快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸工裝的開發(fā)與使用

趙曉杰

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是車輛底盤的重要系統(tǒng)之一，其中轉(zhuǎn)向管柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，使駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩通過轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向橫拉桿等部件轉(zhuǎn)化為車輪的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的目的。隨著安全性要求的逐步提升，轉(zhuǎn)向管柱還要承擔(dān)二次碰撞中能量吸收的作用，以保護(hù)駕駛員的安全。

在汽車制造企業(yè)，轉(zhuǎn)向管柱的開發(fā)已經(jīng)非常成熟，功能與安全性都已經(jīng)很完善。對于車輛制造商來說，會(huì)更加關(guān)注轉(zhuǎn)向管柱與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸的裝配，因?yàn)檠b配的操作直接影響車輛的裝配速度與工人操作的勞動(dòng)強(qiáng)度。

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與聯(lián)接軸之間的聯(lián)接方式大多為螺栓聯(lián)接。為提高轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與聯(lián)接軸之間的聯(lián)接速度，聯(lián)接方式趨于采用快插式聯(lián)接?？觳迨降穆?lián)接操作簡單、省時(shí)省力。工人只需將轉(zhuǎn)向管柱的下伸縮軸插入轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸的孔洞中，卡入到位即可，無需打緊螺栓。很多車輛制造商為保證伸縮軸在車輛裝配過程中處于正確位置，使用綁帶捆綁的方式，但這種方式不僅耗費(fèi)更多的工時(shí)，并且操作不方便，可靠性低，伸縮軸可能在車輛生產(chǎn)制造時(shí)不會(huì)處于恰當(dāng)?shù)奈恢茫瑥亩绊懮a(chǎn)的節(jié)拍。本文介紹的應(yīng)用于快插式轉(zhuǎn)向管柱聯(lián)接軸的工裝，只需要工人具備相應(yīng)的操作經(jīng)驗(yàn)，裝配簡單、可靠，生產(chǎn)穩(wěn)定性高。 其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1 轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸及聯(lián)接軸設(shè)計(jì)

1.1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與新型伸縮軸的端部聯(lián)接處設(shè)計(jì)對比

在整車上，轉(zhuǎn)向管柱的伸縮軸要與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸相聯(lián)接或直接與轉(zhuǎn)向機(jī)的輸入軸聯(lián)接。對于長軸距車，因座艙與前橋上轉(zhuǎn)向機(jī)的距離較遠(yuǎn)，需要通過轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸將轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與轉(zhuǎn)向機(jī)輸入軸聯(lián)接起來。對于短軸距車，轉(zhuǎn)向管柱的伸縮軸可與轉(zhuǎn)向機(jī)的輸入軸直接聯(lián)接。本文討論的是長軸距車轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸相聯(lián)接時(shí)工裝的使用。

從圖2可以看出，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸下部設(shè)計(jì)較為簡單，有一個(gè)通孔使螺栓穿過通孔后與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸上的焊接螺母打緊。擰緊螺栓的操作需要在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零部件都完成裝配后進(jìn)行。螺栓聯(lián)接式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與聯(lián)接軸的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)簡單、成本較低，但同時(shí)存在因螺栓打緊扭矩不足時(shí)導(dǎo)致聯(lián)接不可靠及噪音的風(fēng)險(xiǎn)。另外，因?yàn)榇颂幋蚓o扭矩較大，通常為30 Nm+90°轉(zhuǎn)角，對操作工人很有挑戰(zhàn)，而反沖力臂的使用又受到裝配空間的限制，在大多情況下難以應(yīng)用。這也是車輛裝配廠一直以來難以解決的問題。因此快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸得到了越來越多的應(yīng)用。

圖2 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸（螺栓聯(lián)接）

如圖3所示，快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸的聯(lián)接端設(shè)計(jì)及制造均比螺栓聯(lián)接式復(fù)雜，但具有操作簡單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、裝配速度快的優(yōu)點(diǎn)，操作工人只需將花鍵式結(jié)構(gòu)端插入聯(lián)接軸即可。

