轎車油底殼放油螺栓組件自動裝配設備的研究

宋延玉

摘要：油底殼是轎車發動機的必備部件。因為車企的上市車型多采用同款發動機平臺開發，所以油底殼的產量非常大。傳統的油底殼沖壓件與放油螺栓組件裝配多采用人工裝配，人員手工使用扭力扳手裝配一個螺栓，長期作業容易造成手腕疲勞，且生產效率較慢。同時，螺栓裝配有嚴格的扭矩要求，必須依靠定扭扳手作業。作業手法不規范，容易造成品質不良。本文簡述企業為實現減員增效，降低生產成本，自主研發了放油螺栓自動裝配設備，以代替人工作業，實現多款油底殼系列產品的柔性化生產。

關鍵詞：油底殼;放油螺栓;伺服;扭矩;自動裝配

引言

油箱是發動機潤滑系統的一部分，曲軸箱關閉在底座上，用作儲油罐的外罩。從發動機所有內表面和二次表面收集潤滑油，為避免油池設計中潤滑油的氧化，應滿足油容量、密封性能、傾斜油泵吸油等要求。還應注意體積小、重量輕、結構簡單，同時滿足整個車輛的設計要求。

1油底殼結構設計簡介

根據全車范圍條件、油底殼出油量和某型國產汽車發動機安裝點位置，本文設計了一個輕型低成本油底殼，具體結構如圖1所示，主要包括：殼體1、密封圈信封1包括一個深槽區域和一個淺槽區域，其底面由傾斜曲面連接，深槽區域的安裝曲面和淺槽區域的安裝曲面位于同一平面上，安裝曲面與地面相對。深槽區一側設有補油孔，補油孔安裝了機油加熱裝置。殼體1的安裝面設有密封件槽，I型橡膠密封件裝入密封件槽中，以保證機油殼體的密封性。16個通孔布置在密封槽外部，8個在長邊均勻分布，3個在短邊均勻分布。金屬鑲件3固定在每個貫通孔中，金屬鑲件3通過強制配合的冷鑲件工藝固定。加強筋布置在附件1的外表面上。相鄰肋[5-6]的中心距離為8mm，厚度為2mm，分布平行。盤柜1采用玻璃纖維增強PA66注射成型，結構簡單，制造成本低、成型方便、重量輕。用橡膠密封圈代替普通紙密封墊圈，用橡膠軟管保證殼體與缸體之間的空氣密封，由于橡膠耐磨性好，橡膠密封墊圈拆卸后可以回收肋的設計確保了外殼的抗沖擊性和高強度。

2工作原理

操作人員站在裝配區內，首先安裝工件，手動瞄準油底殼螺母孔（1～2塔）上的油螺栓裝配，啟動設備，用緊固頭擰緊工件，旋轉盤將工件轉移到作業區。伺服和電氣控制螺栓槍沿軌道平移（不旋轉），執行分段旋轉部件，并瞄準初始快速旋轉。當螺栓接近夾緊區域時，旋轉速度減慢。達到所需的扭矩時，伺服系統會偵測到并自動傳回扭矩的值。此時，螺桿槍沿導軌進行平移（無旋轉），轉盤將零件返回裝配區域，松開緊固頭，操作人員取出零件并完成一個循環。雙面轉盤可在設備對準螺栓時同時裝配操作員，從而提高工作效率。

3轎車油底殼放油螺栓組件自動裝配設備

3.1設計思路

油底殼的設計應參照發動機內外的具體結構，根據發動機潤滑需求和維修里程，在設計油底殼的具體結構時確定整體油底殼需求，應避免大腦混合油和吸油孔吸入空氣，同時確保外觀盡可能緊湊合理。影響油底殼設計的重要因素有：（1）發動機油量需求。某些型號發動機的位移為2.0L，維修里程為5000公里，一般需要3-4油，因此可以確定下部發動機殼體的體積。（2）發動機傾斜角度。在設計油底殼結構時，液位位置應考慮發動機布置的傾斜角度。（3）發動機地面及周邊的最小高度。油池安裝法蘭表面形狀決定容積的底面，發動機的最小高度決定油池的最大高度，兩者的乘積為油池的最大體積。（4）曲柄連桿運動位置。在設計下發動機殼體油液液位高度時，應避免超過曲柄連桿機構的最低點。

