汽車(chē)鋼板彈簧懸架裝配工藝研究

摘 要：懸架系統(tǒng)是汽車(chē)的重要組成部分，其性能對(duì)汽車(chē)行駛平順性，操縱穩(wěn)定性和安全性都有著重要的影響。懸架承受和傳遞載荷，工況復(fù)雜，正確的裝配是懸架系統(tǒng)工作的前提。文章以商用車(chē)鋼板彈簧懸架為對(duì)象，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，探討懸架裝配工序劃分、裝配工裝、裝配工藝過(guò)程、裝配質(zhì)量管理等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋼板彈簧懸架 裝配工序 裝配工裝

汽車(chē)總裝是汽車(chē)生產(chǎn)制造的最后工序，各組成零部件、總成經(jīng)總裝形成整車(chē)（底盤(pán)），對(duì)汽車(chē)性能質(zhì)量的形成具有重要作用。懸架的裝配是汽車(chē)總裝的重要工序內(nèi)容，對(duì)汽車(chē)行駛的平順性等具有重要的影響。懸架按結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架，本文以某型載貨汽車(chē)的鋼板彈簧非獨(dú)立懸架為例，研究總裝企業(yè)與懸架相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題。

1 裝配基礎(chǔ)

懸架一般由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成，彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等類(lèi)型。鋼板彈簧總成與載貨汽車(chē)的整體車(chē)橋相匹配，其作為非獨(dú)立懸架的彈性元件兼起導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用，可以簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)。

1.1 懸架裝配工序劃分

汽車(chē)的總裝一般為大規(guī)模、批量生產(chǎn)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)商用車(chē)總裝配線的長(zhǎng)度大多介入300-500米之間，同時(shí)上線車(chē)輛及裝配工位數(shù)在一定范圍內(nèi)。而組成一輛汽車(chē)的零部件眾多，據(jù)統(tǒng)計(jì)一輛中型載貨汽車(chē)總裝配的零部件、總成大約有500多種、2000多件[1]。為保證合適的總裝工藝節(jié)拍，縮短對(duì)總裝配線長(zhǎng)度的要求，需要考慮各零部件、總成在總裝配線上的上線方式，即應(yīng)在工藝上劃分好裝配單元，將部分零部件、總成事先分裝在一起，形成裝配單元后，再在總裝配線上上線裝配，以縮減總裝配的工序內(nèi)容。

懸架是介于車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)橋（或車(chē)輪）之間一切傳力連接裝置的總稱(chēng)，鋼板彈簧懸架與車(chē)架、車(chē)橋相連，其裝配工序劃分為分裝與總裝兩步完成。通過(guò)在總裝線外設(shè)置懸架的分裝工位，將懸架系統(tǒng)與車(chē)橋形成合件，然后合件作為一個(gè)裝配單元上總裝線裝配，這樣可以減少上線裝配的總成數(shù)量，加快生產(chǎn)工藝節(jié)拍，且通過(guò)專(zhuān)用工裝及設(shè)備，能更好滿足裝配作業(yè)效率與保證工序質(zhì)量的要求。

對(duì)于總裝工序，商用車(chē)以車(chē)架作為總裝配基礎(chǔ)件，遵循先裝配車(chē)架下翼面的部件，如傳動(dòng)軸、備胎等，以及車(chē)架內(nèi)部的部件，如各種線束、制動(dòng)閥類(lèi)等，完成后車(chē)架翻轉(zhuǎn)，裝配幅面及上翼面的部件[2]。懸架合件的總裝在車(chē)架處于倒扣的狀態(tài)下裝配，合件從上面落下來(lái)，完成總裝后車(chē)架翻轉(zhuǎn)，然后開(kāi)展后續(xù)工序的總裝。

1.2 懸架合件組成與裝配連接關(guān)系

車(chē)橋懸架合件除鋼板彈簧、車(chē)橋外，還包括U形螺栓、蓋板、底板、六角特厚螺母等組成部件，通過(guò)U形螺栓、蓋板、底板等將鋼板彈簧與車(chē)橋緊固連接在一起，形成合件。

