輪胎螺母擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王磊 王韜

摘 要：為了解決輪胎螺母擰緊機(jī)在應(yīng)用中出現(xiàn)的無(wú)法柔性化對(duì)輪胎五個(gè)螺母在分度圓不同的情況下同線擰緊問(wèn)題，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況和要求進(jìn)行充分的分析后，對(duì)輪胎螺母擰緊機(jī)的各個(gè)組成部分重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了通過(guò)氣缸與直線滑軌結(jié)合的方式驅(qū)動(dòng)擰緊軸進(jìn)行五軸自動(dòng)變徑的設(shè)計(jì)方案，并且分析了該方案的可行性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用表明，該設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可以滿(mǎn)足輪胎五個(gè)螺母在分度圓不同的情況下同線擰緊要求，在保證質(zhì)量的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：輪胎螺母擰緊機(jī);分度圓;自動(dòng)變徑

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.341? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-112-03

Abstract： In order to solve the problem that the tire nut tightening machine cannot be flexible in application， the five nuts of the tire are tightened in the same line under different reference circle. After a thorough analysis of the on-site working conditions and requirements， the tire nut tightening machine of each component of the system was redesigned， and a design scheme for driving the tightening shaft through the combination of the cylinder and the linear slide rail for five-axis automatic reducing was proposed， and the feasibility of the scheme was analyzed. Field use shows that the design scheme is practical and stable， and the equipment runs stably， which can meet the same-line tightening requirements of the five nuts of the tire under different reference circle， which improves production efficiency while ensuring quality.

Keywords： The tire nut tightening machine; Reference circle; Automatic reducing

CLC NO.： U463.341? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-112-03

前言

目前輪胎螺母擰緊機(jī)在國(guó)內(nèi)外各大型汽車(chē)生產(chǎn)廠家已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，輪胎螺母擰緊機(jī)代替了以往的手工輪胎螺母擰緊。因?yàn)椴捎秒妱?dòng)擰緊設(shè)備進(jìn)行擰緊，具有精度高、效率高、速度快、噪音小等優(yōu)點(diǎn)[1，2]?，F(xiàn)階段各主機(jī)廠為節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率，往往會(huì)將不同的車(chē)型放置在同一生產(chǎn)線上組裝，而不同的車(chē)型，有可能其輪胎螺母分度圓不一樣，這就要求輪胎螺母擰緊機(jī)能進(jìn)行柔性化生產(chǎn)。為了達(dá)到這個(gè)生產(chǎn)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種可以自動(dòng)變徑的輪胎螺母擰緊機(jī)。既滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，又降低了設(shè)備成本和人工成本。

1 輪胎螺母擰緊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理

文中為懸掛安裝的臥式輪胎螺母擰緊機(jī)[3]，其主要由隨行裝置、懸掛裝置、擰緊軸箱、輔助結(jié)構(gòu)、擰緊系統(tǒng)等部分組成。在生產(chǎn)線左右各安裝一臺(tái)，分別吊裝在鋼結(jié)構(gòu)下方。鋼結(jié)構(gòu)下方吊裝鋁軌，鋁軌間安裝隨行小車(chē)，小車(chē)下方安裝懸掛裝置，可以左右平移和升降，懸掛裝置下方安裝擰緊軸操作體。輪胎螺母擰緊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.1 隨行裝置

隨行裝置采用軌道系統(tǒng)，軌道材料為鋁合金，導(dǎo)軌兩端裝有減震器及用于指示隨行小車(chē)的位置限位開(kāi)關(guān)。導(dǎo)軌末端設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)隨行小車(chē)到達(dá)導(dǎo)軌末端還未完成擰緊時(shí)，主線停線以保證設(shè)備安全。隨行小車(chē)采用普通SEW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，僅用于擰緊后的返回。當(dāng)需要返回時(shí)，控制電機(jī)升降的 氣缸伸出，使電機(jī)上的摩擦輪與導(dǎo)軌接觸，電機(jī)啟動(dòng)，隨行小車(chē)運(yùn)行;隨行時(shí)，氣缸縮回，摩擦輪與導(dǎo)軌分離，隨行小車(chē)隨生產(chǎn)線運(yùn)動(dòng)。隨行裝置用于隨行小車(chē)與車(chē)輛同步運(yùn)行，進(jìn)行輪胎螺母擰緊作業(yè)。擰緊完成后，隨行小車(chē)自動(dòng)返回原位置或下一個(gè)待擰輪胎位置附近。

