輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋組裝生產(chǎn)線綜述

于剛，陶發(fā)荀

（1.遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，遼寧丹東 118001;2.北京泰誠信測控技術(shù)有限公司，北京 102206）

0 引言

汽車驅(qū)動(dòng)橋［1］是汽車的關(guān)鍵部件，輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋系列化產(chǎn)品包括強(qiáng)支撐型輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋［2］、加強(qiáng)型支撐結(jié)構(gòu)輕型汽車后驅(qū)動(dòng)橋［3］、扭矩自控分配之輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋［4］、組合支撐結(jié)構(gòu)輕型汽車整體式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋［5］、高效差速控制之輕型汽車斷開式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋［6］等主要產(chǎn)品。輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品由差速器分總成、主減速器總成 （按其結(jié)構(gòu)分為整體式及分開式）關(guān)鍵部件;橋殼總成、左右半軸及制動(dòng)器帶制動(dòng)鼓總成重要部件組裝構(gòu)成。為滿足汽車工業(yè)對高品質(zhì)的輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品需求量的持續(xù)增長，曙光汽車集團(tuán)經(jīng)過實(shí)施技術(shù)改造項(xiàng)目，將自主研制的多項(xiàng)計(jì)算機(jī)控制在線檢測系統(tǒng)發(fā)明專利、機(jī)電一體化高效非標(biāo)設(shè)備、快捷移工方式，優(yōu)化集成構(gòu)建了輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋組裝生產(chǎn)線并獲得發(fā)明專利證書。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品構(gòu)成［7］如圖1所示。

2 組裝生產(chǎn)線策劃［8］

2.1 設(shè)計(jì)原則

差速器分總成組裝線、主減速器總成組裝線以U型閉環(huán)布置在前，即差速器分總成組裝線下線端與主減速器總成組裝線上線端銜接，為主、被動(dòng)齒輪副中的主動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒輪始終保持供貨配對狀態(tài)并在整個(gè)移工流程中得到可靠控制，從而確保在主減速器總成組裝關(guān)鍵工序按照主、被動(dòng)齒輪副最佳接觸區(qū)嚙合印跡配對組裝:主減速器總成運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)居中布置;經(jīng)直線布置的空中單軌自行環(huán)鏈葫蘆輸送系統(tǒng)，向一字型居后布置的輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品組裝線實(shí)施空中移工，形成系列化產(chǎn)品共線生產(chǎn)模式。如圖2所示，組裝生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)緊湊、高效作業(yè)，移工順暢、預(yù)防磕碰。

2.2 在線檢測系統(tǒng)［9］

（1）為有效控制測量變差范圍，保持檢測精度的穩(wěn)定性、連續(xù)性。將產(chǎn)品設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝組裝基準(zhǔn)統(tǒng)一并確認(rèn)標(biāo)定值后，制作高精度標(biāo)定塊和基準(zhǔn)部件;在線檢測系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后，建立起測量基準(zhǔn)零位，在模擬產(chǎn)品組裝工況下進(jìn)行檢測作業(yè)。

（2）在組裝生產(chǎn)線配置的電控裝置較多且電磁信號(hào)較強(qiáng)的環(huán)境中，為提高在線檢測系統(tǒng)的可靠性，對硬件采用濾波、隔離電源;軟件采用傳感器信號(hào)的非線性校正等抗干擾技術(shù);具備自診斷、保護(hù)、報(bào)警、儲(chǔ)存、自動(dòng)打印檢測數(shù)據(jù)等功能及良好的人機(jī)界面、操作簡捷等特點(diǎn)。

2.3 線體結(jié)構(gòu)

（1）采用雙層立體閉環(huán)式布置形式，三條組裝線上層為組裝通道，滿足在線檢測、自動(dòng)壓裝、自動(dòng)擰緊等作業(yè)要求;下層為隨行托盤快速返回通道，縱梁及機(jī)架為模塊化型材結(jié)構(gòu);線體兩端各配置氣動(dòng)升降機(jī)一套;主減速器總成組裝線在上下層通道各配置一套擺渡車，在輸送隨行托盤時(shí)將其旋轉(zhuǎn)180°使夾具初始狀態(tài)保持一致。

