差速器里程表齒輪裝配工裝優化設計

張琦

(上海汽車變速器有限公司，上海 201800)

0 引言

隨著現代技術的發展，產品正沿著個性化、多樣化的方向發展，產品的種類也具有比較明顯的多變性。為了滿足這些需求，產生了批量化的生產方式。用戶化大批量生產必須從零件裝配成產品[1]，因此，零部件的裝配質量成為產品質量的根基。此次研究的對象為差速器里程表齒輪的裝配方法。目前差速器里程表齒輪通常材質為硬塑料，裝配的方式基本為手工。由于硬塑料材質具有較脆易斷的特點，因此在該零件的裝配過程中，通常會產生零件報廢的情況。更惡劣的情況下，沒有識別出裝配過程中已產生缺陷的零件并流入市場，若零件最終失效，將會對于品牌產生不利的影響。因此，如何在現有的設計條件下，優化裝配工裝，降低對裝配人員技術素質的依賴，成為此次研究的主要方向。

1 差速器及里程表齒輪的基本結構[2]

里程表齒輪是用以記錄輸出旋轉圈數的零件，是變速器中一個常見的零部件，通常安裝在動力輸出處，即變速器中的差速器總成上，零件通常為硬塑料材質，實物如圖1所示。

差速器總成為變速器中負責輸出動力的部件，材質通常為鑄鐵，實物如圖2所示。

里程表齒輪與差速器總成，通過孔徑配合、凸臺與凹槽配合，達到無相對運動的目的。其結構設計如圖3所示，里程表齒輪內徑與差速器過盈配合，端面處凸臺結構與差速器殼體上的凹槽特征配合，防止發生相對旋轉。

圖1 里程表齒輪實物圖

圖2 差速器總成實物圖

圖3 里程表齒輪結構設計圖

2 常規裝配方法及其問題

通常差速器里程表的裝配采取手工裝配的方式：首先將差速器總成放置在工作桌上，然后人工將里程表齒輪放置在差速器總成上，并目測將里程表齒輪上的凸臺與差速器總成上的凹槽對準，如圖4所示。

圖4 裝配前對零件要求

隨后使用工裝，敲擊里程表齒輪的端面，將其安裝到位。常規安裝工裝如圖5所示。

圖5 里程表齒輪常規裝配工裝

在使用過程中，需要操作人員扶準工裝，保證工裝與零件同心，避免零件被敲歪，如圖6所示。同時裝配敲擊過程中，同樣需要操作人員扶正工裝，保證敲擊過程中，零件保持水平壓入姿態，如圖7所示。

圖6 裝配示意圖(一)

圖7 裝配示意圖(二)

由于裝配過程依賴操作工的因素較大，會因每個操作工的手法、技巧不同，導致零件質量均不相同。

通常會產生各種類型的零件報廢問題：(1)里程表齒輪上的凸臺在裝配過程中受到敲擊而折斷。(2)里程表齒輪在裝配過程中端面受到的軸向力不均勻，從而導致零件沿軸向方向斷裂。(3)里程表齒輪裝配過程中沿徑向方向受到較大分力，導致零件沿徑向方向斷裂。

3 裝配失效原因分析

此次主要研究的是裝配過程中的問題，因此文中不探討產品設計上的缺陷，僅針對裝配過程中產生的幾種缺陷模式，進行問題的分析與解決。

(1)里程表齒輪凸臺折斷。根本原因是：在放置零件時，未能對準凹槽。由于零件采用的是過盈配合，零件放置后凹槽與凸臺并未接觸，只能依賴肉眼識別。而零件在敲裝過程中凹槽與凸臺接觸時，設計上的過盈配合又導致零件無法在過程中調整角度。因而，只要前期零件沒有對準凹槽，必然會出現里程表齒輪凸臺損壞的情況。

(2)里程表齒輪沿軸向斷裂。根本原因是：在零件敲裝過程中，工裝與零件未能保持同軸心裝配。由于里程表齒輪零件用于敲裝的端面較小，使用工裝時無法觀察到敲裝過程中零件與工裝的同心情況，而同心裝配的要求由人工保證，因此就存在盲裝過程中無法提前發現零件未同心、敲裝時零件單側產生過大的軸向力導致里程表齒輪零件沿軸向斷裂等問題。

