汽車平衡軸總成分裝臺(tái)設(shè)計(jì)*

溫承欽 林文芳

(重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院，重慶 402247)

平衡軸總成如圖1由平衡軸裝置總成如圖2、鋼板彈簧總成、騎馬螺栓、板簧壓板、鎖緊螺母等件組成。平衡軸總成裝配過程是先將鋼板彈簧總成吊上裝配平臺(tái)進(jìn)行定位、對中、校平，然后將平衡軸裝置總成吊上裝配臺(tái)與鋼板彈簧總成嵌合一起，通過板簧壓板、騎馬螺栓、鎖緊螺母牢固地聯(lián)接成一體。平衡軸總成是雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋汽車的重要部件之一，在汽車行駛中起傳遞動(dòng)力、減震、支承載荷的作用。其裝配質(zhì)量直接影響到汽車行駛穩(wěn)定性及安全性，必須重點(diǎn)管控。目前，某重型汽車公司汽車平衡軸總成裝配還是純手工完成，鋼板彈簧總成吊上裝配平臺(tái)后，由操作工人用榔頭憑借自身經(jīng)驗(yàn)、感覺對其進(jìn)行校平、找正。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長且裝配質(zhì)量不穩(wěn)定。單件裝配周期與工人技術(shù)熟練度、體能有很大關(guān)系。目前，裝配平衡軸總成的生產(chǎn)周期為9 min/件，分成3道工序完成。第一工序完成平衡軸裝置總成、板簧組件、騎馬螺栓、緊固螺母、板簧壓板鏈接一體；第二工序完成兩板簧組件校平，調(diào)整兩板簧組件間距滿足將平衡軸總成通過平衡軸支架、聯(lián)接螺栓與車架牢固鏈接一體后，兩板簧組件內(nèi)側(cè)面與車架上的側(cè)滑板能夠相對滑動(dòng)無干涉現(xiàn)象且保持適當(dāng)?shù)拈g隙；第三工序通過擰緊機(jī)對平衡總成上的騎馬螺栓緊固螺母進(jìn)行擰緊且達(dá)到設(shè)計(jì)要求的扭力矩，然后人工再用扭力扳手對每顆螺母進(jìn)行扭力矩檢驗(yàn)測試。就目前生產(chǎn)狀況，按一個(gè)班有效工作時(shí)間8 h，第一工序分兩小組同時(shí)進(jìn)行，一條生產(chǎn)線一天的產(chǎn)量約為53.3件。正常工作時(shí)間狀態(tài)下，平均月產(chǎn)量為1 200件，這樣的產(chǎn)能是不能適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需求的。改進(jìn)平衡軸總成裝配工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和制造成本成為關(guān)鍵。本工裝針對目前生產(chǎn)節(jié)拍及低效率狀況，將平衡軸總成裝配的3道工序合并為一道工序進(jìn)行，旨在提高裝配精度和生產(chǎn)效率。本文針對汽車平衡軸總成裝配工藝改進(jìn)所涉及到的裝配平臺(tái)設(shè)計(jì)[1]進(jìn)行分析、說明。

1 工件定位、壓緊分析

1.1 工件定位、壓緊示意圖。

如圖3。

1.2 工件定位、壓緊目的

由圖3可知，鋼板彈簧總成長度方向限制一個(gè)移動(dòng)自由度，保證兩個(gè)鋼板彈簧總成的對稱中心面共面，鋼板彈簧總成鉛垂方向限制兩個(gè)自由度，確保兩個(gè)鋼板彈簧總成處于同一水平面的要求，鋼板彈簧總成側(cè)平面限制三個(gè)自由度，且在另一側(cè)面施加載荷，將工件推向定位面并壓緊、壓平。從而確保鋼板彈簧總成中各板簧片滿足鋼板彈簧總成整體鉛垂面共面要求。完成定位壓緊[2]后，便于操作者將平衡軸裝置總成起吊，同時(shí)將平衡軸裝置總成中的平衡軸殼中鋼板彈簧總成定位銷孔與鋼板彈簧總成上的定位螺栓對中，將板簧嵌入平衡軸殼的板簧槽中，同時(shí)定位螺栓落入平衡軸殼的定位孔中。借助騎馬螺栓、鎖緊螺母、板簧壓板完成平衡軸總成的裝配。