（2）應(yīng)用非同步積放移工形式的自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)，將承載夾具及工件的隨行托盤設(shè)置于連續(xù)運(yùn)行的3倍速差速鏈條上，經(jīng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)下前行至各個(gè)作業(yè)工位，由精定位及頂升機(jī)構(gòu)使其脫離差速鏈條;通過氣動(dòng)阻擋器限位后可在相鄰的二個(gè)作業(yè)工位間實(shí)現(xiàn)多個(gè)隨行托盤積放移工，滿足不同作業(yè)節(jié)拍要求。

2.4 夾具形式

夾具設(shè)置在隨行托盤中，可將工件定位并夾緊，設(shè)有可旋轉(zhuǎn)90°、180°、360°的手動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)，使夾具狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不同作業(yè)工況。

2.5 共線生產(chǎn)

經(jīng)過轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)控制單元儲(chǔ)存的程序，換裝在線測選系統(tǒng)的基準(zhǔn)部件，更換夾具中的定位裝置，即可實(shí)現(xiàn)迅速變換不同型號(hào)產(chǎn)品共線生產(chǎn)模式。

3 差速器分總成組裝線

3.1 關(guān)鍵工序分析

如圖3所示，因半軸齒輪3、行星齒輪10采用精密鍛造工藝制造，齒形存在相應(yīng)的周節(jié)誤差。需測選合適的半軸齒輪左、右調(diào)整墊圈2進(jìn)行補(bǔ)償，使組裝后的半軸行星齒輪副接觸區(qū)嚙合齒側(cè)間隙最大值及最小值符合產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 配置半軸齒輪調(diào)整墊圈測選系統(tǒng)［10］

（1）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用模擬差速器分總成組裝工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量技術(shù)，獲取半軸行星齒輪副運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的相關(guān)數(shù)據(jù)值。先將差速器合件放置到檢測工位中緊固，經(jīng)左右水平移動(dòng)裝置，分別采集左右位移傳感器的感應(yīng)信號(hào)，先取得測量基準(zhǔn)值Jz;再取得最小及最大累積周節(jié)誤差狀態(tài)下的最大位移值Wymax及最小位移值Wymin;由可編程序控制器先計(jì)算出半軸行星齒輪副接觸區(qū)嚙合齒側(cè)間隙最大值Cxmax=Jz+Wymin與最小值Cxmin=Jz+Wymax;再計(jì)算出左調(diào)整墊圈值Lz=Cxmax－Cxmin、右調(diào)整墊圈值Ly=Cxmax－Cxmin后，經(jīng)LCD窗口顯示。由調(diào)整墊圈存放柜中的分組綠色指示燈引導(dǎo)，取出相對應(yīng)的左、右調(diào)整墊圈進(jìn)行組裝。

（2）測選系統(tǒng)程序構(gòu)成框圖如圖4所示。

（3）主要配置:檢測工位、A/D轉(zhuǎn)換器、可編程序控制器、操作系統(tǒng)、調(diào)整墊圈存放柜、機(jī)體。

（4）技術(shù)規(guī)范:齒側(cè)間隙范圍為0.05～0.20 mm;檢測精度為±0.01 mm。

3.3 過程控制重點(diǎn)分析

因主、被動(dòng)齒輪副必須配對組裝，按工藝流程，被動(dòng)齒輪7與差速器殼9合裝 （圖3）;主動(dòng)齒輪9與主減速器殼5合裝（圖5）。為避免因主、被動(dòng)齒輪副分開移工而發(fā)生混裝現(xiàn)象，在差速器分總成組裝線的隨行托盤上設(shè)有放置主、被動(dòng)齒輪副的器具，保持供貨配對狀態(tài)移工至主減速器總成組裝線。

4 主減速器總成組裝線

4.1 關(guān)鍵工序1分析

如圖5所示，整體式及分開式結(jié)構(gòu)主減速器總成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特殊特性之一是主、被動(dòng)齒輪副接觸區(qū)嚙合印跡。在產(chǎn)品組裝過程，須采用增加或減少調(diào)整墊片8的方法，對因各零件軸向尺寸偏差而產(chǎn)生的主動(dòng)齒輪安裝距實(shí)際值與理論值的變量給予補(bǔ)償，是保證獲得最佳接觸區(qū)嚙合印跡的關(guān)鍵因素。

