差速器里程表齒輪裝配工裝優(yōu)化設(shè)計(jì)

張琦

(上海汽車(chē)變速器有限公司，上海 201800)

0 引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品正沿著個(gè)性化、多樣化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的種類(lèi)也具有比較明顯的多變性。為了滿(mǎn)足這些需求，產(chǎn)生了批量化的生產(chǎn)方式。用戶(hù)化大批量生產(chǎn)必須從零件裝配成產(chǎn)品[1]，因此，零部件的裝配質(zhì)量成為產(chǎn)品質(zhì)量的根基。此次研究的對(duì)象為差速器里程表齒輪的裝配方法。目前差速器里程表齒輪通常材質(zhì)為硬塑料，裝配的方式基本為手工。由于硬塑料材質(zhì)具有較脆易斷的特點(diǎn)，因此在該零件的裝配過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生零件報(bào)廢的情況。更惡劣的情況下，沒(méi)有識(shí)別出裝配過(guò)程中已產(chǎn)生缺陷的零件并流入市場(chǎng)，若零件最終失效，將會(huì)對(duì)于品牌產(chǎn)生不利的影響。因此，如何在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)條件下，優(yōu)化裝配工裝，降低對(duì)裝配人員技術(shù)素質(zhì)的依賴(lài)，成為此次研究的主要方向。

1 差速器及里程表齒輪的基本結(jié)構(gòu)[2]

里程表齒輪是用以記錄輸出旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的零件，是變速器中一個(gè)常見(jiàn)的零部件，通常安裝在動(dòng)力輸出處，即變速器中的差速器總成上，零件通常為硬塑料材質(zhì)，實(shí)物如圖1所示。

差速器總成為變速器中負(fù)責(zé)輸出動(dòng)力的部件，材質(zhì)通常為鑄鐵，實(shí)物如圖2所示。

里程表齒輪與差速器總成，通過(guò)孔徑配合、凸臺(tái)與凹槽配合，達(dá)到無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的目的。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，里程表齒輪內(nèi)徑與差速器過(guò)盈配合，端面處凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與差速器殼體上的凹槽特征配合，防止發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)。

圖1 里程表齒輪實(shí)物圖

圖2 差速器總成實(shí)物圖

圖3 里程表齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 常規(guī)裝配方法及其問(wèn)題

通常差速器里程表的裝配采取手工裝配的方式：首先將差速器總成放置在工作桌上，然后人工將里程表齒輪放置在差速器總成上，并目測(cè)將里程表齒輪上的凸臺(tái)與差速器總成上的凹槽對(duì)準(zhǔn)，如圖4所示。

圖4 裝配前對(duì)零件要求

隨后使用工裝，敲擊里程表齒輪的端面，將其安裝到位。常規(guī)安裝工裝如圖5所示。

圖5 里程表齒輪常規(guī)裝配工裝

在使用過(guò)程中，需要操作人員扶準(zhǔn)工裝，保證工裝與零件同心，避免零件被敲歪，如圖6所示。同時(shí)裝配敲擊過(guò)程中，同樣需要操作人員扶正工裝，保證敲擊過(guò)程中，零件保持水平壓入姿態(tài)，如圖7所示。

圖6 裝配示意圖(一)

圖7 裝配示意圖(二)

由于裝配過(guò)程依賴(lài)操作工的因素較大，會(huì)因每個(gè)操作工的手法、技巧不同，導(dǎo)致零件質(zhì)量均不相同。

通常會(huì)產(chǎn)生各種類(lèi)型的零件報(bào)廢問(wèn)題：(1)里程表齒輪上的凸臺(tái)在裝配過(guò)程中受到敲擊而折斷。(2)里程表齒輪在裝配過(guò)程中端面受到的軸向力不均勻，從而導(dǎo)致零件沿軸向方向斷裂。(3)里程表齒輪裝配過(guò)程中沿徑向方向受到較大分力，導(dǎo)致零件沿徑向方向斷裂。

3 裝配失效原因分析

此次主要研究的是裝配過(guò)程中的問(wèn)題，因此文中不探討產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的缺陷，僅針對(duì)裝配過(guò)程中產(chǎn)生的幾種缺陷模式，進(jìn)行問(wèn)題的分析與解決。

(1)里程表齒輪凸臺(tái)折斷。根本原因是：在放置零件時(shí)，未能對(duì)準(zhǔn)凹槽。由于零件采用的是過(guò)盈配合，零件放置后凹槽與凸臺(tái)并未接觸，只能依賴(lài)肉眼識(shí)別。而零件在敲裝過(guò)程中凹槽與凸臺(tái)接觸時(shí)，設(shè)計(jì)上的過(guò)盈配合又導(dǎo)致零件無(wú)法在過(guò)程中調(diào)整角度。因而，只要前期零件沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)凹槽，必然會(huì)出現(xiàn)里程表齒輪凸臺(tái)損壞的情況。

(2)里程表齒輪沿軸向斷裂。根本原因是：在零件敲裝過(guò)程中，工裝與零件未能保持同軸心裝配。由于里程表齒輪零件用于敲裝的端面較小，使用工裝時(shí)無(wú)法觀(guān)察到敲裝過(guò)程中零件與工裝的同心情況，而同心裝配的要求由人工保證，因此就存在盲裝過(guò)程中無(wú)法提前發(fā)現(xiàn)零件未同心、敲裝時(shí)零件單側(cè)產(chǎn)生過(guò)大的軸向力導(dǎo)致里程表齒輪零件沿軸向斷裂等問(wèn)題。

