轎車合裝技術(shù)開發(fā)及運用

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本文作者：梅世保作者單位：神龍汽車有限公司

1概述

轎車合裝是指車身與底盤、發(fā)動機的裝配。在規(guī)模生產(chǎn)模式下，轎車合裝在流水生產(chǎn)線上完成。目前，國內(nèi)外主要汽車企業(yè)的同一流水生產(chǎn)線基本只能完成同一系列車型的合裝。在新車型頻繁推出的今天，這種單一系列車型的合裝模式顯然不適應(yīng)企業(yè)的良態(tài)經(jīng)營與發(fā)展。在該背景下，柔性化合裝模式越來越受到企業(yè)的重視，各種制約著柔性化合裝模式的裝備技術(shù)的創(chuàng)新將勢在必行。

2柔性化合裝模式的功能要求

柔性化合裝模式是指在同一生產(chǎn)流水線上完成不同系列車型的車身與底盤、發(fā)動機的隨機混流裝配模式。因車型差異變化大，該模式生產(chǎn)線需滿足以下功能要求。a.不同軸距車型的合裝。b.不同動力配置車型的合裝。c.不同底盤結(jié)構(gòu)車型的合裝。d.生產(chǎn)節(jié)拍98s。e.生產(chǎn)操作方便，安全可靠。

3柔性化合裝關(guān)鍵技術(shù)的方案設(shè)計

實現(xiàn)柔性化合裝模式功能要求，其核心問題是必須設(shè)計開發(fā)出實時可變的合裝工藝裝備，該裝備通常稱為柔性化合裝托盤。經(jīng)過對合裝線輸送系統(tǒng)的特點及各系列車型的差異性進行研究與分析，柔性化合裝托盤的設(shè)計必須要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題。a.地面上底盤、發(fā)動機輸送系統(tǒng)和空中車身輸送系統(tǒng)是兩個獨立的輸送系統(tǒng)，在動力總成與車身合裝時，因系統(tǒng)誤差大，裝配困難。b.實現(xiàn)多系列車型的動力總成與車身的定位。c.實現(xiàn)不同軸距系列車型的后橋與車身的定位。d.人機工程技術(shù)因素。

3.1多系列車型動力總成共線柔性化裝配快速定位技術(shù)方案

設(shè)計半正弦機構(gòu)及分體導(dǎo)軌機構(gòu)滿足動力總成的X向位置變化要求。設(shè)計快換定位模塊及浮動定位機構(gòu)滿足多系列車型的動力總成與車身共線柔性化裝配定位要求。

（1）動力總成模塊化定位技術(shù)及其設(shè)計原理

動力總成模塊化定位技術(shù)，是指將發(fā)動機及變速器的定位裝置分別設(shè)計成可迅速更換的定位模塊，不同發(fā)動機模塊與不同變速器模塊可實現(xiàn)不同的定位組合，以實現(xiàn)不同動力總成與不同車身的共線柔性化裝配的技術(shù)。采用集成化設(shè)計原理，將一種部件的定位功能集中在一個模塊單元上。用一個模塊實現(xiàn)發(fā)動機的定位，一個模塊實現(xiàn)變速器的定位。用2個模塊即可實現(xiàn)一種車型動力總成的準(zhǔn)確定位。通過對17種系列車型動力配置的研究及分析，確定12種發(fā)動機模塊、13種變速器模塊即可滿足其裝配定位要求。為了便于快速更換模塊，實現(xiàn)不同車型動力總成的定位要求，模塊在浮動底板上的定位方式設(shè)計成兩銷一面式。模塊上設(shè)計為定位孔，浮動底板上設(shè)計為有導(dǎo)向功能的模塊用定位銷（圖1），以滿足模塊更換時間的要求。經(jīng)試驗，模塊采用聚氨酯合成材料澆鑄成形，其強度、韌性及硬度（邵氏95度）充分滿足動力總成的定位及防碰傷要求，而且其質(zhì)量輕，便于快速更換模塊。

（2）浮動裝配技術(shù)及其設(shè)計原理

浮動裝配技術(shù)是指在產(chǎn)品裝配過程中，使較重的部件處于浮動狀態(tài)，在較小的外力作用下，使該部件與另一裝配部件能迅速地尋到良好的裝配位置關(guān)系。浮動裝配技術(shù)適于尺寸鏈長、系統(tǒng)誤差大的產(chǎn)品部件裝配，尤其適用于空中與地面輸送定位系統(tǒng)的車身與動力總成的合裝。浮動技術(shù)設(shè)計原理：帶模塊定位銷的浮動底板，支撐在X向移動底板上均勻布置的6個平面萬向滾動球軸承上，在XY平面內(nèi)能靈活移動與轉(zhuǎn)動。在兩個浮動限位銷與限位孔的作用下，浮動底板的移動與轉(zhuǎn)動被限制在Φ10mm的范圍內(nèi)（圖2），以滿足動力總成與車身合裝時的連接點浮動對位安裝要求。

（3）快速定位方案

圖3左側(cè)模型為雪鐵龍品牌系列車型的動力總成合裝位置圖，此時半正弦機構(gòu)處于自鎖狀態(tài)。通過更換發(fā)動機模塊和變速器模塊，在浮動機構(gòu)的作用下，能快速實現(xiàn)雪鐵龍系列車型動力總成共線柔性化浮動對位的合裝要求。圖3右側(cè)模型為標(biāo)致品牌系列車型的動力總成合裝位置，在左圖位置狀態(tài)下，半正弦機構(gòu)操作手柄，以逆時針方向繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°，在分體式導(dǎo)軌副的作用下，X向移動底板向后移動112mm。安裝在X向移動底板上的浮動底板也移動112mm，進入標(biāo)致品牌系列車型動力總成合裝位置，此時半正弦機構(gòu)處于自鎖狀態(tài)。通過更換發(fā)動機模塊和變速器模塊，在浮動機構(gòu)的作用下，能快速實現(xiàn)標(biāo)致系列車型動力總成共線柔性化浮動對位的合裝要求。

