關于麥弗遜式前滑柱壓裝工裝的研究

趙德文 劉飛虎 劉福鵬 曹斌 吳曉方 范武

摘要： 試制工廠多個車型同時生產，不同平臺產品差異大，同時新車型開發(fā)過程中對投資成本、各個環(huán)節(jié)的開發(fā)周期要求越來越高。試制工裝夾具開發(fā)是樣車試制的重要環(huán)節(jié)，本文以某車型為例，介紹了麥弗遜式前滑柱壓裝工藝，壓裝工裝的結構原理及設計要點與注意事項。該工裝結構設計合理，對于汽車工廠來講，投入成本低，開發(fā)周期短，多車型切換方便，有助于提升產品質量，具有一定的推廣價值。

Abstract： There are multiple models of vehicle are produced at the same time in trial production plant， and the products of different platforms differ greatly. At the same time， demand of investment cost and the development cycle time of each process in the new model development are becoming more and more strictly. The development of trial production fixture is an important process during the vehicle trial production. Taking a certain vehicle as an example， this paper introduces the assembly process of McPherson type front sliding column， the structural principle， design points and precautions of the press fixture. The tooling structure design is reasonable， especially for the automobile factory， the investment cost is lower， the development cycle time is shorter， and the multi model switching is more convenient， which is helpful to improve the product quality， and has a certain promotion value.

關鍵詞： 前滑柱上支座;滑柱軸承;前減震器;螺旋彈簧;壓裝工裝

Key words： top mount of front sliding column;sliding column bearing;front shock absorber;spiral spring;press fixture

中圖分類號：U472.43? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0032-03

1? 麥弗遜式懸掛簡介

獨立懸掛的種類可以劃分為麥弗遜懸掛、雙叉臂懸掛和多連桿懸掛等，其中麥弗遜式懸掛是當今世界最廣泛應用的汽車前懸掛之一。麥弗遜式懸掛由螺旋彈簧、前減震器、三角形下擺臂組成，絕大部分車型還會加上橫向穩(wěn)定桿。其主要結構簡單的來說就是將螺旋彈簧套在前減震器上組成（即前滑柱），這樣可以有效避免螺旋彈簧受力時向前、后、左、右偏移的現象，使得螺旋彈簧只能作上下方向的振動，并且可以利用減震器的行程長短及松緊，來調整懸掛的軟硬及性能。

有些汽車主機廠在量產階段或者試制階段，出于成本考慮或者其他原因，前滑柱為非總成供貨狀態(tài)，即需要在主機廠來完成前減震器與螺旋彈簧的組裝。前滑柱的壓裝工藝主要分為兩部分：

①前滑柱上支座與滑柱軸承壓裝在一起，組成上支座總成;

②前減震器、螺旋彈簧、上支座總成壓裝在一起，組成前滑柱總成。

2? 前滑柱的壓裝工藝

2.1 前滑柱上支座與滑柱軸承的壓裝

裝配工藝：

①放置滑柱軸承到工裝。

1）滑柱軸承固定于工裝上，在壓裝過程中沒有竄動的趨勢;

2）壓裝定位可靠。

②將上支座壓入滑柱軸承內。

1）壓力≥400N·m;

2）將上支座套在滑柱軸承上，用工裝壓入。（零件自帶裝配防錯）

③安裝顛簸緩沖器到上支座。

將顛簸緩沖器直接按入上支座。

2.2 前減震器、螺旋彈簧、上支座總成的壓裝

裝配工藝：

①選擇對應的車型工裝，并固定到壓機上面;

②放置減震器到工裝。

1）按照零件的左右件標識，將減震器插入工裝的圓筒內，限位對應工裝上的左右標識，在壓裝過程中沒有竄動的趨勢;

2）壓裝定位可靠。

③將彈簧墊片卡入減震器支座，安裝牢靠;

④將螺旋彈簧套入減震器，螺旋彈簧止口對應彈簧墊片的止口，允許止口之間的間隙≤5mm即可;

⑤將防塵罩套入減震器，底部卡入減震器，防塵罩安裝牢靠，無變形;

⑥將上支座總成放入工裝定位，操作設備運行，調整彈簧垂直度，使得上支座總成與螺旋彈簧接觸（此時設備停止運行）;

⑦將導向銷通過上支座中心孔插入減震器上端的內六角孔內，之后繼續(xù)操作設備運行，直到減震器的螺紋露出上支座;