2 分裝臺(tái)定位系統(tǒng)分析

2.1 定位系統(tǒng)構(gòu)成

由圖4可知，該定位系統(tǒng)中可調(diào)定位板1、4共四件且水平方向共面，其平面度允差不大于0.5 mm。調(diào)節(jié)支承2、5分別固定在可調(diào)定位板1、4上，通過左右移動(dòng)調(diào)整可調(diào)定位板1、4的位置以及調(diào)節(jié)支承2、5裝在不同的螺孔位置上實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)L的尺寸大小?？烧{(diào)支撐3通過雙頭支承螺桿調(diào)節(jié)H的尺寸?？烧{(diào)支撐3共兩組，水平間距為B,通過調(diào)節(jié)雙頭螺桿實(shí)現(xiàn)對尺寸B的調(diào)整。兩件可調(diào)支撐3其水平面通過相關(guān)升降螺桿的調(diào)節(jié)而達(dá)到水平面共面需要。定位塊6、7、8、9其鉛垂面互為共面，平面度允差不大于0.5 mm,定位塊10、11、12、13其鉛垂面互為共面，平面度允差不大于0.5 mm,且兩鉛垂面間不平行度允差不大于1 mm。間距A可在770～1 250 mm任意調(diào)整。

2.2 定位系統(tǒng)功能

裝配鋼板彈簧總成與平衡軸裝置總成前，需先將兩套鋼板彈簧總成的定位平面定位在可調(diào)定位板1、4組成的平面上，確保兩鋼板彈簧總成位于同一水平面。同時(shí)，以鋼板彈簧總成長度方向上一端通過調(diào)節(jié)支承2或5定位，即調(diào)整確定好L的尺寸保證兩組鋼板彈簧總成的對稱中心面共面。定位塊6、7、8、9組成的鉛垂面與定位塊10、11、12、13組成的鉛垂面分別對兩套鋼板彈簧總成的一側(cè)面定位，確保兩鋼板彈簧總成在鉛垂面上的平行要求。調(diào)節(jié)支撐3用于定位平衡軸裝置總成中的平衡軸支架，確保平衡軸軸心線平行于水平面。調(diào)節(jié)A、B、C、H、L尺寸，可以滿足不同型號(hào)平衡軸總成的裝配定位[3]需要。

3 分裝臺(tái)壓緊系統(tǒng)分析

3.1 壓緊系統(tǒng)構(gòu)成

由圖5可知，壓緊系統(tǒng)由23個(gè)主要零部件組成，其中，可調(diào)式雙頭螺桿組件1、16，通過調(diào)整該組件，可滿足不同寬度鋼板彈簧的壓緊夾持處于最佳狀態(tài)。杠桿組件2、15將氣缸部分拉力通過伸縮式支承拉桿4、13，雙頭螺桿組件1、16傳遞給回轉(zhuǎn)壓板組件5、12上，從而實(shí)現(xiàn)對鋼板彈簧總成側(cè)面的擠壓。導(dǎo)套式支架3、14維持氣缸8、9運(yùn)行安全、平穩(wěn)，確保系統(tǒng)加載、卸載安全可靠。緩沖調(diào)節(jié)塊6、11確保鋼板彈簧總成中每片板簧鋼側(cè)面均受到擠壓力作用。啟動(dòng)換向閥7、10，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加載、卸載轉(zhuǎn)換。自適應(yīng)螺母17、限位支承18、壓縮彈簧19、調(diào)節(jié)螺母20、可調(diào)式雙頭螺桿組件21、定位支架22、鎖緊螺母23組成自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，確保整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行安全、可靠[4]。

