全自動汽車離合器蓋總成綜合性能檢測設備設計

王占禮，劉 亮

（長春工業大學 機電工程學院，長春 130012）

0 引言

汽車離合器是實現和切斷汽車動力傳遞的關鍵部件，其性能的優劣直接影響到汽車的負載能力、安全性以及汽車的平穩性[1,2]。離合器蓋總成是汽車離合器的最主要部分，按照汽車行業標準規定，蓋總成在出廠前必須經過性能檢測。汽車行業的飛速發展使得蓋總成的需求量大大增加，人們生活水平的不斷提高使得消費者對汽車的平穩性提出更高的要求，勞動力成本的不斷上漲，使得傳統人工生產線的利潤快速下滑，綜合以上因素，蓋總成市場急需高效率、高精度、低成本的自動生產線來滿足市場需求[3,4]。

最近兩年，國內才開始開發蓋總成自動生產線，還沒有相關的產品研發成功。通過對自動生產線蓋總成綜合性能檢測工位的研究，設計了檢測設備的機械系統、控制系統和檢測系統。機械系統主要包括柔性抓取機械手和主機兩大部分，柔性抓取機械手可抓取直徑φ275~φ430之間的所有產品，解決了原一種產品或少數幾種產品就需要一種專用機械手的浪費問題。通過自動代分離軸承及鎖帽結構避免了人工放置代分離軸承、鎖帽的繁重勞動；同時，以代分離軸承及鎖帽結構與工件同時放置的方式取代了原先放工件再放分離軸承最后放鎖帽的操作流程，極大地提高了檢測效率[5~7]。

1 檢測設備的總體結構與工作原理

1.1 總體結構

檢測設備由主機、搬運機構、控制系統、檢測系統組成。主機主要實現對蓋總成綜合性能的在線檢測；搬運機構完成蓋總成在生產線托盤與主機工作臺板之間的自動搬運；控制及檢測系統分別完成試驗動作的控制與性能檢測。檢測設備總體結構如圖1所示。

柔性抓取機構通過可在徑向及圓周方向任意移動位置的拉腳抓取不同型號蓋總成；電動缸實現蓋總成在豎直方向的往復移動，定位精度可達0.01mm；無桿氣缸完成蓋總成在水平方向的往復運動；液壓緩沖器起水平方向緩沖及限位作用；壓盤加載機構動力由伺服電機提供，傳動方式為同步帶加滾珠絲杠，滾珠絲杠通過推板把負載加到壓盤上，完成對壓盤力的加載；分離指加載機構同樣為伺服電機通過同步帶傳動到滾珠絲杠，絲杠帶動分離拉桿把力傳到自動代分離軸承及鎖緊螺母機構上，完成對分離指的加載。

1.2 工作原理

負荷特性曲線、分離特性曲線和升程特性曲線為蓋總成綜合性能檢測最主要的三組特性曲線。

圖1 檢測設備總體結構

離合器蓋總成在自動生產線上通過托盤運輸，止動氣缸及托盤定位機構將其準確定位至設備前方固定位置，無桿氣缸帶動柔性抓取機構運動至托盤正上方，電動缸將其準確停至最佳抓取位置，柔性抓取機構抓取完成后，經由電動缸、無桿氣缸將蓋總成準確定位至檢測設備工作臺板中心處；夾緊裝置將蓋總成夾緊，負荷電機將壓盤加載至實際裝車狀態，固定連接于氣缸安裝板上的直流吸盤式電磁鐵斷電，自動代分離軸承及鎖緊螺母機構與氣缸安裝板分離，落在分離拉桿上；鎖緊螺母的氣缸伸出，鎖緊螺母合二為一卡住分離拉桿的頸部與其合為一體；分離電機帶動分離拉桿向下運動，同時檢測系統采集、記錄數據并完成分離特性曲線和升程特性曲線的繪制，負荷、分離電機復位，分離試驗結束。檢測系統采集、記錄負荷電機將壓盤加載至設定行程過程中的數據，并繪制負荷特性曲線，負荷試驗結束。工控機通過對該型號蓋總成的所測值與合格指標進行比較，即可判斷該工件是否合格，并通過人機界面進行顯示，完成一次完整試驗。

2 檢測設備控制與檢測系統設計

2.1 硬件系統設計

為滿足生產線檢測節拍、檢測精度要求，需要檢測設備不僅能夠準確快速的控制位移和負荷，同時可實時采集位移和負荷信號，對系統的可靠性、實時性要求較高。結合上述要求及檢測設備實際工況，硬件系統主要構成設計為：工控機、PLC、數據采集卡、位移傳感器、負荷傳感器、伺服驅動器和伺服電機。硬件系統結構框圖如圖2所示。

圖2 硬件系統結構框圖

工控機可提供良好的人機界面，完成數據處理，存貯被檢測汽車離合器的參數[8]。每次檢測時，工控機讀取加載程序，通過I/O板通信將命令發送給PLC，PLC通過與工控機的通信控制伺服電機、氣動元件等執行器件，使這些設備按照檢測要求發出動作。數據采集卡采集位移傳感器、負荷傳感器的數據并傳遞給工控機，工控機經過數據分析后，將試驗結果以曲線的形式實時輸出。

2.2 軟件系統設計

Visual C++作為可視化開發軟件，為軟件開發提供了強大的圖形界面功能，在數據采集領域得到了廣泛應用[9,10]。軟件系統采用VC++作為開發平臺，對采集到的數據進行必要的處理，同時將數據存入數據庫。檢測設備抓取過程軟件流程圖如圖3所示，檢測過程軟件流程圖如圖4所示。圖3、圖4可以清楚的表達檢測設備的整體工作流程。檢測設備人機交互界面如圖5所示，在該界面中，用戶可以直觀地觀察測試曲線和各測量參數的實時值，而且可以方便地對系統進行控制。

圖3 抓取過程軟件流程圖

圖4 檢測過程軟件流程圖

圖5 人機交互界面

3 檢測結果

按照檢測要求對檢測設備進行了檢驗和使用，其技術指標達到：

壓盤負荷：0～50kN 檢測精度：±1.0%(F.S)；

壓盤位移：0～20mm 檢測精度：±1.0%(F.S)；

分離指負荷：0～10kN 檢測精度：±1.0%(F.S)；

分離指位移：0～20mm 檢測精度：±1.0%(F.S)。

蓋總成負荷特性曲線和分離特性曲線具體試驗結果如圖6所示，由試驗結果可以看出，系統控制精度較高，滿足檢測要求。

圖6 負荷特性曲線及分離特性曲線

4 結論

設計的全自動汽車離合器蓋總成綜合性能檢測設備能夠完成直徑從φ275~φ430之間多種型號蓋總成的自動檢測，大大降低了蓋總成檢測過程的勞動強度，提高了檢測精度，同時，自動代分離軸承及鎖帽結構實現了與工件的同時放置，極大地提高了檢測效率。

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