(3)里程表齒輪沿徑向折斷。根本原因是：零件在敲裝過(guò)程中工裝未能保持水平。由于里程表齒輪與差速器總成采用過(guò)盈配合，零件在放置后待壓裝時(shí)并無(wú)固定措施，使用工裝敲裝時(shí)由操作工手工扶正，敲擊工裝時(shí)，也無(wú)法保證施力點(diǎn)在中心位置。因此操作人員只要稍有不慎，就會(huì)使零件傾斜裝配，導(dǎo)致零件承受徑向沖擊力，從而導(dǎo)致里程表齒輪零件沿徑向折斷。

4 工裝優(yōu)化并重新設(shè)計(jì)[3]

經(jīng)過(guò)上述裝配失效原因的分析后，即可開(kāi)展對(duì)目前裝配方式的優(yōu)化改良工作。

針對(duì)各類(lèi)失效原因進(jìn)行工裝的設(shè)計(jì)，顯然是最好的解決方法。

(1)里程表齒輪與差速器總成需要對(duì)齊凹槽。零件未裝配到位前依賴(lài)操作工目視保證零件凹槽對(duì)齊顯然不是一個(gè)可靠有效的方法。因此增加新的特征、在零件放置過(guò)程就能夠準(zhǔn)確對(duì)齊凹槽，是一個(gè)更為有效的手段。在研究零件設(shè)計(jì)的特征后發(fā)現(xiàn)，差速器行星軸與凹槽恰好保持水平，設(shè)計(jì)一個(gè)利用差速器孔作為中心定位、行星軸作為角度限制的工裝，就能夠?qū)崿F(xiàn)零件在裝配前提前完成凹槽的對(duì)齊工作。工裝實(shí)物如圖8所示。

圖8 工裝實(shí)物圖

工裝本身與差速器總成軸向定位，徑向利用U形槽與行星軸止轉(zhuǎn)定位。因此操作人員只需將工裝如圖9所示放置于差速器總成上即可。工裝與零件間隙配合，滿(mǎn)足工裝快速裝配的同時(shí)，創(chuàng)造出差速器總成上凹槽的延伸，用以里程表齒輪零件裝配到位前的精定位。至此零件裝配前需要對(duì)齊凹槽的問(wèn)題被攻克了。

(2)零件在裝配過(guò)程中需要同心裝配。同心裝配問(wèn)題用增加同心定位的方式即可解決。里程表齒輪零件在放置階段缺少定心的手段，因此在工裝設(shè)計(jì)時(shí)，增加了引導(dǎo)長(zhǎng)度，零件順著引導(dǎo)軸裝配，能方便快捷地達(dá)到中心定位的要求。零件放置在工裝上的狀態(tài)如圖10所示。

圖9 工裝放置完成圖

圖10 零件放置圖

(3)零件在裝配過(guò)程中需要保持水平裝配。水平裝配問(wèn)題用保證敲裝工裝只能水平上下運(yùn)動(dòng)即可解決。因此，在設(shè)計(jì)敲裝工裝時(shí)，可以利用過(guò)渡工裝提供的引導(dǎo)軸，在敲裝工裝上設(shè)計(jì)一個(gè)配合孔，采用間隙配合，即達(dá)到水平上下運(yùn)動(dòng)的目的。敲裝工裝如圖11所示，安裝過(guò)程示意圖如圖12所示。

圖11 敲裝工裝 圖12 安裝過(guò)程示意圖

至此，里程表齒輪安裝過(guò)程中的全部失效原因均被規(guī)避，操作工若使用此設(shè)計(jì)工裝進(jìn)行裝配工作，可以大幅度消除裝配過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題。

具體操作動(dòng)作如下：(1)將定心工裝放置在差速器總成上(工裝與零件中心軸定位，平面貼平，周向行星軸防轉(zhuǎn))；(2)將里程表齒輪沿定心工裝放入差速器總成上(零件與工裝中心軸定位，軸向凹槽防轉(zhuǎn)，僅留上下移動(dòng)的自由度)；(3)將敲裝工裝放置在定心工裝上敲裝零件到位(零件僅能在敲裝工裝的引導(dǎo)下上下移動(dòng))。操作流程圖如圖13所示。

圖13 操作流程圖

5 總結(jié)

產(chǎn)品的制造生產(chǎn)是企業(yè)得以維系的一個(gè)關(guān)鍵因素，一個(gè)良好的產(chǎn)品離不開(kāi)各個(gè)部門(mén)的支持與幫助。此次作者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)差速器里程表齒輪在裝配過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析與總結(jié)，并對(duì)工裝進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。使用改進(jìn)的工裝后，大幅度降低了對(duì)操作工的裝配技術(shù)要求，提升了零件的裝配合格率，極大程度地減少了報(bào)廢率，有效地解決了工廠(chǎng)生產(chǎn)上遇到的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn):

[1]劉強(qiáng),王勻.汽車(chē)裝配工藝規(guī)劃及相關(guān)技術(shù)的探討[J].黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,11(2):9-11.

LIU Q,WANG Y.An Approach to Automobile Assembly Process Plan and Relevant Technology[J].Journal of Heilongjiang University of Science and Technology,2001,11(2):9-11.

[2]蔡興旺,付曉光.汽車(chē)構(gòu)造與原理(下冊(cè))[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出社,2011:72.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.