1.2 懸掛裝置

懸掛裝置主要是用于懸掛擰緊操作體，便于操作員擰緊作業(yè)。懸掛裝置主要包含豎直方向的升降和水平方向的前進(jìn)后退。豎直方向的升降動(dòng)力采用單桿鎖緊氣缸，配精密減壓閥調(diào)整好氣壓來(lái)保證整體的平衡狀態(tài)。在手動(dòng)狀態(tài)下，人工可以輕松的調(diào)節(jié)上下高度。同時(shí)也可以根據(jù)車(chē)型自動(dòng)調(diào)整擰緊裝置的高度以適應(yīng)不同車(chē)型輪胎高度的變化。水平方向前進(jìn)后退采用無(wú)桿氣缸驅(qū)動(dòng)，配合直線軸承和光軸進(jìn)行導(dǎo)向，使空間布局更加的緊湊，運(yùn)行更加平穩(wěn)。軸箱水平方向的位置在無(wú)桿氣缸控制下可以適應(yīng)不同車(chē)型輪距變化。

1.3 擰緊軸箱

擰緊軸箱為圓筒結(jié)構(gòu)，前方安裝一個(gè)單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支撐，五把擰緊軸所在的變徑結(jié)構(gòu)固定在回轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)圈上，在擰緊軸前端安裝三個(gè)氣缸，當(dāng)擰緊完成后，將擰緊軸推離輪胎，保證退出無(wú)阻滯。軸箱外部主要是觸摸屏和手柄。觸摸屏上可以顯示擰緊結(jié)果及設(shè)備所處的狀態(tài)。手柄有兩個(gè)，分布在軸箱的前后位置上，靠近車(chē)體的手柄是可以隨著回轉(zhuǎn)支撐一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，與回轉(zhuǎn)支撐固定在一起的轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置了限位，控制旋轉(zhuǎn)范圍在±40°，以適應(yīng)輪胎相位角的偏轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)離車(chē)體的手柄上設(shè)置了進(jìn)退、升降、啟動(dòng)等按鍵。通過(guò)兩個(gè)手柄的操作，工人可以方便的操作設(shè)備對(duì)準(zhǔn)螺母。

1.4 輔助結(jié)構(gòu)

輔助結(jié)構(gòu)主要包括固定整個(gè)擰緊設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)以及拖鏈電纜。鋼結(jié)構(gòu)主要是由工字鋼搭成的平行結(jié)構(gòu)，下方懸掛著鋁合金軌道，用于擰緊設(shè)備在擰緊螺母的同時(shí)與車(chē)體一起隨行。電纜裝在拖鏈中，拖鏈寬度足夠，電纜不會(huì)受擠壓，電纜與氣管采用高柔性抗彎曲疲勞材質(zhì)，一端進(jìn)控制柜，另外一端進(jìn)擰緊設(shè)備，與整個(gè)擰緊設(shè)備一起隨行。

1.5 擰緊系統(tǒng)

擰緊軸是輪胎螺母擰緊機(jī)的核心部件，國(guó)內(nèi)的擰緊軸因?yàn)橹圃旃に囁健⒕_性和可靠性等方面與國(guó)外的擰緊軸有一定的差距，因此國(guó)內(nèi)各大汽車(chē)廠商絕大多數(shù)使用的都是歐美進(jìn)口的擰緊軸[2]。比較常見(jiàn)的擰緊軸品牌有阿特拉斯-科普柯（Atlas Copco）、博世（BOSCH）、艾佩克斯（APEX）等。文中的設(shè)備采用博世（BOSCH）品牌的擰緊軸。表1是博世品牌的一些關(guān)鍵性參數(shù)。