⑧取下導向銷，手動帶入螺母，用內止外動擰緊工具將螺母擰緊（力矩：58±9N·m）;

⑨操作設備運行至上止點，打開工裝，取下壓裝完畢的前滑柱總成即可。

3? 壓裝工裝的結構原理

3.1 前滑柱上支座與滑柱軸承的壓裝工裝

3.1.1 工裝結構組成

在量產工廠，前滑柱上支座與滑柱軸承的壓裝采用專用設備壓裝，但是開發(fā)成本高，開發(fā)周期長，使用項目比較單一。因此，不適合試制工廠對應多個差異車型生產。

以下是個人利用杠桿原理設計的上支座與滑柱軸承壓裝工裝，該工裝結構借鑒了手推鉗的結構，主要由動力臂、壓臂、壓塊、連接鉸鏈、基座、尼龍定位等組成（如圖1）。壓塊與尼龍定位為尼龍材質，其余的均為45號鋼材。

該結構設計取代了用設備壓裝，成本低（預計可節(jié)省10萬元），開發(fā)周期短，同時提高了壓裝效率，快速達成了項目組與生產車間的需求。對于試制工廠來說，非常實用。

原理及計算公式：

阻力×阻力臂=動力×動力臂（1）

F1×L1=F2×L2（2）

帶入數值：

400×80=F2×700

得出F2=45.7N·m，即用45.7N·m的力（約4.5kg）即可滿足壓裝。

根據企業(yè)內部人機工程評價標準（如表1）對使用該機構的實際按壓力值進行人機工程評價。

評價過程：

該操作屬于整只手操作。

標準要求：整只手操作，受力限值為≤50N·m;

實際結果：整只手操作，受力限值為45.7N·m≤50N·m;

評價結論：

理論按壓力值符合人機工程評價標準。實操驗證，可非常輕松的完成壓裝工作，并且該操作為非連續(xù)性作業(yè)，按照量產60JPH計算，最多每分鐘按壓2次（左右件各一次）。綜合評價，該機構完全符合工藝、質量的標準。

3.1.2 工裝設計要點及注意事項

該工裝設計要點及注意事項如下：

①與零件接觸部位均為尼龍材料，防止劃傷零件;

②設計注意減重，如底座設計可以挖空;

③上下零件的空間在設計時要預留充分;

④導向圓可以適當放大公差，避免運動過程中干涉;

⑤定位尼龍底座上部定位需仿形，可適當放大尺寸，只需Z向定位;

⑥因定位尼龍底座只受上下方向的力，固定方式可設計為嵌套式以快速拆換（不用螺栓固定即可），滿足差異車型的裝配;

⑦差異部件對應不同的車型時，部件上要刻有可識別標識。

3.2 前減震器、螺旋彈簧、上支座總成的壓裝工裝

3.2.1 工裝結構組成

為滿足工廠多車型的生產，以及考慮到工裝切換的方便性，需要將此工裝進行模塊化設計，這樣做是因為多車型存在差異且共線生產時，不可能開發(fā)多個設備或者多頻次的去更換設備上的某個部件并進行調試、精度測量，否則會增加大量的成本與浪費。只有模塊化設計才能保證定位機構整體的精度，省去大量的測量調試時間。

該工裝主要結構由水平基座、氮氣彈簧、直線滑軌、減震器定位裝置、上支座定位裝置、操作空間保證裝置、導向桿、加強板等組成（如圖2）。

①水平基座主要起固定作用，保證工裝的安裝固定及工裝部件的固定。其尺寸大小及安裝孔需要標準化，保證差異車型的工裝，能夠在同一臺設備上安裝。另外，基座上需要設定檢測基準，便于對整個定位機構的測量與調試。

②氮氣彈簧主要起到助力作用，壓裝完畢設備運行至上止點，氮氣彈簧可以自動將上支座定位裝置上升至頂端，并與零件脫開，這樣可以大大減輕作業(yè)者的勞動強度。關于氮氣彈簧行程的選擇，應大于產品壓裝所需的設計行程20mm以上（做一部分預留量），否則會損壞氮氣彈簧（已出現過故障案例）。