3.2 壓緊系統(tǒng)功能

由圖4可知，鋼板彈簧總成吊放在可調(diào)定位板1、4上，實(shí)現(xiàn)水平面定位，側(cè)面定位于由定位塊6、7、8、9組成的鉛垂面上(或由定位塊10、11、12、13組成的鉛垂面)。完成鋼板彈簧總成所有定位找正后，由圖5可知：啟動(dòng)換向閥7、10，氣缸8、9動(dòng)作，通過可調(diào)式雙頭螺桿組件1、16，杠桿組件2、15，伸縮式支承拉桿4、13，回轉(zhuǎn)壓板組件5、12，緩沖調(diào)節(jié)塊6、11實(shí)現(xiàn)對鋼板彈簧總成側(cè)面施加載荷，在此載荷作用下，構(gòu)成鋼板彈簧總成的每片板簧側(cè)面完成共面要求，從而為平衡軸總成裝配做好準(zhǔn)備。

平衡軸總成裝配過程中，啟動(dòng)壓緊機(jī)構(gòu)將兩側(cè)的板簧組件壓平在各自定位面上，由于兩定位面間的平行度誤差及平衡軸總成的制造誤差，必然導(dǎo)致兩鋼板彈簧總成間的平行度誤差與夾具定位面間的平行度誤差的不一致，剛性的夾具平行度誤差與剛性的平衡軸總成兩鋼板彈簧總成間平行度誤差必然導(dǎo)致裝配中夾具的擠壓變形。平衡軸總成裝配完成后，啟動(dòng)換向閥7、10，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸載，平衡軸總成吊離裝配臺(tái)轉(zhuǎn)入下一道工序。在此過程中，由于起吊不平衡導(dǎo)致兩組鋼板彈簧總成側(cè)平面與裝配臺(tái)定位面不平行，致使鋼板彈簧總成對鉛垂定位面產(chǎn)生一定的沖擊力，該沖擊力對裝配平臺(tái)的安全穩(wěn)定性和精度是有副作用的。如圖5所示，鑒于上述兩種因素考慮，系統(tǒng)配備了由自適應(yīng)螺母17、限位支承18、壓縮彈簧19、調(diào)節(jié)螺母20、可調(diào)式雙頭螺桿組件21、定位支架22、鎖緊螺母23等組成的自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而確保裝配平臺(tái)安全、穩(wěn)定可靠。

3.3 壓緊方式與壓緊力

根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，每組鋼板彈簧組件側(cè)面所受壓力在800～1 200 kgf之間，由于每組板簧要受到兩處擠壓力作用，因而，每處壓力不得小于400 kgf。從安全性，穩(wěn)定性方面考慮，壓緊方式采用杠桿式內(nèi)拉壓緊，雖然該方式的有效壓緊力不大于氣缸拉力，但是由于內(nèi)拉式壓緊確保了系統(tǒng)中氣缸所產(chǎn)生的所有力內(nèi)斂，夾具本身變形小且系統(tǒng)安全穩(wěn)定性高。

根據(jù)目前企業(yè)生產(chǎn)狀況，壓縮空氣的氣壓大多在6～7個(gè)大氣壓間，為了滿足該夾具壓緊力的要求，本夾具的氣缸選型為西南氣動(dòng)QGA-160×100,6個(gè)大氣壓下該氣缸拉力11 106 N,理論有效壓力為0.521×11 106≈5 786 N,板簧組件整體所受壓力為1 157.2 kgf,滿足工藝設(shè)計(jì)要求。

3.4 自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理

該夾具工作前，根據(jù)所裝平衡軸總成的規(guī)格，需將夾具定位尺寸A調(diào)整到所裝平衡軸總成規(guī)定的兩鋼板彈簧總成定位槽間距的尺寸上偏差+0.5 mm.調(diào)整好該尺寸后用鎖緊螺母將雙頭螺桿一端(未裝彈簧一端)緊固，然后調(diào)整壓縮彈簧的彈性變形量，保證彈力不低于30 kgf,剩余變形量不低于10 mm，調(diào)整完畢后加以鎖定。