表1? 博世品牌關(guān)鍵參數(shù)

典型的螺紋擰緊控制方法有扭矩法、扭矩/轉(zhuǎn)角法、屈服點(diǎn)法以及螺栓長(zhǎng)度法這四種方法[4-6]。本設(shè)備的螺母擰緊控制方式采用的是扭矩控制、角度控制以及屈服點(diǎn)控制。在指定扭矩開(kāi)始反轉(zhuǎn)，按PLC指令工作，在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)保持扭力、消除擰緊工件的扭力衰減。

擰緊控制器對(duì)擰緊軸反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過(guò)分析給出擰緊結(jié)果，擰緊結(jié)果通過(guò)控制柜上不同顏色指示燈進(jìn)行反饋，同時(shí)增加螺母漏打、松脫、滑絲等報(bào)警。當(dāng)異常報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，在控制柜顯示屏上會(huì)顯示報(bào)警信息。

2 變徑設(shè)計(jì)

2.1 輪胎基本參數(shù)

汽車(chē)廠商的生產(chǎn)線會(huì)同時(shí)生產(chǎn)兩種或者兩種以上車(chē)型，不同車(chē)型的輪胎，其螺母分度圓有可能不一樣?，F(xiàn)有兩種螺母分度圓不同的輪胎參數(shù)如表2所示。

2.2 擰緊軸箱變徑結(jié)構(gòu)

由于輪胎有兩種不同分度圓的五個(gè)螺母會(huì)出現(xiàn)在同一生產(chǎn)線上，因此，設(shè)計(jì)出了具有變徑結(jié)構(gòu)的擰緊軸箱，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)要求。擰緊軸箱的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，擰緊軸變徑結(jié)構(gòu)如圖3所示。

該變徑結(jié)構(gòu)主要由氣缸、直線滑軌、擰緊軸固定板等組成。擰緊軸安裝在固定板上，固定板與直線滑軌的滑塊固定在一起，氣缸的伸縮桿與固定板連接在一起。通過(guò)氣缸的動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)擰緊軸在直線滑軌方向上的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)要求實(shí)現(xiàn)變徑時(shí)，五個(gè)氣缸同時(shí)伸出（或者縮回），使擰緊軸運(yùn)動(dòng)到一定的分度圓位置。這個(gè)位置由固定板前后的限位來(lái)保證，當(dāng)固定板撞到其前方的中心限位軸時(shí)，則五根擰緊軸的分度圓直徑為114.3mm;當(dāng)固定板撞到其后方的限位塊時(shí)，則五根擰緊軸的分度圓直徑為120mm。當(dāng)變距完成后，會(huì)有相應(yīng)的檢具進(jìn)行精度檢查確認(rèn)。在每根軸附近安裝了傳感器，以此來(lái)檢測(cè)其切換位置，并且變距到位后通過(guò)檢測(cè)信號(hào)控制鎖緊氣缸動(dòng)作，鎖緊軸的位置。

擰緊軸在擰緊螺母的過(guò)程中，會(huì)有扭矩力產(chǎn)生。為了減少扭矩對(duì)滑塊滑動(dòng)方向上的影響，將直線滑軌布置在擰緊軸的直徑方向上。而在擰緊螺母的時(shí)候，整個(gè)設(shè)備會(huì)與車(chē)體隨行，在這個(gè)過(guò)程中車(chē)體對(duì)擰緊軸產(chǎn)生的力則主要由氣缸的推力來(lái)吸收[7，8]。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，擰緊軸在使用的過(guò)程中就不會(huì)發(fā)生位置的偏移，從而保證擰緊結(jié)果的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

本文介紹了輪胎螺母擰緊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理，設(shè)計(jì)出了一種五個(gè)擰緊軸自動(dòng)變徑的擰緊軸箱，成功的解決了輪胎五個(gè)螺母在 分度圓不同的情況下共線擰緊問(wèn)題，極大的提高了生產(chǎn)線的智能化水平，保證了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了效益。

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