圖3 新的轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸（快插式）

在裝配要求方面，需要柱銷彈出，并且彈出的長度需要達(dá)到1 mm。如圖4 、圖5所示。

圖4 快插式聯(lián)接軸柱銷裝配初始狀態(tài)

圖5 快插式聯(lián)接軸柱銷裝配后狀態(tài)

1.2 轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸以及工裝使用的必要性

轉(zhuǎn)向管柱的伸縮軸是轉(zhuǎn)向管柱的重要組成部分，位于轉(zhuǎn)向管柱的下部，用來聯(lián)接轉(zhuǎn)向管柱的上端與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸，或直接與轉(zhuǎn)向機(jī)相聯(lián)。伸縮式轉(zhuǎn)向軸的結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示，轉(zhuǎn)向軸的上、下兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)之間通過花鍵軸和套筒連接，或者是“D”型管軸式連接，如圖6(b)所示。花鍵軸的花鍵齒外周注塑一層塑料，形成一種可壓塑料過盈配合，以消除花鍵配合的間隙。當(dāng)汽車發(fā)生正撞時(shí)，通過花鍵軸套相對滑動(dòng)來消除碰撞力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向器齒輪軸向后的位移，達(dá)到隔絕首次碰撞力的目的。

圖6 伸縮式轉(zhuǎn)向軸的結(jié)構(gòu)

此外，伸縮軸長度可調(diào)整的設(shè)計(jì)也可以使同一轉(zhuǎn)向管柱應(yīng)用于同一平臺不同軸距的車輛，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。

從裝配角度，因伸縮軸的外套與內(nèi)套之間可以相對移動(dòng)，長度可調(diào)整，因此在整車廠進(jìn)行儀表板總成的安裝時(shí)，操作人員可以方便地將伸縮軸從座艙與發(fā)動(dòng)機(jī)艙的前圍板孔洞伸入發(fā)動(dòng)機(jī)艙，再與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸或轉(zhuǎn)向機(jī)的輸入軸聯(lián)接。

在裝配過程中除了需要保證伸縮軸可以無任何障礙地從前圍板伸入發(fā)動(dòng)機(jī)艙，并且需要使伸縮軸的外套與內(nèi)套保持固定的位置，靠近前圍板，不能干涉發(fā)動(dòng)艙內(nèi)其他零部件的裝配，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的零部件完成裝配后，操作人員可以比較輕松地將內(nèi)軸拉長與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸或與轉(zhuǎn)向機(jī)輸入軸相聯(lián)，因此需要針對轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸的聯(lián)接方式采用不同的工裝。

2 轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸在整車裝配時(shí)的控制

2.1 轉(zhuǎn)向管柱出廠時(shí)伸縮軸狀態(tài)

轉(zhuǎn)向管柱在出廠時(shí)，按照圖紙的要求，伸縮軸將處于標(biāo)稱的位置，并且通過轉(zhuǎn)向軸內(nèi)外套筒之間的摩擦力保證轉(zhuǎn)向軸不會(huì)隨意伸長或壓縮。

2.2 轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸在裝配線上的狀態(tài)

車輛生產(chǎn)商越來越多地使用模塊化生產(chǎn)。轉(zhuǎn)向管柱通常先裝在儀表板模塊上，再隨著儀表板模塊裝配到整車。轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸從整車前圍板防火墻的孔洞伸到發(fā)動(dòng)機(jī)艙再與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸進(jìn)行聯(lián)接。為了不影響發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零件的裝配，需要將轉(zhuǎn)向伸縮軸推到最短的位置，并進(jìn)行固定，待發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零件組裝完成后，在底盤線釋放轉(zhuǎn)向軸，將其伸長后再與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸進(jìn)行聯(lián)接。

因此，需要一個(gè)工裝固定轉(zhuǎn)向軸將其臨時(shí)固定在最短的位置，防止對發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零件組裝造成干涉，并在底盤線將其取下，進(jìn)行循環(huán)使用。圖7(a)為在整車裝配時(shí)轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸聯(lián)接前的狀態(tài)，圖7(b)為聯(lián)接后的狀態(tài)。

圖7 轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸聯(lián)接前后狀態(tài)

