汽車零部件測試中浮動機構的設計與應用研究

【Abstract】The floating mechanism can wellsolvethis problem.The article proposes two design schemesof floating mechanismsand clarifiestheir workingprinciples，applicableconditionsand structuralcharacteristics.Theverification resultsshowthatthisfloating mechanismcanefectivelysolvetheproblemof preciseconnectionbetween the test equipment and the product port，providing a referential technical solution for similar engineering scenarios.

【Keywords】 floating mechanism； conical surface fit；automatic correction

0 引言

在汽車零部件性能自動測試進程中，測試設備不僅需與被測零部件的結構實現精準對接，還需避免對產品表面造成損傷。汽車零部件生產制造中，受工藝誤差、原材料特性等因素影響，同一型號產品的尺寸可能存在較大波動。因此，自動化設備設計需兼容同型號產品的差異性，常用方法是通過合理的結構浮動解決該問題[1-3]。在某汽車零部件自動測試流水線設計項目中，其測試連接口的位置公差范圍達 ±0.5mm 而傳統測試設備接頭僅能適應 ±0.1mm 的尺寸變化。在此情況下，研發適應尺寸差異的浮動機構尤為重要。經大量調研與反復試驗，最終開發出兩種浮動機構。實際應用表明，這兩種浮動機構有效解決了產品尺寸差異問題，為產品性能的準確測試提供了保障。

1測試設備和產品測試端口相對浮動的必要性

因測試產品連接端口的結構較為復雜，在測試過程中，測試設備需分別抱緊端口的輪廓側壁及3個連接柱。然而，3個連接柱之間的空間極為有限，導致測試設備連接困難。此外，每個產品測試連接口的位置公差較大，測試設備接頭無法兼容產品間的最大尺寸差異。若強行連接，易造成產品測試端口損壞，影響測試結果準確性，增加產品報廢率與生產成本。因此，通過浮動機構連接測試設備和產品測試端口是解決該問題的關鍵。

2 浮動機構及工作原理

2.1復位時找正浮動機構

復位時找正浮動機構主要用于抱緊連接器測試端口外輪廓側壁的測試設備連接器的浮動導正，其結構如圖1所示。測試設備連接器安裝在連接板上，該浮動機構通過連接板與機架運動部件相連，導正柱連接板通過螺栓固定在機架上。連接板與連接器連接板通過等高螺栓連接，兩板中間設置3個用于張緊的彈簧。當機架運動部件通過連接板帶動機構運動至理論水平工作位置時，兩個導正柱與連接器連接板上的兩個錐形孔精準配合，使連接器位置恢復至設定的初始位置。工作時，機架運動部件通過連接板帶動機構下移至工作位置，此時3個彈簧施加在等高螺栓上的張緊力及連接器的重力，會在等高螺栓和固定板接觸面產生摩擦力，該摩擦力用于維持連接器的理論水平工作位置。當連接器移動至實際工作位時，由其端頭設計的導向結構引導，順利插入測試產品的連接端口。

圖1復位時找正浮動機構

該浮動機構設計的關鍵在于：3個彈簧壓緊時的彈力F1與連接器連接板的總體重力G在等高螺栓與連接板處產生的摩擦力F2需精確平衡。F2需克服機構下移過程中因振動等因素產生的理論水平工作位置偏移，同時不能使連接導正過程中接觸面的摩擦力大于產品連接口能承受的最大力。經多次模擬計算與實際調試，確定了彈簧的最佳彈性系數與安裝位置，以確保機構穩定可靠工作。

該浮動機構的特點為：連接器可在水平面前后左右及豎直面內自由浮動，具體浮動量由等高螺栓與連接板的孔間隙精確決定。該設計使連接器能在復雜工況下精準對接，提高了測試的準確性與可靠性。

2.2 工作位解鎖后浮動的浮動機構

工作位解鎖后浮動的浮動機構用于抱緊連接器測試端口3個連接柱的測試設備連接器的浮動導正，其結構如圖2所示。機構的固定件與測試設備的運動部件連接，工作時，設備運動部件帶動機構至工作部件導正解鎖組件底部。與產品表面接觸后，彈簧壓縮，連接器組件解鎖，隨后由連接器上的導正部位引導，與產品測試端口精準連接。測試完成后，運動部件帶動機構離開測試產品，兩個復位彈簧張開，導正解鎖組件自動將連接器導正至理論水平工作位置。為便于連接器在水平面移動，機構增設兩組滾動組件，減小了移動摩擦力。

圖2工作位解鎖后浮動的浮動機構

1.機構固定組件2.復位彈簧13.導正解鎖組件14.連接器

5.滾動組件16.導正解鎖組件27.復位彈簧28.連接器連接板

該浮動機構設計的關鍵是復位彈簧的壓緊力不大于產品表面允許的最大壓力。設計中通過分析產品表面材質與結構，利用有限元分析軟件精確計算與優化復位彈簧的壓緊力，確保機構不損傷產品表面。

該浮動機構的特點是：連接器可在水平面前后左右及豎直面自由浮動，浮動量取決于連接器連接板和機構固定組件間的間隙。該設計使機構能適應不同尺寸的產品，具有通用性與靈活性。

3浮動機構試驗驗證

3.1復位時找正浮動機構

針對等高螺栓與連接板孔間隙為單邊 1mm 的浮動機構進行測試。選取4組連接器（每組10個）進行對接試驗，試驗中控制環境，確保每次對插的力度與角度一致，其測試結果如表1所示。測試表明，該浮動機構兼容最大范圍為 0.4mm ，當尺寸偏差超過 0.4mm 時，連接器對接效果變差，出現劃痕甚至無法對接。

表1復位時找正浮動機構測試結果

3.2 工作位解鎖后浮動的浮動機構

采用等高螺栓與連接板孔間隙為單邊 0.4mm 的浮動機構進行測試。選取4組連接器（每組10個）進行對接試驗，控制試驗變量，確保結果準確，其測試結果見表2。結果顯示，該浮動機構兼容最大范圍為 0.2mm 超過 0.2mm 時，對接成功率下降，表面損傷加劇。

表2工作位解鎖后浮動的浮動機構測試結果

4結論

本文所設計的兩種浮動機構具有以下特點： ① 機構采用機械模塊式組合，利用錐面配合和彈簧復位，使工作后的連接器精準回到理論工作位置。該設計結構緊湊，可靠性高，能在復雜工業環境中穩定運行。② 浮動機構設計簡單，可在水平面和豎直面內自由浮動，降低了制造與維護成本，且能適應多種測試需求。③ 機構結構可通過合理改變，應用于類似場景，具有良好的通用性與可擴展性。

參考文獻

[1]陳波.差速器裝配中壓入設備的浮動結構設計[J].機電信息，2014（6）：108-109.

[2]郭兵，王飛，金超.一種便于自動找正的浮動定位機構的設計[J].機械工程師，2015（12）：201-202.

[3]朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.

（編輯林子衿）