汽車鋼板彈簧懸架裝配工藝研究

摘 要：懸架系統是汽車的重要組成部分，其性能對汽車行駛平順性，操縱穩定性和安全性都有著重要的影響。懸架承受和傳遞載荷，工況復雜，正確的裝配是懸架系統工作的前提。文章以商用車鋼板彈簧懸架為對象，結合企業生產實踐，探討懸架裝配工序劃分、裝配工裝、裝配工藝過程、裝配質量管理等內容。

關鍵詞：鋼板彈簧懸架 裝配工序 裝配工裝

汽車總裝是汽車生產制造的最后工序，各組成零部件、總成經總裝形成整車（底盤），對汽車性能質量的形成具有重要作用。懸架的裝配是汽車總裝的重要工序內容，對汽車行駛的平順性等具有重要的影響。懸架按結構類型可分為獨立懸架和非獨立懸架，本文以某型載貨汽車的鋼板彈簧非獨立懸架為例，研究總裝企業與懸架相關的生產實踐問題。

1 裝配基礎

懸架一般由彈性元件、減振器、導向機構等組成，彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等類型。鋼板彈簧總成與載貨汽車的整體車橋相匹配，其作為非獨立懸架的彈性元件兼起導向機構的作用，可以簡化整個系統。

1.1 懸架裝配工序劃分

汽車的總裝一般為大規模、批量生產，現階段國內商用車總裝配線的長度大多介入300-500米之間，同時上線車輛及裝配工位數在一定范圍內。而組成一輛汽車的零部件眾多，據統計一輛中型載貨汽車總裝配的零部件、總成大約有500多種、2000多件[1]。為保證合適的總裝工藝節拍，縮短對總裝配線長度的要求，需要考慮各零部件、總成在總裝配線上的上線方式，即應在工藝上劃分好裝配單元，將部分零部件、總成事先分裝在一起，形成裝配單元后，再在總裝配線上上線裝配，以縮減總裝配的工序內容。

懸架是介于車架（或車身）與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱，鋼板彈簧懸架與車架、車橋相連，其裝配工序劃分為分裝與總裝兩步完成。通過在總裝線外設置懸架的分裝工位，將懸架系統與車橋形成合件，然后合件作為一個裝配單元上總裝線裝配，這樣可以減少上線裝配的總成數量，加快生產工藝節拍，且通過專用工裝及設備，能更好滿足裝配作業效率與保證工序質量的要求。

對于總裝工序，商用車以車架作為總裝配基礎件，遵循先裝配車架下翼面的部件，如傳動軸、備胎等，以及車架內部的部件，如各種線束、制動閥類等，完成后車架翻轉，裝配幅面及上翼面的部件[2]。懸架合件的總裝在車架處于倒扣的狀態下裝配，合件從上面落下來，完成總裝后車架翻轉，然后開展后續工序的總裝。

1.2 懸架合件組成與裝配連接關系

車橋懸架合件除鋼板彈簧、車橋外，還包括U形螺栓、蓋板、底板、六角特厚螺母等組成部件，通過U形螺栓、蓋板、底板等將鋼板彈簧與車橋緊固連接在一起，形成合件。

裝配主要是定位及定位后的保持，在分裝合件工序中，通過使車橋定位銷套孔對準板簧中心螺栓定位銷套并貼合來定位車橋與板簧；蓋板、底板與中心螺栓軸線對齊定位；U形螺栓與蓋板的凹槽配合，并依次穿過底板四個孔位而定位。

對合件總裝工序，鋼板彈簧的一端（一般為前端）為固定端卷耳，通過鋼板彈簧銷與鉚接固定在車架上的固定端支架活動連接；后端卷耳通過鋼板彈簧銷、吊耳帶襯套總成及吊耳銷與吊耳端支架相連，后端可以自由擺動，適應彈簧變形時兩卷耳之間距離的變化。相關的裝配連接關系如圖1所示。

2 懸架分裝工序

同一種懸架可匹配不同的車型或車橋，懸架的鋼板彈簧片數與厚度、中心距也具有不同的尺寸，為提高生產效率，這些不同的懸架種類通常安排在一個分裝工位來完成。

2.1 分裝基礎件選擇

無論是總成還是分總成的裝配，都要選定某一零件或比它低一級的裝配單元作為裝配基礎件，基礎件在裝配中首先進入裝配。通常應選體積或質量較大，有足夠支承面，能夠保證裝配時穩定性及相互位置關系的零件、總成作為裝配基礎件。在懸架與橋合件分裝中，鋼板彈簧與車橋均滿足作為基礎件的要求，綜合對比裝配順序與操作的便捷性與安全性，一般選用鋼板彈簧總成作為分裝工序的基礎件。