2.3 傳統(tǒng)工裝與新工裝的使用

對于傳統(tǒng)螺栓聯(lián)接的轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸，使用圖8所示的塑料帽即可。塑料帽設(shè)計(jì)簡單，只需保證與端部有足夠的摩擦力不易脫落，且在與聯(lián)接軸聯(lián)接時(shí)操作工人容易將其拔出即可。

圖8 傳統(tǒng)螺栓聯(lián)接時(shí)使用的工裝

圖9為快插式轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸應(yīng)用的工裝。設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在工作面的尺寸控制方面要求較高。需要保證塑料片易塞入下伸縮軸的內(nèi)外套之間，并且達(dá)到足夠的摩擦力，使內(nèi)外套之間在整車裝配過程中不會(huì)發(fā)生位置的相對移動(dòng)，并且在與聯(lián)接軸快插聯(lián)接時(shí)易拔出，不能斷裂在內(nèi)外套中，否則會(huì)造成轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸與聯(lián)接軸無法裝配，車輛不能正常下線的情況。

圖9 快插式轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸應(yīng)用的工裝

2.4 快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸工裝的操作注意事項(xiàng)

快插式轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸，雖然聯(lián)接操作方便，但對塑料工裝的使用操作要求較高。操作工序如圖10所示。

圖10 快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸工裝使用操作示意圖

（1）塑料工裝需正確插入轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸端部的孔槽中，通常會(huì)有防錯(cuò)措施，保證只有一個(gè)孔槽可以與塑料工裝配合完好。工裝的正確插入可以保證轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸聯(lián)接時(shí)，工裝處于面向車頭的方向，易于操作工人拔出工裝，并且不需要調(diào)整下伸縮軸的方向即可直接與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸相聯(lián)接。

（2）需保證工裝與轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸貼合完好，工裝卡槽邊緣與下伸縮軸邊緣貼合，如操作圖片中的步驟3所示。此注意事項(xiàng)的目的是保證工裝插入到內(nèi)外套之間的合適位置，不易脫落，且易拔出，方便后續(xù)操作工人聯(lián)接轉(zhuǎn)向管柱下伸縮軸與聯(lián)接軸的聯(lián)接。

3 優(yōu)化后工裝對護(hù)套脫落問題的改善

新的快插式轉(zhuǎn)向管柱在汽車廠進(jìn)行試裝時(shí)，曾多次出現(xiàn)護(hù)套脫落的問題，并且脫落后的護(hù)套被操作人員以錯(cuò)誤的方向安裝在轉(zhuǎn)向管柱上。此錯(cuò)誤通常直至儀表板總成安裝到整車后才被發(fā)現(xiàn)，返修措施是從儀表板拆卸掉轉(zhuǎn)向管柱，復(fù)原護(hù)套至正確位置后，再將管柱重新安裝到儀表板。返修需要1小時(shí)工時(shí)。

在使用了工裝后，通過適當(dāng)增加工裝的厚度，在解決生產(chǎn)裝配問題的同時(shí)，可以避免管柱護(hù)套的脫落，以及由此造成的整車返修。

4 結(jié)論

為提高整車的裝配速度，快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸的應(yīng)用越來越廣泛。為滿足生產(chǎn)要求，在將轉(zhuǎn)向管柱總成隨儀表板模塊裝到整車前，需要使用工裝將轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸固定為一定的長度，并 確保伸縮軸內(nèi)外套之間不會(huì)產(chǎn)生相對移動(dòng)，便于將伸縮軸伸入到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，并且不妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的零件裝配。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零件完成裝配后，由操作工人將工裝取下，拉出伸縮軸內(nèi)套至合適位置，與轉(zhuǎn)向聯(lián)接軸或轉(zhuǎn)向機(jī)相聯(lián)，完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件的安裝。本文介紹的工裝，是針對快插式轉(zhuǎn)向管柱伸縮軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)和使用的，既保證了轉(zhuǎn)向管柱裝配過程中的生產(chǎn)穩(wěn)定性、操作方便性，又能夠減少工人的操作工時(shí)，具有很高的實(shí)用性。