4.2 配置主減速器主動(dòng)齒輪安裝距調(diào)整墊片測選系統(tǒng)［11］

（1）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用同步測量原理，為減少測量變差提高測量準(zhǔn)確度，在模擬主減速器總成組裝工況下測選調(diào)整墊片實(shí)際值。如圖5所示，測選系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)定后，在檢測工位對外軸承4、內(nèi)軸承11施加垂直方向載荷、低速旋轉(zhuǎn)消除其軸向游隙后，采集主減速器殼5及內(nèi)軸承11之間距尺寸數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通訊，依據(jù)檢測工位先后采集的標(biāo)定值Csb、檢測值Cs;預(yù)先輸入的主、被動(dòng)齒輪副制造配對后的主動(dòng)齒輪安裝距偏差值Zp;自動(dòng)計(jì)算得到主動(dòng)齒輪安裝距調(diào)整墊片值Ln=Cs－Csb+Zp，經(jīng) CRT窗口顯示墊片值;由調(diào)整墊片存放柜中分組綠色指示燈引導(dǎo)取出相對應(yīng)的墊片，在墊片值復(fù)檢工位進(jìn)行確認(rèn)后進(jìn)行組裝。

（2）測選系統(tǒng)程序構(gòu)成框圖如圖6所示。

（3）主要配置:

整體式結(jié)構(gòu)主減速器形式:檢測工位;墊片值復(fù)檢工位;調(diào)整墊片存放柜;工業(yè)控制計(jì)算機(jī);液壓系統(tǒng);電控柜;機(jī)體。

分開式結(jié)構(gòu)主減速器形式［12］:懸掛式檢測工位;固定式檢測工位;墊片值復(fù)檢工位;工業(yè)控制計(jì)算機(jī);電控柜;調(diào)整墊片存放柜;液壓系統(tǒng)。

（4）技術(shù)規(guī)范:零件間距尺寸測量精度為±0.007 mm;墊片值復(fù)檢精度為±0.005 mm。

4.3 關(guān)鍵工序2分析

整體式及分開式結(jié)構(gòu)主減速器總成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特殊特性之二是鎖緊螺母擰緊力矩、主動(dòng)齒輪軸承預(yù)緊力矩。有效控制鎖緊螺母擰緊過程并建立軸承預(yù)緊力矩，是確保兩種力矩同時(shí)符合產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。

4.4 配置懸掛式鎖緊螺母擰緊/主動(dòng)齒輪軸承預(yù)緊力矩檢測系統(tǒng)［13］

（1）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用自控?cái)Q緊及動(dòng)態(tài)檢測方法，如圖5所示，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)按程序發(fā)訊至鎖緊螺母擰緊裝置，先將鎖緊螺母組件1擰緊至預(yù)設(shè)的擰緊力矩值下限后，采用角度控制擰緊模式進(jìn)行分段精確擰緊作業(yè)，經(jīng)波紋套16壓縮產(chǎn)生軸向彈性變形應(yīng)力并反作用于外軸承4、內(nèi)軸承11使其建立預(yù)緊力矩;然后由軸承預(yù)緊力矩檢測裝置檢測軸承預(yù)緊力矩由小增大變化過程，將采集的兩種力矩值與預(yù)設(shè)的力矩值范圍進(jìn)行比對運(yùn)算后，再發(fā)訊執(zhí)行下一次擰緊、檢測循環(huán)作業(yè);當(dāng)兩種力矩值同時(shí)符合預(yù)設(shè)的力矩值范圍時(shí)，CRT的鎖緊螺母擰緊力矩值窗口、軸承預(yù)緊力矩值窗口顯示合格 （綠色）;否則顯示不合格 （紅色），檢測系統(tǒng)退出作業(yè)狀態(tài)進(jìn)入待機(jī)工況。

（2）防錯(cuò)功能:當(dāng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)測到鎖緊螺母擰緊過程出現(xiàn)的力矩峰值超出預(yù)設(shè)的力矩范圍最大值或最小值時(shí)，發(fā)訊停止擰緊作業(yè)并發(fā)出聲、光報(bào)警后，經(jīng)鎖緊螺母擰緊裝置將鎖緊螺母與主動(dòng)齒輪脫離。

