 實時過程檢驗技術(shù)

實時過程檢驗技術(shù)是保證變速箱裝配質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)主要包含三個子技術(shù)：糾錯技術(shù)、在線檢驗技術(shù)、功能測試技術(shù)。糾錯技術(shù)的工作原理主要是借助機器視覺光電技術(shù)等手段實現(xiàn)識別裝配過程中出現(xiàn)的錯誤并發(fā)出警報，再由操作人員及時糾正錯誤。通常在裝配過程中可能出現(xiàn)的錯誤有以下幾種：零件漏裝或者錯裝、螺栓未擰緊或者擰緊順序錯誤、托盤放置位置錯誤或者與工件不匹配等等，該技術(shù)可以通過電子攝像頭、光電傳感器、條形碼識別系統(tǒng)、限位開關(guān)等設(shè)備實現(xiàn)。在線檢驗技術(shù)是通過相關(guān)檢測設(shè)備對變速箱的裝配公差以及壓緊力進行檢測。主要檢查的項目有軸向位移和壓緊力的測試、齒輪的嚙合度和換擋平順性的檢驗、變速箱的氣密性檢驗。功能測試技術(shù)是在變速箱完成裝配工作后進行的模擬真實工作環(huán)境的測試，通過變速箱實驗臺架，檢驗在頻繁換擋過程中是否出現(xiàn)卡頓或者換擋失敗等問題，運行過程中是否產(chǎn)生異響或異常振動等等。

2.2 智能機器人技術(shù)

智能機器人主要包括有兩類，一類是專門用于零部件裝配的工業(yè)機器人，另一類是用于搬運流轉(zhuǎn)零部件的桁架機器人[3]，第一類機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，主要用于零部件的組裝、焊接、拆卸等工作，根據(jù)其運動形式可以分為平面關(guān)節(jié)型[4]、垂直多關(guān)節(jié)型、直角坐標(biāo)型這三類，其中平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)加上一個移動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，移動關(guān)節(jié)實現(xiàn)上下移動，兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)則實現(xiàn)前后左右的移動，該類型工業(yè)機器人的最大特點是可實現(xiàn)高精度控制并且運動速度較快;垂直多關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人相較于平面關(guān)節(jié)具有更大的自由度，可以實現(xiàn)多個平面加工的復(fù)雜環(huán)境，所以運動速度比平面關(guān)節(jié)型稍慢;直角坐標(biāo)型工業(yè)機器人是采用線性導(dǎo)軌和伺服電機使工作機構(gòu)在單一平面內(nèi)作水平或豎直方向運動并完成裝配工作，該類型機器人的制造成本遠(yuǎn)低于上述兩種，可以適應(yīng)工作內(nèi)容較為簡單的環(huán)境，現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的是SCARA平面關(guān)節(jié)型機器人，該類型的工業(yè)機器人不僅可以完成基本的裝配工作，而且具有柔性工裝機構(gòu)，可以自由改變裝配工具以及運動軌跡，實現(xiàn)多種產(chǎn)品混合裝配的要求，極大地減少了設(shè)置自動化裝配生產(chǎn)線的設(shè)備成本。而且現(xiàn)在為了提升裝配效率已經(jīng)開始研發(fā)雙臂工業(yè)機器人，雙臂工業(yè)機器人的技術(shù)壁壘在于如何能夠在同一個系統(tǒng)中精確控制兩條機械臂，使它們之間不產(chǎn)生運動干涉。除此之外，對于雙臂如何協(xié)調(diào)工作使其如同人類的雙手一般這也是一個研究重點。

桁架機器人的工作要求遠(yuǎn)低于工業(yè)機器人，只需要實現(xiàn)各種零部件在生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)即可，需要注意的是，對于桁架機器人的手臂力矩也有一定要求，力矩不能過大否則會使零部件產(chǎn)生變形影響裝配質(zhì)量，力矩過小則容易在運輸過程中使零部件脫落對操作人員造成嚴(yán)重的人身威脅。所以在桁架機器人的運轉(zhuǎn)路線上需要設(shè)置防護設(shè)施用以保障操作人員的人身安全。

2.3 總線控制技術(shù)

總線控制技術(shù)是保障自動化裝配線正常運轉(zhuǎn)的核心技術(shù)，這也是絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)采用的控制技術(shù)，采用該技術(shù)的最大優(yōu)勢是可以實現(xiàn)集中化控制有利于電氣系統(tǒng)故障的排查，但是這與傳統(tǒng)的集中控制技術(shù)有所差異，總線控制系統(tǒng)可以分為總控系統(tǒng)和分控系統(tǒng)，分控系統(tǒng)控制單一獨立的自動化裝配設(shè)備，分控系統(tǒng)再由傳感器與執(zhí)行機構(gòu)通過電纜和總控系統(tǒng)連接，總控系統(tǒng)只需要控制所有的分控系統(tǒng)，而分控系統(tǒng)再去控制具體的設(shè)備，這樣就實現(xiàn)了分級控制的目的，采用總線控制系統(tǒng)不僅可以減少大量線纜的布置，而且有效提高系統(tǒng)控制的精確性，故障的排查效率也可以大幅度提升，不再需要像傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)檢查每一個插線接口，可以只檢查故障設(shè)備相關(guān)分控系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。

2.4 信息管理技術(shù)

信息管理技術(shù)不僅在工業(yè)制造領(lǐng)域，在其它領(lǐng)域也可以起到優(yōu)化管理的作用，在變速箱的自動化裝配線上，零件、耗材的取用，成品的入庫，不合格產(chǎn)品的處理，設(shè)備的使用時間和檢修時間等等信息，如果采用人工記錄的方式不僅很容易產(chǎn)生記錄錯誤，而且工作效率低下信息記錄也不便保存，采用電子化信息儲存的方式將生產(chǎn)線所有的運轉(zhuǎn)信息集中在一個信息平臺上處理，并定期上傳到云端，可以有效保證信息記錄的統(tǒng)一性和完整性，企業(yè)也可以利用這些記錄作為未來企業(yè)規(guī)劃的重要參考依據(jù)，對經(jīng)濟效益低下的產(chǎn)品進行減產(chǎn)，科學(xué)組織產(chǎn)品生產(chǎn)，降低企業(yè)運行成本，間接提升企業(yè)綜合競爭力。

參考文獻：

[1]吳文軒，張紀(jì)平，馬維金，王俊元.汽車變速箱的振動特性與模態(tài)聯(lián)合分析研究[J].機械傳動，2017，41（08）：137-140.

[2]尚振國，武力波，宋若冰.耦合支承剛度的齒輪有限元接觸分析[J].機械設(shè)計與制造，2015（12）：234-236.

[3]劉林山，李建永，郝銘.一種數(shù)控機床自動上下料桁架機器人控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2019，41（09）：108-110，138.