2.2 裝配工裝設計

在懸架分裝工藝過程中，需要設計合適的工裝來輔助零部件的定位存放，以提高作業效率、保證生產一致性及良好的操作空間。裝配工裝一般應具有定位與夾緊功能。

按相關工裝設計理論，物體在空間坐標系中具有六個自由度，定位就是消除空間自由度的過程，通過工件定位基準面與定位元件的定位面接觸與配合，使工件在工裝夾具中占有正確的位置。鋼板彈簧作為裝配基礎件，其首先進入裝配，因此首先考慮鋼板彈簧在工裝上的定位。分析鋼板彈簧總成的空間結構，其主片一端或兩端有卷耳，卷耳表面為外圓柱面，外圓柱面常采用V形塊為定位元件，V形塊具有對中性好的特點，采用V形塊能準確定位卷耳的中心。通過一端外圓柱面與V形塊兩邊線接觸，另一端同樣采用V形塊或平板定位（支撐），可限制五個自由度，余下的Y方向移動自由度通過調整兩V形塊的距離，滿足橋的鋼板彈簧中心距來實現限制，工裝定位示意圖如圖2所示。

工裝除定位外，還應具有夾緊功能，以消除裝配過程中施加外力使合件移動、傾斜等，保證裝配操作及安全。分析分裝過程中的受力，主要是擰緊U形螺栓時施加的擰緊力矩。由于預裝合件的整體質量較大，且采用合適的擰緊方法力矩可自我平衡，因此，產生移動的影響較小。主要需考慮的是預裝合件中車橋總成放在鋼板彈簧的上端，重心偏高，夾緊的作用是防止預裝合件的傾覆。一般從V形塊的側面來夾緊預裝的合件，V形塊的一端側面加固定的鋼板支撐，另一端在氣動元件的作用下移動，從鋼板彈簧總成的側面來夾緊，同時保證正確的鋼板彈簧中心距。如果分裝的車橋型號單一，工裝也可簡化，直接在V形塊兩側加裝固定鋼板，限制預裝合件傾斜的最大角度即可。

此外工裝應具有合適的空間高度，與操作者的身高、作業習慣相適應，方便操作。可在工裝下部設底板，以型材如槽鋼等來支撐V形塊，增加工裝的整體穩定性。

2.3 分裝工藝過程

下面以某車型后懸架合件分裝為例，采用分裝工裝臺，擰緊設備為電動擰緊機，其主要的分裝工藝過程為：①檢查各組件是否有質量缺陷。②取四件對應長度的U形螺栓，在其螺紋部分涂機油，與蓋板分別放在分裝臺的支架內。③依次吊運副鋼板彈簧總成、后鋼板彈簧總成至分裝臺，裝各附件，卷耳放在分裝臺的V形塊上。④吊運后橋總成至分裝臺的板簧支承面上，使車橋定位銷套孔對準板簧中心螺栓定位銷套并貼合。⑤蓋上底板，手動帶上六角特厚螺母3～5扣。⑥設定力矩，啟動電動擰緊機將六角特厚螺母漸次擰緊，合格指示燈點亮。⑦按100%檢查扭矩、點漆，記錄。⑧吊運合件至存放位置。

分裝工序的主要質量要求是U形螺栓的擰緊力矩，應保證在標準要求內。涂機油減少螺紋副的摩擦阻力，保證預緊力；擰緊后的U形螺栓螺紋至少外露2-3扣，保證正確的螺紋連接。

3 懸架總裝

分裝合件定點存放，按需轉運至總裝配線旁，然后上線總裝。

3.1 總裝工序內容與質量要求

總裝以車架為裝配基礎件，通過鋼板彈簧銷、吊耳銷將懸架合件裝配于車架鋼板彈簧支架上，形成正確的定位連接。前后端用彈簧銷定位螺栓鎖緊，預防銷自身的轉動及與支架摩擦，磨損零件。

主要的裝配質量要求為：裝側墊圈，調整U形螺栓與車架的間距，預防干涉；用導銷定位后再裝鋼板彈簧銷，預防鋼板彈簧銷損壞；裝各滑脂嘴，加注黃油，形成良好的潤滑。

3.2 懸架總裝工藝過程

主要工藝過程如下：①檢查固定端支架、吊耳端支架等有無損傷。②裝吊耳帶襯套總成，穿好吊耳銷，用彈簧銷定位螺栓將吊耳帶襯套總成固定。③將懸架合件吊放至車架支架上，前后端放入相應支架內。④用撬桿將固定端支架孔對正，裝好鋼板彈簧銷，用定位螺栓固定裝好。⑤用撬桿將鋼板彈簧后端孔與吊耳帶襯套總成孔對正，裝好鋼板彈簧銷，再用彈簧銷定位螺栓將鋼板彈簧后端固定。⑥用氣動扳手及套筒將各螺母擰緊，并滿足力矩要求。⑦裝好滑脂嘴，加注潤滑脂。⑧按三檢制檢查、標記，并做好記錄。

4 懸架裝配工序質量控制

汽車總裝及其后續的調試工藝，對汽車的質量具有決定性的作用。汽車作為與安全相關的特殊產品，對質量、尤其是可靠性具有較高的要求，汽車生產制造企業一般應通過ISO/TS16949質量體系認證等。懸架的分裝、總裝是汽車總裝的重要工序內容，研究從體系上保證其裝配質量，具有重要意義。