若工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)測到軸承預(yù)緊力矩值大于預(yù)設(shè)的力矩范圍最大值時(shí)，發(fā)訊使離合器與力矩傳感器脫離實(shí)施過載保護(hù)，停止檢測作業(yè)并發(fā)出聲、光報(bào)警。

（3）檢測系統(tǒng)程序構(gòu)成框圖如圖7所示。

（4）主要配置［14］:鎖緊螺母擰緊裝置;軸承預(yù)緊力矩檢測裝置;懸掛操作裝置;工業(yè)控制計(jì)算機(jī);電控柜。

（5）技術(shù)規(guī)范:力矩控制精度為3σ/x≤2%;角度控制精度為±1°;鎖緊螺母擰緊力矩值為≤350 N·m;主動(dòng)齒輪軸承預(yù)緊力矩值為≤2.5 N·m。

5 主減速器總成運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)［15］

（1）關(guān)鍵工序分析:依據(jù)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主減速器總成組裝后，100%在加載勻速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行噪聲試驗(yàn);并對主、被動(dòng)齒輪副接觸區(qū)嚙合印跡進(jìn)行比對評價(jià)。

（2）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)將各系統(tǒng)相關(guān)傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對運(yùn)算，經(jīng)CRT窗口以直線、曲線圖形分別顯示轉(zhuǎn)速、加載扭矩、噪聲等數(shù)據(jù)，通過定量分析后評定噪聲是否合格。

（3）主要配置:運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng);磁粉加載系統(tǒng);噪聲測量系統(tǒng);工業(yè)控制計(jì)算機(jī);電氣柜;工裝;機(jī)體;隔聲房。

（4）試驗(yàn)規(guī)范:轉(zhuǎn)速為750 r/min;左右二端加載各為20 N·m;試驗(yàn)節(jié)拍為60 s;噪聲測點(diǎn)位置按QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動(dòng)橋臺(tái)架試驗(yàn)方法》執(zhí)行。

6 空中單軌自行環(huán)鏈葫蘆輸送系統(tǒng)

（1）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用空中上、下線移工方法。

由自行環(huán)鏈葫蘆將主減速器總成從下線1工位移工至運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)2工位;空中移工上線3工位后返回。

由自行環(huán)鏈葫蘆將下線的輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品移工至涂裝線后返回。

（2）主要配置:三套自行環(huán)鏈葫蘆;滑觸式鋁合金軌道;電控柜。

（3）技術(shù)規(guī)范:升降速度為5 m/min;移工速度為10 m/min。

7 輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品組裝線［16］

7.1 關(guān)鍵工序1分析

如圖8所示，因半軸油封14金屬骨架較薄，與橋殼總成15油封孔為過盈配合。如采用簡易工裝組裝方法，易出現(xiàn)因受力不均勻?qū)е鹿羌茏冃危c油封孔出現(xiàn)間隙而發(fā)生準(zhǔn)雙曲面齒輪油滲漏的潛在失效模式。

7.2 配置懸掛式半軸油封液壓機(jī)

（1）設(shè)計(jì)原則:應(yīng)用以半軸油封骨架外徑定位方法，將油封放入可調(diào)整壓裝深度的磁性定位裝置后，吸附在橋殼總成左、右兩端油封孔外端面，啟動(dòng)懸掛式液壓機(jī)緩慢平穩(wěn)推動(dòng)定位裝置，將油封準(zhǔn)確壓裝到位。

（2）主要配置:懸掛裝置;手持式液壓機(jī)體;液壓站;電控箱。

（3）技術(shù)規(guī)范:油缸工進(jìn)油壓為5 MPa;回程油壓為3 MPa。

7.3 關(guān)鍵工序2分析

依據(jù)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品組裝后，100%進(jìn)行靜態(tài)氣密性測試。

7.4 配置氣密測試儀［17］

（1）測試原理:應(yīng)用充氣直接測量方法，如圖8所示，用O型密封圈將通氣塞座4與測試儀輸出端的快換密封接頭聯(lián)接后充氣，測試儀利用壓差傳感器來測量層流管兩端的壓差對產(chǎn)品的泄漏量進(jìn)行評定，綠色燈亮顯示合格，紅色燈亮顯示不合格。

（2）測試規(guī)范:測試氣體壓力為20 kPa;保壓測試時(shí)間為30 s;泄漏量為≤500 mL。

7.5 過程控制重點(diǎn)分析

依據(jù)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品組裝完畢經(jīng)檢驗(yàn)合格后，100%進(jìn)行可追溯性標(biāo)識(shí)。