裝配主要是定位及定位后的保持，在分裝合件工序中，通過(guò)使車(chē)橋定位銷(xiāo)套孔對(duì)準(zhǔn)板簧中心螺栓定位銷(xiāo)套并貼合來(lái)定位車(chē)橋與板簧；蓋板、底板與中心螺栓軸線對(duì)齊定位；U形螺栓與蓋板的凹槽配合，并依次穿過(guò)底板四個(gè)孔位而定位。

對(duì)合件總裝工序，鋼板彈簧的一端（一般為前端）為固定端卷耳，通過(guò)鋼板彈簧銷(xiāo)與鉚接固定在車(chē)架上的固定端支架活動(dòng)連接；后端卷耳通過(guò)鋼板彈簧銷(xiāo)、吊耳帶襯套總成及吊耳銷(xiāo)與吊耳端支架相連，后端可以自由擺動(dòng)，適應(yīng)彈簧變形時(shí)兩卷耳之間距離的變化。相關(guān)的裝配連接關(guān)系如圖1所示。

2 懸架分裝工序

同一種懸架可匹配不同的車(chē)型或車(chē)橋，懸架的鋼板彈簧片數(shù)與厚度、中心距也具有不同的尺寸，為提高生產(chǎn)效率，這些不同的懸架種類(lèi)通常安排在一個(gè)分裝工位來(lái)完成。

2.1 分裝基礎(chǔ)件選擇

無(wú)論是總成還是分總成的裝配，都要選定某一零件或比它低一級(jí)的裝配單元作為裝配基礎(chǔ)件，基礎(chǔ)件在裝配中首先進(jìn)入裝配。通常應(yīng)選體積或質(zhì)量較大，有足夠支承面，能夠保證裝配時(shí)穩(wěn)定性及相互位置關(guān)系的零件、總成作為裝配基礎(chǔ)件。在懸架與橋合件分裝中，鋼板彈簧與車(chē)橋均滿足作為基礎(chǔ)件的要求，綜合對(duì)比裝配順序與操作的便捷性與安全性，一般選用鋼板彈簧總成作為分裝工序的基礎(chǔ)件。

2.2 裝配工裝設(shè)計(jì)

在懸架分裝工藝過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)合適的工裝來(lái)輔助零部件的定位存放，以提高作業(yè)效率、保證生產(chǎn)一致性及良好的操作空間。裝配工裝一般應(yīng)具有定位與夾緊功能。

按相關(guān)工裝設(shè)計(jì)理論，物體在空間坐標(biāo)系中具有六個(gè)自由度，定位就是消除空間自由度的過(guò)程，通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與定位元件的定位面接觸與配合，使工件在工裝夾具中占有正確的位置。鋼板彈簧作為裝配基礎(chǔ)件，其首先進(jìn)入裝配，因此首先考慮鋼板彈簧在工裝上的定位。分析鋼板彈簧總成的空間結(jié)構(gòu)，其主片一端或兩端有卷耳，卷耳表面為外圓柱面，外圓柱面常采用V形塊為定位元件，V形塊具有對(duì)中性好的特點(diǎn)，采用V形塊能準(zhǔn)確定位卷耳的中心。通過(guò)一端外圓柱面與V形塊兩邊線接觸，另一端同樣采用V形塊或平板定位（支撐），可限制五個(gè)自由度，余下的Y方向移動(dòng)自由度通過(guò)調(diào)整兩V形塊的距離，滿足橋的鋼板彈簧中心距來(lái)實(shí)現(xiàn)限制，工裝定位示意圖如圖2所示。

工裝除定位外，還應(yīng)具有夾緊功能，以消除裝配過(guò)程中施加外力使合件移動(dòng)、傾斜等，保證裝配操作及安全。分析分裝過(guò)程中的受力，主要是擰緊U形螺栓時(shí)施加的擰緊力矩。由于預(yù)裝合件的整體質(zhì)量較大，且采用合適的擰緊方法力矩可自我平衡，因此，產(chǎn)生移動(dòng)的影響較小。主要需考慮的是預(yù)裝合件中車(chē)橋總成放在鋼板彈簧的上端，重心偏高，夾緊的作用是防止預(yù)裝合件的傾覆。一般從V形塊的側(cè)面來(lái)夾緊預(yù)裝的合件，V形塊的一端側(cè)面加固定的鋼板支撐，另一端在氣動(dòng)元件的作用下移動(dòng)，從鋼板彈簧總成的側(cè)面來(lái)夾緊，同時(shí)保證正確的鋼板彈簧中心距。如果分裝的車(chē)橋型號(hào)單一，工裝也可簡(jiǎn)化，直接在V形塊兩側(cè)加裝固定鋼板，限制預(yù)裝合件傾斜的最大角度即可。

