后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機的開發設計

黃小林，余文濤，曾慶文，謝評周

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

汽車后橋橋殼既是承載力的構件，也是傳導力的構件，同時又是主減速、差速器和驅動車輪傳動裝置的外殼[1]。作為汽車底盤零部件上的一個關鍵重要組成部分，相對于汽車其他部位來說，受力比較復雜，在承重和傳力的同時，還要承受著由動靜載荷所產生的彎曲和扭曲[2]。因此如何保證后橋殼八顆特種螺栓及兩個半軸油封的有效壓裝，不僅決定了后橋總成的質量，還關系著汽車行駛的安全，這已成為保證后橋總成裝配質量的一個關鍵點。

1 設計過程

1.1 壓裝工藝及要求

如圖1和圖2所示為螺栓及油封壓裝工藝圖及壓裝示意圖，該壓裝工藝要求使用常溫過盈配合壓裝，將八顆特種螺栓分別壓裝到后橋殼橋包法蘭分度圓φ193上的八個均布孔上，并對兩端法蘭半軸油封進行有效防錯壓裝符合圖紙要求，達到生產線節拍≥70 JPH，以滿足生產裝配工藝要求。

圖1 螺栓及油封壓裝工藝圖

圖2 后橋螺栓及油封壓裝示意圖

1.2 專機主要構成

如圖3，后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機主要由床身，左、右油封壓裝機構（各1套），壓螺栓機構（1套），液壓站、油冷機、電氣控制柜以及人機界面等所組成。

圖3 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機主要構成圖

1.3 螺栓壓裝機構

螺栓壓裝機構壓裝原理是利用油壓對四套油缸塞的作用力，并增加兩套氣動齒輪齒條進行角度轉位，從而實現八顆螺栓的壓裝。

如圖4與圖5，壓裝過程為：氣缸5（2套）帶動轉位機構15和油缸壓裝總成11一起沿著導桿4向上運動到位，油缸壓裝總成11上的油缸（4套）工作，向上運動，同時油缸壓裝總成11上的4個壓頭向直徑外側方向轉動一定角度，油缸向下運動進行四顆螺栓的壓裝，然后油缸再次升起，同時油缸壓裝總成11上的4個壓頭向內轉動角度收起，氣缸5帶動轉位機構15與油缸壓裝總成11再一起向下運動，到位后，轉位機構15工作，油缸壓裝總成11轉動45°角度，氣缸5帶動轉位機構15和油缸壓裝總成11再次向上運動，繼續重復的動作完成剩余四顆螺栓的壓裝。

圖4 螺栓壓裝機構主要構成圖

圖5 去除翻轉支撐部分的螺栓壓裝機構圖

1.3.1 油缸壓裝總成

如圖6與圖7，油缸壓裝總成主要是利用液力進行螺栓的壓裝，其壓裝動作過程為：油缸9上的活塞18（四套）在液壓作用下，通過油缸連接頭17（四套）使花鍵軸3（四套）做上、下運動，從而帶動安裝在花鍵軸3上的壓頭2（四套）實現螺栓的壓裝。

圖6 油缸壓裝總成圖

圖7 油缸壓裝總成數模及實物圖

油缸壓裝總成角度轉位過程為：氣缸42帶動氣缸連接頭41，使得齒條39做位移運動，帶動相嚙合的大齒輪37轉動，因中間齒輪38與四個大齒輪37都是嚙合的，從而使得四個大齒輪37都一起同步旋轉，帶動花鍵軸3及壓頭2一起轉動一定的角度，使壓頭2向中心轉動收縮并處于上定位座4的外圓直徑范圍之內，以方便壓裝后橋的人工上料，為壓裝螺栓做準備。

1.3.2 轉位機構

如圖8和圖9，轉位機構是在壓裝后橋殼八顆螺栓中的四顆后，使壓頭進行45°角度的變位，從而實現另四顆螺栓的壓裝。其動作過程為：氣缸15帶動氣缸連接頭17，使得齒條20在轉座18上做位移運動，同時帶動相嚙合的齒輪12轉動，再帶動傳動軸7和法蘭6一起旋轉，從而驅動安裝在法蘭6上的油缸壓裝總成一起轉動，實現角度變位。

圖8 轉位機構圖

圖9 轉位機構數模

1.4 油封壓裝機構

油封壓裝機構包括油封的送料與油封分壓裝。如圖10和圖11，油封的送料主要靠油封的自重，通過兩套送料氣缸4的控制開閉，每次讓一件油封自由落體掉進定位座18里，光電檢測開關1與防錯光電檢測開關2在油封落下過程中進行防錯檢測及識別是否有物料。

圖10 油封輸送示意圖

圖11 油封壓裝機構圖

油封壓裝過程：油封落到位置后，壓裝氣缸10工作，推動滑板3及其上的零件一起沿著線性導軌運動，當定位法蘭20定位后橋法蘭內孔并且接觸并受到后橋法蘭端面的限制后，因氣缸還在工作，彈簧14就會被受到擠壓，大滑座16停止不再運動，小滑座12繼續帶動導軸13繼續運動，安裝在導軸13上的壓軸19一邊推進一邊定心油封，直至油封被推進壓裝到設定的信號位置后，氣缸退回，大滑座16在彈簧力的作用下又恢復到壓裝前的狀態，這樣即完成后橋油封的壓裝，如圖12。

圖12 油封壓裝機構數模及實物圖

1.5 氣動及液壓原理

如圖13和圖14為后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機的氣動原理圖與液壓原理圖。

圖13 氣動原理圖

圖14 液壓原理圖

1.6 人機操作界面

壓裝控制系統要完成自動壓裝需要滿足壓裝條件，壓裝條件可在人機界面上進行顯示（圖15），并且通過與PLC的連接即可實現在人機界面對橋殼進行手動操作壓裝，這樣既可對壓裝狀態與信息進行精確處理并顯示，又可通過I/O端口狀態顯示畫面，可以直觀的監控I/O端口的輸入輸出顯示，實現生產的目視化，便于對控制系統的維護維修，提高生產效率。

圖15 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝機人機操作界面

1.7 實施后的效果

專機實現了后橋殼特種螺栓及半軸油封的自動壓裝、自動松開等一系列程序控制，如圖16和圖17為現場生產圖及后橋殼壓裝效果圖，專機的投入使用，取得了很好的效果。

圖16 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝專機實物圖

圖17 后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝效果圖

（1）減少相應的設備投資，降低成本。專機共計投入成本15萬，市場同等設備采購為25萬，該項目直接為公司節省設備采購成本10萬。

（2）產品質量的提升。專機采用每套油缸各自壓裝一顆螺栓的方式，確保每顆螺栓都壓裝到位，油封壓裝也有光電位移傳感器進行監控，確保油封壓裝位置，質量得以保障。

（3）程序故障識別可視化，方便維護。

（4）專機具有一定的自動化，改善了工人操作勞動強度，緩解招工難的問題。

（5）提高勞動生產率，降低了人工成本。

（6）兼容性。設計柔性化，通過切換壓頭與調節位移即可實現同一系列產品的兼容生產，提高設備使用率。

2 結語

后橋殼特種螺栓及半軸油封壓裝專機的成功開發，實現了螺栓與油封的自動壓裝及位移監控，優化了生產線的工藝布局，取得了很好的經濟效益，為新產品的開發提供了很好的數據支持。但隨著汽車行業的不斷發展，對產品的要求已不僅僅局限于簡單意義上的代替人工勞動，而是以質量為核心，數字化壓裝，實時監控整個壓裝過程與追溯，這已經成為目前國內外同行業極受重視的技術應用領域。