4 氣路系統(tǒng)分析

按照工藝要求，分裝臺(tái)壓緊機(jī)構(gòu)需要分別對兩組鋼板彈簧總成側(cè)面進(jìn)行加載壓平且各自獨(dú)立。為此，每個(gè)鋼板彈簧總成的加載與卸載就須單獨(dú)由一個(gè)控制閥完成。每個(gè)鋼板彈簧總成所需加載壓力要求在800～1 000 kgf。由圖6可知，該氣路系統(tǒng)選用了4個(gè)缸徑φ160 mm的雙行程氣缸作為壓緊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，當(dāng)氣壓在0.6 MPa時(shí)單個(gè)氣缸的拉力不低于1 100 kgf。其中手動(dòng)換向閥9控制氣缸7、8動(dòng)作，手動(dòng)換向閥14控制氣缸11、12動(dòng)作。為了降低氣路工作時(shí)的噪音，分別給換向閥9、14配置了消音器10、13。單向節(jié)流閥6、5分別控制氣缸7、8和11、12的運(yùn)行速度，確保壓緊機(jī)構(gòu)[5]運(yùn)行安全、平穩(wěn)。過濾、減壓、油霧二聯(lián)件1起到對進(jìn)入氣缸前的高壓氣中雜質(zhì)、水分進(jìn)行過濾處理，然后根據(jù)工作實(shí)際需要可對過濾后的高壓氣進(jìn)行降壓處理，降壓后的高壓氣進(jìn)入油霧室進(jìn)行油霧處理后進(jìn)入氣缸推動(dòng)活塞工作，同時(shí)對氣缸進(jìn)行潤滑保護(hù)延長氣缸壽命[6]。手拉閥3配上消音器2降低了在工作中的噪音；與單路開閉式快速接頭4配合，實(shí)現(xiàn)控制導(dǎo)軌中剎車用鉗制器的開、閉狀態(tài)。

5 平臺(tái)整體運(yùn)行描述

根據(jù)不同型號(hào)的平衡軸總成的規(guī)格、尺寸，啟動(dòng)鉗制器解除對相關(guān)導(dǎo)軌的鎖定；松開其它相關(guān)定位件的鎖緊機(jī)構(gòu)[7]，將裝配平臺(tái)各相關(guān)定位件調(diào)整到合適位置。見圖4，調(diào)整好A、B、C、H、L尺寸后對各定位件進(jìn)行鎖定。隨后分別將兩組鋼板彈簧總成起吊到平臺(tái)上進(jìn)行定位找正，啟動(dòng)換向閥，氣缸動(dòng)作，壓緊機(jī)構(gòu)分別對兩組鋼板彈簧總成側(cè)面加載壓平，確保兩組鋼板彈簧總成側(cè)面互為平行，且對稱中心面共面。起吊平衡軸裝置總成，平衡軸殼中板簧定位銷孔與鋼板彈簧總成上定位螺栓對中配合，鋼板彈簧總成嵌入平衡軸殼的板簧槽內(nèi)，然后由板簧壓板、騎馬螺栓、鎖緊螺母將平衡軸殼與鋼板彈簧總成緊固一起完成平衡軸總成裝配。啟動(dòng)換向閥，卸除鋼板彈簧總成上的載荷，解除約束；啟動(dòng)相關(guān)導(dǎo)軌鉗制器解除導(dǎo)軌鉗制。起吊已裝配好的平衡軸總成離開裝配平臺(tái)轉(zhuǎn)入下道工序[8]。

6 結(jié)語

該分裝平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了平衡軸總成裝配過程中鋼板彈簧總成的自動(dòng)壓平找正，取代了原來的手工找正、校平；板簧組件間距確定；擰緊機(jī)擰緊鎖緊螺母；同時(shí)實(shí)現(xiàn)鎖緊螺母扭力矩在線檢測；減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，裝配質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。同時(shí)將原裝配工藝的三道工序優(yōu)化成一道工序，縮短了單件裝配周期，由原來的9 min/件縮短至6 min/件，提高了單班產(chǎn)能及生產(chǎn)效率，滿足了企業(yè)生產(chǎn)高峰的需要。