一種離合器自動裝片機(jī)的研制

摘要：闡述了一種實(shí)用的組裝離合器所用的自動裝片機(jī)的研制思路，主要利用兩組導(dǎo)桿對摩擦片和鋼片進(jìn)行定位，同時利用定位裝置使內(nèi)齒轂等組裝體位姿與摩擦片、鋼片保持匹配，然后使用機(jī)械手按設(shè)定程序反復(fù)取片組裝。試驗(yàn)表明，該機(jī)克服了手工裝片可能導(dǎo)致的摩擦片鋼片不入槽、錯漏及裝片返工，提高了上片效率。

關(guān)鍵詞：離合器；裝片機(jī)；研制

中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）20-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.20.009

0 引言

離合器是汽車動力傳動系統(tǒng)中的一個重要部件，其作用是在發(fā)動機(jī)和變速器之間實(shí)現(xiàn)動力的切斷和連接，從而保證汽車的平穩(wěn)起步、換擋和制動。離合器的工作原理主要是利用摩擦力來傳遞或中斷動力，因此，離合器的結(jié)構(gòu)和性能直接影響汽車的性能和壽命，需要及時維保。油浸式多片式離合器尺寸小，通過多組摩擦片和鋼片共同作用提高摩擦力（圖1），在變速箱油的潤滑和散熱保護(hù)下使用壽命較長。該汽車離合器拆解后，其再次組裝必須要將摩擦片、鋼片交替套入帶花鍵的從動軸上，不得錯位。國內(nèi)汽車離合器裝配線的摩擦片組裝工位是生產(chǎn)線上生產(chǎn)節(jié)拍最長、不合格率最高的工位[1]。該工位的主要問題如下：裝配零件規(guī)格的選擇以及裝配結(jié)果的判斷都是人工完成，極易因工人疲勞或不認(rèn)真而出錯。實(shí)際工作中，常常因裝錯順序（正常順序是：摩擦片、鋼片、摩擦片、鋼片……摩擦片）、裝片錯位而導(dǎo)致不入槽、不到位等現(xiàn)象出現(xiàn)，造成了返工，降低了工效。如果錯誤的裝配流入下道工序乃至最后工序，將很難被發(fā)現(xiàn)，從而帶來缺陷產(chǎn)品，甚至造成巨大的損失[2]。

鑒于此，研發(fā)一種自動裝片機(jī)很有必要，一能避免裝錯順序，二能避免裝片錯位，可以節(jié)省時間，提高工效。

1 離合器正常上片順序

將內(nèi)齒轂、活塞、回位彈簧、彈簧支撐板按順序裝好后，正常上片順序如下：摩擦片、鋼片、摩擦片、鋼片……摩擦片。而且一組摩擦片周邊內(nèi)孔都要一致對準(zhǔn)，其中心孔齒槽要與從動軸花鍵齒槽對應(yīng)，鋼片外緣齒與內(nèi)齒轂要相配合[3]。

2 裝片機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個裝片機(jī)由底座、龍門式機(jī)械手、摩擦片承托臺、鋼片承托臺、定位裝置、氣動吸盤、多臺驅(qū)動電機(jī)、限位開關(guān)、可編程序控制器及控制面板等組成，如圖2所示。

2.1 整體結(jié)構(gòu)

整個裝片機(jī)底座內(nèi)部裝有摩擦片托臺和鋼片托臺的驅(qū)動電機(jī)和電路，其上從左到右布設(shè)有鋼片托臺、內(nèi)齒轂及活塞組件、摩擦片托臺三個盤片放置位。這三個放置位后方是龍門式機(jī)械手，它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動做橫向移動，由氣壓驅(qū)動氣缸帶著吸盤做升降運(yùn)動。為使摩擦片、鋼片準(zhǔn)確裝入內(nèi)齒轂，在組裝體的后方設(shè)有內(nèi)齒轂組件的定位裝置（圖2之13）。

2.2 摩擦片托臺

如圖3所示，摩擦片托臺由托盤（中心孔開螺紋）、傳動螺桿等組成。直流電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動傳動螺桿使承載一組摩擦片的托盤上下運(yùn)動，其運(yùn)動范圍由上、下限位開關(guān)決定。三根導(dǎo)桿（其直徑略小于摩擦片邊孔）固定在底座上，從托盤的三個孔穿過，導(dǎo)桿上端是圓錐狀的，將摩擦片邊孔大致對準(zhǔn)導(dǎo)桿即可輕易裝入托盤。

2.3 鋼片托臺

如圖4所示，鋼片托臺也是由托盤（中心孔開螺紋）、傳動螺桿等組成。直流電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速后驅(qū)動傳動螺桿使承載一組鋼片的托盤上下運(yùn)動，其運(yùn)動范圍由上、下限位開關(guān)決定。三根導(dǎo)桿（其構(gòu)成的外圓直徑略小于鋼片內(nèi)孔直徑）固定在底座上，從托盤的三個孔穿過，導(dǎo)桿上端也是圓錐狀的，還有一根定齒槽用的小導(dǎo)桿位于外側(cè)一些。將鋼片外齒槽大致對準(zhǔn)小導(dǎo)桿、內(nèi)孔對準(zhǔn)三根導(dǎo)桿即可輕易裝入托盤。