4.1 工序的質量特性分級

為保證工序質量，滿足相關質量體系的要求，汽車企業采用區分質量特性的方法來進行工序質量分級管理，按重點控制的原則，以確保關鍵（重要）的質量得到受控。

質量特性是由設計文件規定的產品固有技術特性的總和[3]，它包括產品的公差與配合、裝配調整技術要求等內容。按不滿足質量要求可能造成后果的嚴重程度，作為質量特性分級的依據，將質量特性分為關鍵特性、重要b1684a3106d06a053dc5ead7c8c63d080b62de4c47978f442687246e74989834特性和一般特性。關鍵特性與人身安全、強制性法規的符合性相關；重要特性與汽車的行駛功能、顧客的特別要求相關；其余的歸為一般特性。形成關鍵（重要）質量特性的工序，稱為關鍵（重要）工序。工藝、檢驗部門根據技術設計部門所確定的質量特性，在制造工藝上開始區分控制。

懸架分裝工序中，需保證的工序質量是U形螺栓螺母的擰緊力矩，其數值對懸架工作過程承受沖擊、振動，保證連接的可靠性與汽車的正常行駛等具有直接作用。通過施加擰緊力矩，在板簧與U形螺栓等之間產生預緊力而將各組成件夾緊在一起，由于U形螺栓承受并傳遞各向作用力和載荷，在汽車裝載行駛中，預緊力是不斷變化的。施加的擰緊力矩過大，作用在板簧與U形螺栓之間的預緊力偏大，當與預緊力同向的附加載荷超過一定數值時，U形螺栓會斷裂；若擰緊力矩偏低，U形螺栓預緊力偏小引起板簧側向竄動，對U形螺栓產生反復小能量沖擊，形成附加彎矩[4]，導致汽車安全性差。因此，此分裝工序擰緊力矩對汽車行駛性能具有重要的作用，且與安全等相關，不符合時U形螺栓將發生斷裂失效引發嚴重的事故，按質量特性的分級標準，懸架分裝擰緊力矩要求是關鍵質量特性，相應工序為關鍵工序。

4.2 工序質量控制方法

對于汽車總裝工序中的關鍵、重要工序，汽車總裝企業一般通過設置關鍵（重要）工序質量控制點的方式來進行工序質量控制，通過事先驗證工藝能力，監控日常質量波動，使工序質量處于良好的控制狀態。

一般在汽車懸架分裝工位設置關鍵工序質量控制點，按5M1E的方法，分析影響質量的相關因素，從裝配方法、裝配工裝、裝配的工藝過程、裝配的人員配備、質量檢驗與記錄分析等方面來保證裝配質量。技術、工藝、裝備、生產車間、檢驗等職能部門按工藝職責劃分履行相應的職責，來共同保證工序質量。

技術工藝部門應編制附三維操作附圖的作業指導書、檢驗卡等工藝文件，其過程方法能保證擰緊力矩的控制要求，并負責對相關人員的培訓；裝備部門保證設備的工藝能力系數滿足要求，并對設備進行維保，保證使用狀態；生產部門保證人員的配備及接受培訓，保證記錄的完整性，對出現的質量異常及時上報，對不合格品做隔離處理；檢驗部門保證待裝配件的質量，對成品做檢驗記錄，分析質量的發展趨勢，做好統計分析。

4.3 工藝能力保證

某車型懸架分裝的U形螺栓擰緊力矩要求保證在320-400N·m范圍內，通過設置關鍵工序質量控制點，選用合適的工具、設備來保證此力矩的要求。一般要求保證力矩的擰緊類工具可選用扭力扳手，對角漸次擰緊U形螺栓螺母，第一螺栓再復緊一次；采用此種方法作業效率不高，由于U形螺栓的四個螺母擰緊有先后，螺栓之間擰緊力矩有干擾[5]，力矩控制精度低，預緊力難以滿足要求。現一般采用多軸U形螺栓電動擰緊機專用設備，力矩數值可設置，同步擰緊至最終力矩，誤差精度可控制在3%-5%的范圍內，作業效率高，且設備具有通信功能，能自動記錄擰緊力矩數值，如有誤操作能自動報警。配以一定頻次的人工檢驗，確保工藝扭矩滿足要求，保證關鍵質量特性。

5 結語

研究裝配工藝對保證汽車的質量、性能具有同樣重要的意義。本文以鋼板彈簧非獨立懸架裝配為例，分析結構組成與裝配連接關系，將裝配工序劃分為分裝與總裝。對分裝工序，討論了基礎件選擇與分裝工裝的設計，采用V形塊來定位鋼板彈簧總成。論述了分裝、總裝的一般工藝過程。對分裝關鍵工序質量控制，采用設置質量控制點的方式來保證，選用U形螺栓擰緊機來控制擰緊力矩要求。本文對一般的裝配工藝制定與裝配質量管理具有參考意義，隨著制造技術的發展，工藝水平會不斷變化提高。

參考文獻：

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