轎車油底殼放油螺栓組件自動裝配設(shè)備的研究

宋延玉

摘要：油底殼是轎車發(fā)動機(jī)的必備部件。因?yàn)檐嚻蟮纳鲜熊囆投嗖捎猛畎l(fā)動機(jī)平臺開發(fā)，所以油底殼的產(chǎn)量非常大。傳統(tǒng)的油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配多采用人工裝配，人員手工使用扭力扳手裝配一個(gè)螺栓，長期作業(yè)容易造成手腕疲勞，且生產(chǎn)效率較慢。同時(shí)，螺栓裝配有嚴(yán)格的扭矩要求，必須依靠定扭扳手作業(yè)。作業(yè)手法不規(guī)范，容易造成品質(zhì)不良。本文簡述企業(yè)為實(shí)現(xiàn)減員增效，降低生產(chǎn)成本，自主研發(fā)了放油螺栓自動裝配設(shè)備，以代替人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)多款油底殼系列產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：油底殼;放油螺栓;伺服;扭矩;自動裝配

引言

油箱是發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的一部分，曲軸箱關(guān)閉在底座上，用作儲油罐的外罩。從發(fā)動機(jī)所有內(nèi)表面和二次表面收集潤滑油，為避免油池設(shè)計(jì)中潤滑油的氧化，應(yīng)滿足油容量、密封性能、傾斜油泵吸油等要求。還應(yīng)注意體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)滿足整個(gè)車輛的設(shè)計(jì)要求。

1油底殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡介

根據(jù)全車范圍條件、油底殼出油量和某型國產(chǎn)汽車發(fā)動機(jī)安裝點(diǎn)位置，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)輕型低成本油底殼，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：殼體1、密封圈信封1包括一個(gè)深槽區(qū)域和一個(gè)淺槽區(qū)域，其底面由傾斜曲面連接，深槽區(qū)域的安裝曲面和淺槽區(qū)域的安裝曲面位于同一平面上，安裝曲面與地面相對。深槽區(qū)一側(cè)設(shè)有補(bǔ)油孔，補(bǔ)油孔安裝了機(jī)油加熱裝置。殼體1的安裝面設(shè)有密封件槽，I型橡膠密封件裝入密封件槽中，以保證機(jī)油殼體的密封性。16個(gè)通孔布置在密封槽外部，8個(gè)在長邊均勻分布，3個(gè)在短邊均勻分布。金屬鑲件3固定在每個(gè)貫通孔中，金屬鑲件3通過強(qiáng)制配合的冷鑲件工藝固定。加強(qiáng)筋布置在附件1的外表面上。相鄰肋[5-6]的中心距離為8mm，厚度為2mm，分布平行。盤柜1采用玻璃纖維增強(qiáng)PA66注射成型，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低、成型方便、重量輕。用橡膠密封圈代替普通紙密封墊圈，用橡膠軟管保證殼體與缸體之間的空氣密封，由于橡膠耐磨性好，橡膠密封墊圈拆卸后可以回收肋的設(shè)計(jì)確保了外殼的抗沖擊性和高強(qiáng)度。

2工作原理

操作人員站在裝配區(qū)內(nèi)，首先安裝工件，手動瞄準(zhǔn)油底殼螺母孔（1～2塔）上的油螺栓裝配，啟動設(shè)備，用緊固頭擰緊工件，旋轉(zhuǎn)盤將工件轉(zhuǎn)移到作業(yè)區(qū)。伺服和電氣控制螺栓槍沿軌道平移（不旋轉(zhuǎn)），執(zhí)行分段旋轉(zhuǎn)部件，并瞄準(zhǔn)初始快速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)螺栓接近夾緊區(qū)域時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度減慢。達(dá)到所需的扭矩時(shí)，伺服系統(tǒng)會偵測到并自動傳回扭矩的值。此時(shí)，螺桿槍沿導(dǎo)軌進(jìn)行平移（無旋轉(zhuǎn)），轉(zhuǎn)盤將零件返回裝配區(qū)域，松開緊固頭，操作人員取出零件并完成一個(gè)循環(huán)。雙面轉(zhuǎn)盤可在設(shè)備對準(zhǔn)螺栓時(shí)同時(shí)裝配操作員，從而提高工作效率。