(3)里程表齒輪沿徑向折斷。根本原因是：零件在敲裝過程中工裝未能保持水平。由于里程表齒輪與差速器總成采用過盈配合，零件在放置后待壓裝時并無固定措施，使用工裝敲裝時由操作工手工扶正，敲擊工裝時，也無法保證施力點在中心位置。因此操作人員只要稍有不慎，就會使零件傾斜裝配，導致零件承受徑向沖擊力，從而導致里程表齒輪零件沿徑向折斷。

4 工裝優化并重新設計[3]

經過上述裝配失效原因的分析后，即可開展對目前裝配方式的優化改良工作。

針對各類失效原因進行工裝的設計，顯然是最好的解決方法。

(1)里程表齒輪與差速器總成需要對齊凹槽。零件未裝配到位前依賴操作工目視保證零件凹槽對齊顯然不是一個可靠有效的方法。因此增加新的特征、在零件放置過程就能夠準確對齊凹槽，是一個更為有效的手段。在研究零件設計的特征后發現，差速器行星軸與凹槽恰好保持水平，設計一個利用差速器孔作為中心定位、行星軸作為角度限制的工裝，就能夠實現零件在裝配前提前完成凹槽的對齊工作。工裝實物如圖8所示。

圖8 工裝實物圖

工裝本身與差速器總成軸向定位，徑向利用U形槽與行星軸止轉定位。因此操作人員只需將工裝如圖9所示放置于差速器總成上即可。工裝與零件間隙配合，滿足工裝快速裝配的同時，創造出差速器總成上凹槽的延伸，用以里程表齒輪零件裝配到位前的精定位。至此零件裝配前需要對齊凹槽的問題被攻克了。

(2)零件在裝配過程中需要同心裝配。同心裝配問題用增加同心定位的方式即可解決。里程表齒輪零件在放置階段缺少定心的手段，因此在工裝設計時，增加了引導長度，零件順著引導軸裝配，能方便快捷地達到中心定位的要求。零件放置在工裝上的狀態如圖10所示。

圖9 工裝放置完成圖

圖10 零件放置圖

(3)零件在裝配過程中需要保持水平裝配。水平裝配問題用保證敲裝工裝只能水平上下運動即可解決。因此，在設計敲裝工裝時，可以利用過渡工裝提供的引導軸，在敲裝工裝上設計一個配合孔，采用間隙配合，即達到水平上下運動的目的。敲裝工裝如圖11所示，安裝過程示意圖如圖12所示。

圖11 敲裝工裝 圖12 安裝過程示意圖

至此，里程表齒輪安裝過程中的全部失效原因均被規避，操作工若使用此設計工裝進行裝配工作，可以大幅度消除裝配過程中產生的問題。

具體操作動作如下：(1)將定心工裝放置在差速器總成上(工裝與零件中心軸定位，平面貼平，周向行星軸防轉)；(2)將里程表齒輪沿定心工裝放入差速器總成上(零件與工裝中心軸定位，軸向凹槽防轉，僅留上下移動的自由度)；(3)將敲裝工裝放置在定心工裝上敲裝零件到位(零件僅能在敲裝工裝的引導下上下移動)。操作流程圖如圖13所示。

圖13 操作流程圖

5 總結

產品的制造生產是企業得以維系的一個關鍵因素，一個良好的產品離不開各個部門的支持與幫助。此次作者對電動汽車差速器里程表齒輪在裝配過程中出現的問題進行了分析與總結，并對工裝進行了改進設計。使用改進的工裝后，大幅度降低了對操作工的裝配技術要求，提升了零件的裝配合格率，極大程度地減少了報廢率，有效地解決了工廠生產上遇到的問題。

參考文獻:

[1]劉強,王勻.汽車裝配工藝規劃及相關技術的探討[J].黑龍江科技大學學報,2001,11(2):9-11.

LIU Q,WANG Y.An Approach to Automobile Assembly Process Plan and Relevant Technology[J].Journal of Heilongjiang University of Science and Technology,2001,11(2):9-11.

[2]蔡興旺,付曉光.汽車構造與原理(下冊)[M].2版.北京:機械工業出社,2011:72.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2007.