此外工裝應(yīng)具有合適的空間高度，與操作者的身高、作業(yè)習(xí)慣相適應(yīng)，方便操作。可在工裝下部設(shè)底板，以型材如槽鋼等來(lái)支撐V形塊，增加工裝的整體穩(wěn)定性。

2.3 分裝工藝過(guò)程

下面以某車(chē)型后懸架合件分裝為例，采用分裝工裝臺(tái)，擰緊設(shè)備為電動(dòng)擰緊機(jī)，其主要的分裝工藝過(guò)程為：①檢查各組件是否有質(zhì)量缺陷。②取四件對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的U形螺栓，在其螺紋部分涂機(jī)油，與蓋板分別放在分裝臺(tái)的支架內(nèi)。③依次吊運(yùn)副鋼板彈簧總成、后鋼板彈簧總成至分裝臺(tái)，裝各附件，卷耳放在分裝臺(tái)的V形塊上。④吊運(yùn)后橋總成至分裝臺(tái)的板簧支承面上，使車(chē)橋定位銷(xiāo)套孔對(duì)準(zhǔn)板簧中心螺栓定位銷(xiāo)套并貼合。⑤蓋上底板，手動(dòng)帶上六角特厚螺母3～5扣。⑥設(shè)定力矩，啟動(dòng)電動(dòng)擰緊機(jī)將六角特厚螺母漸次擰緊，合格指示燈點(diǎn)亮。⑦按100%檢查扭矩、點(diǎn)漆，記錄。⑧吊運(yùn)合件至存放位置。

分裝工序的主要質(zhì)量要求是U形螺栓的擰緊力矩，應(yīng)保證在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)。涂機(jī)油減少螺紋副的摩擦阻力，保證預(yù)緊力；擰緊后的U形螺栓螺紋至少外露2-3扣，保證正確的螺紋連接。

3 懸架總裝

分裝合件定點(diǎn)存放，按需轉(zhuǎn)運(yùn)至總裝配線旁，然后上線總裝。

3.1 總裝工序內(nèi)容與質(zhì)量要求

總裝以車(chē)架為裝配基礎(chǔ)件，通過(guò)鋼板彈簧銷(xiāo)、吊耳銷(xiāo)將懸架合件裝配于車(chē)架鋼板彈簧支架上，形成正確的定位連接。前后端用彈簧銷(xiāo)定位螺栓鎖緊，預(yù)防銷(xiāo)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)及與支架摩擦，磨損零件。

主要的裝配質(zhì)量要求為：裝側(cè)墊圈，調(diào)整U形螺栓與車(chē)架的間距，預(yù)防干涉；用導(dǎo)銷(xiāo)定位后再裝鋼板彈簧銷(xiāo)，預(yù)防鋼板彈簧銷(xiāo)損壞；裝各滑脂嘴，加注黃油，形成良好的潤(rùn)滑。

3.2 懸架總裝工藝過(guò)程

主要工藝過(guò)程如下：①檢查固定端支架、吊耳端支架等有無(wú)損傷。②裝吊耳帶襯套總成，穿好吊耳銷(xiāo)，用彈簧銷(xiāo)定位螺栓將吊耳帶襯套總成固定。③將懸架合件吊放至車(chē)架支架上，前后端放入相應(yīng)支架內(nèi)。④用撬桿將固定端支架孔對(duì)正，裝好鋼板彈簧銷(xiāo)，用定位螺栓固定裝好。⑤用撬桿將鋼板彈簧后端孔與吊耳帶襯套總成孔對(duì)正，裝好鋼板彈簧銷(xiāo)，再用彈簧銷(xiāo)定位螺栓將鋼板彈簧后端固定。⑥用氣動(dòng)扳手及套筒將各螺母擰緊，并滿足力矩要求。⑦裝好滑脂嘴，加注潤(rùn)滑脂。⑧按三檢制檢查、標(biāo)記，并做好記錄。