3轎車油底殼放油螺栓組件自動裝配設(shè)備

3.1設(shè)計(jì)思路

油底殼的設(shè)計(jì)應(yīng)參照發(fā)動機(jī)內(nèi)外的具體結(jié)構(gòu)，根據(jù)發(fā)動機(jī)潤滑需求和維修里程，在設(shè)計(jì)油底殼的具體結(jié)構(gòu)時(shí)確定整體油底殼需求，應(yīng)避免大腦混合油和吸油孔吸入空氣，同時(shí)確保外觀盡可能緊湊合理。影響油底殼設(shè)計(jì)的重要因素有：（1）發(fā)動機(jī)油量需求。某些型號發(fā)動機(jī)的位移為2.0L，維修里程為5000公里，一般需要3-4油，因此可以確定下部發(fā)動機(jī)殼體的體積。（2）發(fā)動機(jī)傾斜角度。在設(shè)計(jì)油底殼結(jié)構(gòu)時(shí)，液位位置應(yīng)考慮發(fā)動機(jī)布置的傾斜角度。（3）發(fā)動機(jī)地面及周邊的最小高度。油池安裝法蘭表面形狀決定容積的底面，發(fā)動機(jī)的最小高度決定油池的最大高度，兩者的乘積為油池的最大體積。（4）曲柄連桿運(yùn)動位置。在設(shè)計(jì)下發(fā)動機(jī)殼體油液液位高度時(shí)，應(yīng)避免超過曲柄連桿機(jī)構(gòu)的最低點(diǎn)。

3.2于制造工藝的鋪層結(jié)構(gòu)調(diào)整

優(yōu)化涂布層結(jié)構(gòu)后，為了實(shí)現(xiàn)CFRP油底層的低成本大規(guī)模生產(chǎn)，CFRP纖維的變形、偏差和彎曲問題必須在復(fù)蓋層之前解決，從而縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量。因此，經(jīng)過三步優(yōu)化后，為了確保CFRP油底層實(shí)際制造的可行性，fibrim程序允許使用fibrim軟件分析和調(diào)整CFRP油底層制造過程的仿真：在較低區(qū)域增加涂層以提高強(qiáng)度適當(dāng)降低局部涂膜厚度較大區(qū)域的涂膜層厚度以降低CFRP油底層質(zhì)量，參考圖9說明了CFRP油底層-45層（自動生成的涂膜層）的結(jié)構(gòu)調(diào)整過程檢查CFRP油底層的所有層，進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。仿真驗(yàn)證后，CFRP油底殼調(diào)整涂層層結(jié)構(gòu)后的涂層效果良好，盡管其質(zhì)量從0.388kg提高到0.420kg，但對力學(xué)性能的影響較小。

3.3油封板設(shè)計(jì)

在車輛行駛過程中，由于車輛轉(zhuǎn)彎、下降或加速，油容易產(chǎn)生地震形成的不穩(wěn)定的液面油，既影響大腦的運(yùn)動，又不利于潤滑系統(tǒng)吸收油。添加油堵板可以很好地控制液面振動，此外油堵板可以連接螺栓成型的鋁質(zhì)油底殼，也可以提高整體強(qiáng)度，對減振效果有積極影響。油封板采用厚度為1.2mm的沖壓鋼板材料，油封板位于油封中間。板上有各種開口，便于發(fā)動機(jī)曲軸箱的油滴進(jìn)油底殼。同時(shí)也不妨礙集油過濾器和油尺的安裝加強(qiáng)筋布置在油封板的平面部分，以提高強(qiáng)度增強(qiáng)模式。