3.2于制造工藝的鋪層結構調整

優化涂布層結構后，為了實現CFRP油底層的低成本大規模生產，CFRP纖維的變形、偏差和彎曲問題必須在復蓋層之前解決，從而縮短生產周期，提高產量。因此，經過三步優化后，為了確保CFRP油底層實際制造的可行性，fibrim程序允許使用fibrim軟件分析和調整CFRP油底層制造過程的仿真：在較低區域增加涂層以提高強度適當降低局部涂膜厚度較大區域的涂膜層厚度以降低CFRP油底層質量，參考圖9說明了CFRP油底層-45層（自動生成的涂膜層）的結構調整過程檢查CFRP油底層的所有層，進行結構調整。仿真驗證后，CFRP油底殼調整涂層層結構后的涂層效果良好，盡管其質量從0.388kg提高到0.420kg，但對力學性能的影響較小。

3.3油封板設計

在車輛行駛過程中，由于車輛轉彎、下降或加速，油容易產生地震形成的不穩定的液面油，既影響大腦的運動，又不利于潤滑系統吸收油。添加油堵板可以很好地控制液面振動，此外油堵板可以連接螺栓成型的鋁質油底殼，也可以提高整體強度，對減振效果有積極影響。油封板采用厚度為1.2mm的沖壓鋼板材料，油封板位于油封中間。板上有各種開口，便于發動機曲軸箱的油滴進油底殼。同時也不妨礙集油過濾器和油尺的安裝加強筋布置在油封板的平面部分，以提高強度增強模式。

3.4尺寸優化

自由尺寸優化有助于更好地確定CFRP油底層的材料分布，但在實際制造過程中，鋪設邊框的厚度受制造過程的限制，并影響CFRP油底層的機械特性。因此，采用尺寸優化分析CFRP油底層性能與涂料層厚度之間的關系，以簡單涂料層厚度為設計變量，優化涂料質量、材料性能等。，以確定鋪裝層邊界的最佳厚度。尺寸優化是一個詳細的設計階段，對于確定優化目標和約束尤為重要。本文選擇的優化目標是CFRP油底殼質量最低，約束主要基于性能約束，輔以制造約束：CFRP油底殼性能約束由力、穩定性和模態頻率約束補充，通?；陟o態分析結果.

3.5功能和結構設計

（1）設備想要滿足多種系列產品的生產，需要切換對應的夾具。旋轉盤設計了共用的墊板和快速定位裝置，可縮短夾具安裝時間。（2）作業員將油底殼沖壓件安裝到夾具上，預擰螺栓，按下啟動開關。正常情況下，夾頭會翻下壓緊工件。如遇到油底殼沖壓件相似件錯誤混入，作業員忘記預擰放油螺栓組件或油底殼沖壓件未放到位等異常情況，夾具上的感應器會觸發異常信號，此時夾頭不會翻下，設備啟動聲光報警，呼叫管理人員。（3）為保證未來產品生產的可拓展性，伺服電控螺栓槍的槍頭除可安裝現有M12螺栓擰緊接口外，還可切換M10和M16螺栓擰緊接口[5]。（4）為提高每次旋轉的重復精度，旋轉盤的驅動器選用了國內知名的分割器品牌。旋轉盤到位后，設計浮動定位銷，運用電控和機械雙重方式，確保重復定位精度不大于0.5°。（5）因工件旋轉軌跡與螺栓槍裝配位置干涉，螺栓槍需要依靠直線軌道做往復移動。為提高螺栓槍每次平移的重復精度，選用HIWIN品牌直線導軌，并設計了防塵罩。（6）為確保扭矩100%符合產品要求，同時不傷害螺紋。

結束語

發動機油底殼屬于薄壁殼體結構，不僅要滿足車輛日常使用需要，而且對噪音影響很大。油底殼的設計和優化對消除噪聲具有重要意義。根據某型發動機的設計和輸入，設計了全鋁材料的油底殼，底部油底殼為實體模型，模擬了八向以下油底殼液面傾斜情況，以滿足惡劣條件下的油底殼吸油要求。通過仿真計算分析，油底殼模式處于較高水平。底部振動低點通過優化設計得到了很好的改善，而油封板的增大對液位穩定和上升模式起到了一定的作用。設計和優化的下油底殼完全符合發動機的使用要求。

參考文獻

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