4 懸架裝配工序質(zhì)量控制

汽車(chē)總裝及其后續(xù)的調(diào)試工藝，對(duì)汽車(chē)的質(zhì)量具有決定性的作用。汽車(chē)作為與安全相關(guān)的特殊產(chǎn)品，對(duì)質(zhì)量、尤其是可靠性具有較高的要求，汽車(chē)生產(chǎn)制造企業(yè)一般應(yīng)通過(guò)ISO/TS16949質(zhì)量體系認(rèn)證等。懸架的分裝、總裝是汽車(chē)總裝的重要工序內(nèi)容，研究從體系上保證其裝配質(zhì)量，具有重要意義。

4.1 工序的質(zhì)量特性分級(jí)

為保證工序質(zhì)量，滿足相關(guān)質(zhì)量體系的要求，汽車(chē)企業(yè)采用區(qū)分質(zhì)量特性的方法來(lái)進(jìn)行工序質(zhì)量分級(jí)管理，按重點(diǎn)控制的原則，以確保關(guān)鍵（重要）的質(zhì)量得到受控。

質(zhì)量特性是由設(shè)計(jì)文件規(guī)定的產(chǎn)品固有技術(shù)特性的總和[3]，它包括產(chǎn)品的公差與配合、裝配調(diào)整技術(shù)要求等內(nèi)容。按不滿足質(zhì)量要求可能造成后果的嚴(yán)重程度，作為質(zhì)量特性分級(jí)的依據(jù)，將質(zhì)量特性分為關(guān)鍵特性、重要b1684a3106d06a053dc5ead7c8c63d080b62de4c47978f442687246e74989834特性和一般特性。關(guān)鍵特性與人身安全、強(qiáng)制性法規(guī)的符合性相關(guān)；重要特性與汽車(chē)的行駛功能、顧客的特別要求相關(guān)；其余的歸為一般特性。形成關(guān)鍵（重要）質(zhì)量特性的工序，稱(chēng)為關(guān)鍵（重要）工序。工藝、檢驗(yàn)部門(mén)根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)部門(mén)所確定的質(zhì)量特性，在制造工藝上開(kāi)始區(qū)分控制。

懸架分裝工序中，需保證的工序質(zhì)量是U形螺栓螺母的擰緊力矩，其數(shù)值對(duì)懸架工作過(guò)程承受沖擊、振動(dòng)，保證連接的可靠性與汽車(chē)的正常行駛等具有直接作用。通過(guò)施加擰緊力矩，在板簧與U形螺栓等之間產(chǎn)生預(yù)緊力而將各組成件夾緊在一起，由于U形螺栓承受并傳遞各向作用力和載荷，在汽車(chē)裝載行駛中，預(yù)緊力是不斷變化的。施加的擰緊力矩過(guò)大，作用在板簧與U形螺栓之間的預(yù)緊力偏大，當(dāng)與預(yù)緊力同向的附加載荷超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，U形螺栓會(huì)斷裂；若擰緊力矩偏低，U形螺栓預(yù)緊力偏小引起板簧側(cè)向竄動(dòng)，對(duì)U形螺栓產(chǎn)生反復(fù)小能量沖擊，形成附加彎矩[4]，導(dǎo)致汽車(chē)安全性差。因此，此分裝工序擰緊力矩對(duì)汽車(chē)行駛性能具有重要的作用，且與安全等相關(guān)，不符合時(shí)U形螺栓將發(fā)生斷裂失效引發(fā)嚴(yán)重的事故，按質(zhì)量特性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，懸架分裝擰緊力矩要求是關(guān)鍵質(zhì)量特性，相應(yīng)工序?yàn)殛P(guān)鍵工序。

4.2 工序質(zhì)量控制方法

對(duì)于汽車(chē)總裝工序中的關(guān)鍵、重要工序，汽車(chē)總裝企業(yè)一般通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵（重要）工序質(zhì)量控制點(diǎn)的方式來(lái)進(jìn)行工序質(zhì)量控制，通過(guò)事先驗(yàn)證工藝能力，監(jiān)控日常質(zhì)量波動(dòng)，使工序質(zhì)量處于良好的控制狀態(tài)。