3 控制程序設(shè)計

自動裝片機(jī)的控制程序是為完成正確的組裝工藝流程服務(wù)的，所以首先要明確組裝工藝流程。

3.1 組裝工作流程

自動裝片機(jī)正常運(yùn)行流程如圖5所示，裝片機(jī)首先處于待機(jī)狀態(tài)即復(fù)位狀態(tài)，此時機(jī)械手在X軸A點(diǎn)、Z軸上限位置（X14），兩托臺均在下限位置。按下啟動開始按鈕，兩承托臺在電機(jī)驅(qū)動下上升到上限位；機(jī)械手沿X軸從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)位置；然后氣壓驅(qū)動雙氣缸推桿下降到Z軸的下限位（X15），摩擦片氣壓吸盤Y13得電并保持，吸住摩擦片，與此同時鋼片氣壓吸盤失電釋放鋼片；然后上升至B點(diǎn)；機(jī)械手從B點(diǎn)移動到A點(diǎn)，沿Z軸向下運(yùn)行到下限位（X15）停，摩擦片氣壓吸盤失電釋放摩擦片，與此同時鋼片氣壓吸盤得電吸住鋼片；然后上升至Z軸上限位（X14）；再判斷一下摩擦片是否達(dá)到組裝數(shù)，如果沒有，機(jī)械手接著沿X軸從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)位置……如此周而復(fù)始進(jìn)行，如果達(dá)到組裝數(shù)，則等待啟動按鈕再次按下，開始新的一組安裝。每一組循環(huán)動作，最后確保摩擦片在最上層。

3.2 程序流程圖

根據(jù)工作流程圖5中IO端口配置，可以制定如圖6所示PLC程序流程圖，其中手動控制程序是調(diào)試用的。X3是自動、手動選擇開關(guān)，置1為手動，置0為自動；X0/X1/X2分別對應(yīng)開機(jī)、停機(jī)、啟動按鈕。在自動流程上，機(jī)械手先返回A點(diǎn)（即歸零位），然后依次是右移到B點(diǎn)、下降到Z軸下限位（X15），吸摩擦片、放鋼片，上升到B點(diǎn)，左移到A點(diǎn)，下降，釋放摩擦片、吸住鋼片；然后上升到Z軸上限位（X14），此時判斷放摩擦片次數(shù)（C0），如達(dá)到設(shè)定次數(shù)（10次）則返回自動歸零態(tài)（S1），否則右移到B點(diǎn)，下降，吸摩擦片、放鋼片，上升，右移到A點(diǎn)，下降，釋放摩擦片、吸住鋼片……如此循環(huán)不已。

為了精準(zhǔn)控制盤片投放位置，X軸方向的移動使用步進(jìn)電機(jī)控制，到位與否使用光電式行程開關(guān)來判斷。此外，使用步進(jìn)電機(jī)也方便調(diào)整X軸向速度，從而控制一整套動作周期時長。

4 研制效果

本新型設(shè)計通過導(dǎo)桿的引導(dǎo)，很容易將摩擦片、鋼片裝入相應(yīng)的托臺，它們在龍門式機(jī)械手的抓取、釋放過程中只做平移運(yùn)動，保證按正確姿態(tài)和順序裝入內(nèi)齒轂等組件中，不會被卡住。經(jīng)過試驗(yàn)檢測，該自動裝片機(jī)克服了裝片裝錯順序或裝片錯位而導(dǎo)致的不入槽、不到位等問題，消除了返工現(xiàn)象，提高了工效，減少了人工使用。經(jīng)實(shí)測，一般組裝一臺離合器摩擦片組用時為50多秒，是人工用時的1/3不到，速度大大提高。

5 結(jié)束語

本次研制的自動裝片機(jī)達(dá)到了預(yù)期效果，解決了離合器裝配生產(chǎn)線摩擦片組裝工位上的自動化問題，但離合器裝配生產(chǎn)線還未實(shí)現(xiàn)完全自動化，還需要針對離合器裝配生產(chǎn)線其他未自動化的工位開展研究和試制，爭取實(shí)現(xiàn)更多環(huán)節(jié)的自動化。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 時海陽，程金石，亓登海，等.離合器裝配線摩擦片組裝工位改進(jìn)設(shè)計[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，36（4）：304-308.

[2] 黃澤民.防錯技術(shù)在摩擦片組裝配中的應(yīng)用[J].理代制造工程，2014（11）：97-99.

[3] 劉利勝，劉成.汽車自動變速器原理與維修[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

收稿日期：2024-06-14

作者簡介：彭建新（1971—），男，湖南衡陽人，教育管理碩士，正高級講師，研究方向：機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)和中等職業(yè)教育管理。