3.4尺寸優(yōu)化

自由尺寸優(yōu)化有助于更好地確定CFRP油底層的材料分布，但在實(shí)際制造過程中，鋪設(shè)邊框的厚度受制造過程的限制，并影響CFRP油底層的機(jī)械特性。因此，采用尺寸優(yōu)化分析CFRP油底層性能與涂料層厚度之間的關(guān)系，以簡單涂料層厚度為設(shè)計(jì)變量，優(yōu)化涂料質(zhì)量、材料性能等。，以確定鋪裝層邊界的最佳厚度。尺寸優(yōu)化是一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)階段，對于確定優(yōu)化目標(biāo)和約束尤為重要。本文選擇的優(yōu)化目標(biāo)是CFRP油底殼質(zhì)量最低，約束主要基于性能約束，輔以制造約束：CFRP油底殼性能約束由力、穩(wěn)定性和模態(tài)頻率約束補(bǔ)充，通常基于靜態(tài)分析結(jié)果.

3.5功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備想要滿足多種系列產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要切換對應(yīng)的夾具。旋轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)了共用的墊板和快速定位裝置，可縮短夾具安裝時(shí)間。（2）作業(yè)員將油底殼沖壓件安裝到夾具上，預(yù)擰螺栓，按下啟動開關(guān)。正常情況下，夾頭會翻下壓緊工件。如遇到油底殼沖壓件相似件錯(cuò)誤混入，作業(yè)員忘記預(yù)擰放油螺栓組件或油底殼沖壓件未放到位等異常情況，夾具上的感應(yīng)器會觸發(fā)異常信號，此時(shí)夾頭不會翻下，設(shè)備啟動聲光報(bào)警，呼叫管理人員。（3）為保證未來產(chǎn)品生產(chǎn)的可拓展性，伺服電控螺栓槍的槍頭除可安裝現(xiàn)有M12螺栓擰緊接口外，還可切換M10和M16螺栓擰緊接口[5]。（4）為提高每次旋轉(zhuǎn)的重復(fù)精度，旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動器選用了國內(nèi)知名的分割器品牌。旋轉(zhuǎn)盤到位后，設(shè)計(jì)浮動定位銷，運(yùn)用電控和機(jī)械雙重方式，確保重復(fù)定位精度不大于0.5°。（5）因工件旋轉(zhuǎn)軌跡與螺栓槍裝配位置干涉，螺栓槍需要依靠直線軌道做往復(fù)移動。為提高螺栓槍每次平移的重復(fù)精度，選用HIWIN品牌直線導(dǎo)軌，并設(shè)計(jì)了防塵罩。（6）為確保扭矩100%符合產(chǎn)品要求，同時(shí)不傷害螺紋。

結(jié)束語

發(fā)動機(jī)油底殼屬于薄壁殼體結(jié)構(gòu)，不僅要滿足車輛日常使用需要，而且對噪音影響很大。油底殼的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對消除噪聲具有重要意義。根據(jù)某型發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)和輸入，設(shè)計(jì)了全鋁材料的油底殼，底部油底殼為實(shí)體模型，模擬了八向以下油底殼液面傾斜情況，以滿足惡劣條件下的油底殼吸油要求。通過仿真計(jì)算分析，油底殼模式處于較高水平。底部振動低點(diǎn)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了很好的改善，而油封板的增大對液位穩(wěn)定和上升模式起到了一定的作用。設(shè)計(jì)和優(yōu)化的下油底殼完全符合發(fā)動機(jī)的使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]趙文龍，郭強(qiáng)，夏琪偉.一種發(fā)動機(jī)雙層油底殼的實(shí)驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（20）：7-10.

[2]閆超群，王韶楓，王志剛，曲佳輝，范國棟，馬炳杰.貼敷新型阻尼材料對油底殼減振降噪規(guī)律效果的研究[J].噪聲與振動控制，2019，39（05）：218-222.

[3]逯世廷.基于油底殼減振降噪模態(tài)分析[J].河北農(nóng)機(jī)，2019（10）：64.

[4]商晴，陳振雷，李堅(jiān)成.某柴油機(jī)油底殼振動分析與優(yōu)化研究[J].機(jī)電工程，2019，36（09）：931-937.

[5]張?jiān)拢瑮铥惢?，黃文長，陳然，胡贊，劉傲帆.油底殼滲油原因分析及問題改善[J].金屬熱處理，2019，44（S1）：198-201.