一般在汽車(chē)懸架分裝工位設(shè)置關(guān)鍵工序質(zhì)量控制點(diǎn)，按5M1E的方法，分析影響質(zhì)量的相關(guān)因素，從裝配方法、裝配工裝、裝配的工藝過(guò)程、裝配的人員配備、質(zhì)量檢驗(yàn)與記錄分析等方面來(lái)保證裝配質(zhì)量。技術(shù)、工藝、裝備、生產(chǎn)車(chē)間、檢驗(yàn)等職能部門(mén)按工藝職責(zé)劃分履行相應(yīng)的職責(zé)，來(lái)共同保證工序質(zhì)量。

技術(shù)工藝部門(mén)應(yīng)編制附三維操作附圖的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、檢驗(yàn)卡等工藝文件，其過(guò)程方法能保證擰緊力矩的控制要求，并負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)人員的培訓(xùn)；裝備部門(mén)保證設(shè)備的工藝能力系數(shù)滿足要求，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行維保，保證使用狀態(tài)；生產(chǎn)部門(mén)保證人員的配備及接受培訓(xùn)，保證記錄的完整性，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量異常及時(shí)上報(bào)，對(duì)不合格品做隔離處理；檢驗(yàn)部門(mén)保證待裝配件的質(zhì)量，對(duì)成品做檢驗(yàn)記錄，分析質(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì)，做好統(tǒng)計(jì)分析。

4.3 工藝能力保證

某車(chē)型懸架分裝的U形螺栓擰緊力矩要求保證在320-400N·m范圍內(nèi)，通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵工序質(zhì)量控制點(diǎn)，選用合適的工具、設(shè)備來(lái)保證此力矩的要求。一般要求保證力矩的擰緊類(lèi)工具可選用扭力扳手，對(duì)角漸次擰緊U形螺栓螺母，第一螺栓再?gòu)?fù)緊一次；采用此種方法作業(yè)效率不高，由于U形螺栓的四個(gè)螺母擰緊有先后，螺栓之間擰緊力矩有干擾[5]，力矩控制精度低，預(yù)緊力難以滿足要求?，F(xiàn)一般采用多軸U形螺栓電動(dòng)擰緊機(jī)專(zhuān)用設(shè)備，力矩?cái)?shù)值可設(shè)置，同步擰緊至最終力矩，誤差精度可控制在3%-5%的范圍內(nèi)，作業(yè)效率高，且設(shè)備具有通信功能，能自動(dòng)記錄擰緊力矩?cái)?shù)值，如有誤操作能自動(dòng)報(bào)警。配以一定頻次的人工檢驗(yàn)，確保工藝扭矩滿足要求，保證關(guān)鍵質(zhì)量特性。

5 結(jié)語(yǔ)

研究裝配工藝對(duì)保證汽車(chē)的質(zhì)量、性能具有同樣重要的意義。本文以鋼板彈簧非獨(dú)立懸架裝配為例，分析結(jié)構(gòu)組成與裝配連接關(guān)系，將裝配工序劃分為分裝與總裝。對(duì)分裝工序，討論了基礎(chǔ)件選擇與分裝工裝的設(shè)計(jì)，采用V形塊來(lái)定位鋼板彈簧總成。論述了分裝、總裝的一般工藝過(guò)程。對(duì)分裝關(guān)鍵工序質(zhì)量控制，采用設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)的方式來(lái)保證，選用U形螺栓擰緊機(jī)來(lái)控制擰緊力矩要求。本文對(duì)一般的裝配工藝制定與裝配質(zhì)量管理具有參考意義，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，工藝水平會(huì)不斷變化提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]戰(zhàn)權(quán)理.汽車(chē)裝試技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2012.

[2]章文忠.汽車(chē)裝配、調(diào)試與檢驗(yàn)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2015.

[3]Q/DFLCJ1445—2011，東風(fēng)商用車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量特性分級(jí)和標(biāo)注[S].

[4]黃山，駱玉城.重載汽車(chē)用U型螺栓斷裂失效分析[J].熱處理技術(shù)與裝備，2023，44（1）：35-39.

[5]王繼偉.U形螺栓電動(dòng)擰緊機(jī)[J].汽車(chē)工藝與材料，1992（08）：19-20.