（4）半正弦機構(gòu)設(shè)計原理及其技術(shù)方案

a.半正弦機構(gòu)設(shè)計原理。由半正弦機構(gòu)往復(fù)運動原理圖（圖4）可推導(dǎo)出活動導(dǎo)軌上m點的運動方程：x=rsinθ+b(-π/2≤θ≤π/2)（1）該正弦函數(shù)圖形如圖5。將半正弦機構(gòu)曲柄半徑r設(shè)計為56mm，當(dāng)θ=±π/2時，滑塊行程為112mm，滿足兩大品牌系列車型的動力總成X向的位置變化要求。若以勻角速度ω操縱擺動桿，則m點的運動方程為：x=rsinωt+bm點的速度v為：=dx/dt=rωcosωtm點的加速度a為：a=dv/dta=-rω2sinωt（2）m點的速度v和加速度a的函數(shù)曲線如圖6。從圖6看出，當(dāng)θ=±π/2時，滑塊速度為零，但加速度最大，需要作用在手柄上的力也最大，滑塊處于自鎖狀態(tài)。增加拉簧，使滑塊自鎖狀態(tài)更加可靠。b.半正弦機構(gòu)技術(shù)方案（圖7）。操作手柄，使搖臂繞旋轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動180°，固定在搖臂上的曲柄也繞旋轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動180°，同時帶動安裝在滑塊上的連接板在X向移動2r距離。

3.2適應(yīng)不同軸距車型的可快速移動自定位平臺技術(shù)方案

設(shè)計分體式導(dǎo)軌與偏心輪式半自動定位機構(gòu)等部件，組成適應(yīng)不同軸距車型的可快速移動自定位的平臺系統(tǒng)（圖8），保證4種軸距車型的后橋及油箱與車身共線柔性化合裝的位置變化要求。在該平臺的活動底板上，設(shè)計布置多功能組合定位機構(gòu)，組成不同后橋與油箱的快速轉(zhuǎn)換定位系統(tǒng)（圖9）。通過變形組合，保證17種系列車型5種后橋及油箱與車身的快速、準(zhǔn)確定位，滿足其共線柔性化合裝要求。

（1）分體式導(dǎo)軌機構(gòu)原理及功能

為了滿足17種系列4種軸距車型的后橋及油箱與車身共線柔性化裝配功能要求，考慮到人工操作換位及設(shè)備系統(tǒng)剛性差等因素，經(jīng)過底板載荷受力及導(dǎo)向功能分析，將導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計為分體式（圖10）。上、下導(dǎo)軌僅起側(cè)向?qū)蜃饔茫怀惺茌d荷的壓力，導(dǎo)軌滑動面間的摩擦阻力幾乎為零。平面承載軌由一定數(shù)量、均勻布置在固定底板上的駐點萬向滾動球軸承和活動底板下平面組成，其功能是承擔(dān)100%的重力載荷。該承載軌運動副間的運動是滾動，其滾動摩擦阻力小，保證了活動底板在人工作用下的靈活移動。分體式導(dǎo)軌的特點：結(jié)構(gòu)新穎；移動摩擦阻力小，運動靈活；活動底板承載力大，受力均勻；導(dǎo)向精度及使用壽命高，運行可靠；具有安裝精度自補償功能，尤其適宜于剛性差的裝備安裝系統(tǒng)；制造成本低，安裝、使用維護方便。

（2）偏心輪式半自動定位機構(gòu)原理及功能

a.偏心輪式半自動定位技術(shù)方案（圖11）

在圖11c中，連接在固定底板上的下導(dǎo)軌上有4個軸距定位孔，用于4種軸距系列車型的后橋及油箱的位置定位。連接在活動底板上的軸距定位銷在彈簧壓力的作用下進入軸距定位孔中，使活動平臺處于某種軸距車型的位置狀態(tài)。右手操作固定在偏心輪上的手柄繞回轉(zhuǎn)軸順時針轉(zhuǎn)動90°，在偏心輪的作用下，軸距定位銷彈簧力退出軸距定位孔（圖11b）。此時，左手快速移動活動底板至需要裝配的軸距系列車型的位置（如圖8中的車型軸距位置標(biāo)識），松開偏心輪操作手柄，軸距定位銷在彈簧壓力的作用下自動進入軸距定位孔中，此時活動平臺處于另一種軸距系列車型的位置狀態(tài)。

b.偏心輪式半自動定位機構(gòu)設(shè)計原理

由圖11a可推導(dǎo)出定位銷（或偏心輪回轉(zhuǎn)孔中心）上M點軌跡的運動方程為：S=r（1-cosωt）（3）其中，回轉(zhuǎn)軸中心至偏心輪中心之間的距離r=10mm，0°≤θ≤90°。當(dāng)θ=0°時，定位銷的行程S=0。當(dāng)θ=45°時，定位銷的行程S≈3mm，如圖11a。當(dāng)θ=90°時，定位銷的行程S=10mm，此時定位銷退出定位孔之外4mm，如圖11b。在分體導(dǎo)軌的作用下，僅需很小的作用力即可移動活動底板，到達需要的軸距指示位置（如圖8中的車型軸距位置標(biāo)識）后松開手柄，在彈簧的作用力下定位銷自動進入定位孔中（如圖11c）。