7.6 配置氣動(dòng)標(biāo)識(shí)機(jī)

（1）標(biāo)識(shí)區(qū)域:橋殼總成正上方外表面。

（2）標(biāo)識(shí)內(nèi)容:供應(yīng)商代碼;產(chǎn)品生產(chǎn)序號(hào);產(chǎn)品總成圖號(hào)。

（3）技術(shù)規(guī)范:字碼采用仿宋體;高度為3.5～5 mm;打刻深度不小于0.5 mm;清晰可見。

8 結(jié)束語

輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品制造核心技術(shù)是組裝工藝。曙光汽車集團(tuán)成功完成技術(shù)改造項(xiàng)目 （國債項(xiàng)目）后，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋組裝生產(chǎn)線發(fā)明專利，優(yōu)質(zhì)高效制造輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋系列化實(shí)用新型專利產(chǎn)品的目標(biāo)。包含半浮式支撐結(jié)構(gòu)汽車驅(qū)動(dòng)橋總成［18］在內(nèi)的曙光牌汽車車橋總成，榮獲中國名牌產(chǎn)品證書。集團(tuán)核心競爭力得以持續(xù)提升，為2010年開創(chuàng)銷售收入超百億的里程碑發(fā)揮了重要作用。

【1】于剛，張馮軍，沈承偉，等.建立軸承預(yù)緊的主減速器總成之汽車驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200720014499.7［P］.2008－08－06.

【2】于剛，高飛.強(qiáng)支撐型輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820014649.9［P］.2009－06－10.

【3】于剛，張馮軍.加強(qiáng)型支撐結(jié)構(gòu)輕型汽車后驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820011955.7［P］.2009 －04 －29.

【4】于剛，高飛.扭矩自控分配之輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820011954.2［P］.2009 －01 －07.

【5】于剛，高飛.組合支撐結(jié)構(gòu)輕型汽車整體式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820011956.1［P］.2009－04－29.

【6】于剛，高飛.高效差速控制之輕型汽車斷開式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820014648.4［P］.2009－06－10.

【7】于剛，張馮軍.輕型汽車雙輪速檢測驅(qū)動(dòng)橋總成:中國，ZL200820011953.8［P］.2009 －04 －29.

【8】于剛，高飛.輕型汽車驅(qū)動(dòng)橋總成組裝生產(chǎn)線:中國，ZL200810011303.8［P］.2010 －06 －02.

【9】于剛，陶發(fā)荀，陶勇.插管式主減速器總成主動(dòng)齒輪安裝距調(diào)整墊片在線測選系統(tǒng)［J］.汽車零部件，2009（2）:63－65.

【10】于剛，高飛.驅(qū)動(dòng)橋總成之通用半軸齒輪調(diào)整墊圈測選系統(tǒng)及測選方法:中國，ZL200810228650.6［P］.2010 －02 －17.

【11】于剛.基于同步測量的主動(dòng)齒輪安裝距調(diào)整墊圈在線測選系統(tǒng)［J］.計(jì)量技術(shù)，2009（3）:39－43.

【12】于剛，張馮軍.分開式主減速器總成之主動(dòng)齒輪安裝距調(diào)整墊片測選系統(tǒng)及方法:中國，ZL200810228651.0［P］.2010－02 －17.

【13】于剛，張馮軍.驅(qū)動(dòng)橋總成主動(dòng)齒輪鎖緊螺母擰緊及軸承預(yù)緊力矩檢測裝置:中國，ZL200810228652.5［P］.2010 －07 －28.

【14】于剛，沈承偉，張巨龍.主減速器總成主動(dòng)齒輪鎖緊螺母擰緊及軸承預(yù)緊力矩在線檢測系統(tǒng)［J］.汽車零部件，2009（4）:66－67.

【15】于剛，梁文郁，李徳武.大中型客車驅(qū)動(dòng)橋主減速器總成柔性組裝線工藝方案綜述［J］.客車技術(shù)，2007（4）:12－15.

【16】于剛，陶發(fā)荀.輕型汽車整體式驅(qū)動(dòng)橋柔性組裝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案［J］.汽車零部件，2009（6）:57－60.

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