③直線滑軌主要保證在壓裝過程中，上支座定位裝置上下運行過程的垂直度，以此保證上支座定位裝置與產品的垂直度與同心度。直線滑軌的長度按照設計所需的行程采購即可。

④減震器定位裝置需要根據減震器的底部結構專門設計（減震器的底部結構差異較多）。減震器定位裝置需設計左右定位及總成左右件標識。如果上支座在前滑柱壓裝完畢后的狀態(tài)下可以轉動角度，不強制區(qū)分左右件;如果上支座在前滑柱壓裝完畢后的狀態(tài)不可以轉動角度，必須區(qū)分左右件，否則前滑柱的安裝孔與白車身的孔位無法對正）;定位底座內需嵌套尼龍，防止減震器外表面劃傷;定位底座內徑尺寸比減震器最大外徑大0.2mm即可，太大會晃動嚴重。

⑤上支座定位裝置需要仿形上支座外輪廓進行加工，比上支座最大外輪廓大0.2mm即可，材料為45號鋼材。裝置的上表面帶強磁或者四周帶球銷裝置，這樣可以直接將上支座總成吸附在工裝上或者通過球銷將上支座邊沿卡住，使得上支座總成不受重力影響而脫落。如果零件是鐵件，建議還是使用磁鐵方案，磁鐵方案方便、快捷。（如圖3）

上支座定位裝置要求可通過加減墊片方式雙向可調，以滿足工裝測量調試時同心度的調整。

上支座定位裝置可通過螺紋調節(jié)方式調整上支座定位裝置的水平度。

上支座定位裝置可以沿軸向翻轉，便于上下零件。

⑥操作空間保證裝置為實心鋁塊，安裝在上支座定位裝置上，形狀為半圓環(huán)形，這樣可以在壓裝到設計位置的時候能夠留出預帶螺母及擰緊力矩的操作空間。

⑦導向桿為臺階圓柱，材料為45號鋼材，需要熱處理以提高剛度。導向桿底部固定銷需能插入減震器上部端口，配合間隙控制在O.1mm以內，否則晃動會很大（零件端口一般為內六角，導向桿底部固定銷也可加工為圓形）。導向桿底部固定銷長度要略小于減震器上部端口的深度，這樣可以保證導向桿插入減震器后無間隙，使得壓裝過程不受側向力的影響而卡滯（經過實踐驗證，導向桿插入減震器后無間隙是一個關鍵點）。導向桿的總長度應小于操作空間保證裝置的高度，便于取放導向桿，在設計的時候做好模擬分析。

3.2.2 工裝設計要點及注意事項

該工裝設計要點及注意事項如下：

①整個工裝需要模塊化設計，應對切換車型工裝的切換;

②工裝垂直度與穩(wěn)定性保證的同時，要盡量減重;

③工裝需要設定測量基準;

④水平基座尺寸大小及安裝孔需要標準化，保證差異車型的工裝，能夠在同一臺設備上安裝;

⑤減震器定位裝置需帶定位銷固定;

⑥上支座定位裝置同心度可調，便于實物精度測量與調試;

⑦設計時應做好模擬分析，保證氮氣彈簧的行程應大于零件的壓裝行程，避免損壞氮氣彈簧;

⑧減震器定位裝置需設計左右定位及總成左右件標識。

⑨定位底座內需嵌套尼龍，防止減震器外表面劃傷;

⑩定位底座內徑尺寸比減震器最大外徑大0.2mm;

上支座定位裝置需要仿形加工，比零件最大外輪廓大0.2mm;

導向桿直徑應比上支座孔徑的下公差小0.1mm;

導向桿底部固定銷長度要略小于減震器上部端口的深度，保證導向桿插入減震器后無間隙;

導向桿的總長度應小于操作空間保證裝置的高度，便于取放導向桿;

設備的運行的上止點要能夠保證上支座定位裝置翻轉的空間;

對工裝要按照車型進行標識化區(qū)分。

4? 結論

該工裝經過模塊化設計能夠很好的解決因多差異車型共線生產所導致的工裝切換時間長及反復裝調、測量帶來的工作量增加等問題。通過實踐驗證，發(fā)現每個螺旋彈簧外形是存在差異的，這對壓裝過程中彈簧產生的側向力也是不一樣的，工裝的同心度可以根據實物微調，影響不大。最關鍵的是導向桿的加工精度與強度，這直接決定了整個壓裝過程的順暢度。經過三年的裝車驗證，目前該工裝結構能夠很好的完成前滑柱的壓裝工作，且成本低，開發(fā)周期短。目前在試制工廠已經按照此結構方式對不同車型的前滑柱壓裝工裝進行了開發(fā)，實物均可順利完成前滑柱的壓裝工作。對于多車型共線生產的工廠可借鑒此方案。

參考文獻：

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