李懷習(xí)，麥承賢，黃祖思，梁甲

1.柳州孔輝汽車科技有限公司 廣西柳州 545005 2.柳州上汽汽車變速器有限公司柳東分公司 廣西柳州 545005

在前驅(qū)汽車變速器中，冠輪是連接在差速器上與中間齒輪之間的重要傳動(dòng)部件，主要起降速增扭的作用［1］。冠輪與差速器的裝配直接影響到變速器內(nèi)部的清潔度，以及冠輪與中間軸齒輪的嚙合情況；同時(shí)，對(duì)齒輪的NVH性能也會(huì)有影響，影響駕駛員的駕駛體驗(yàn)與乘客的乘坐感受。

現(xiàn)有某變速器差速器裝配線的裝配工藝存在以下問(wèn)題。

1）在冠輪壓裝過(guò)程中，卡爪夾持冠輪工件隨壓柱下移，冠輪掉落。

2）冠輪壓到位后，壓頭上抬時(shí)，卡爪將冠輪帶出，或?qū)⒉钏倨髋c冠輪一起帶出。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程

現(xiàn)有某產(chǎn)品的差速器，差速器殼體與冠輪的設(shè)計(jì)配合為偏過(guò)盈的過(guò)渡配合，即差速器殼體與冠輪的配合會(huì)存在間隙配合的情況。同時(shí)，卡爪與冠輪不是硬性連接，為避免零件被帶出或者零件掉落的問(wèn)題，卡爪力需要滿足一定的要求。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，冠輪壓裝的系統(tǒng)主要由基座、彈簧、卡爪、卡爪安裝座、彈簧調(diào)節(jié)螺桿鎖緊螺母、彈簧調(diào)節(jié)螺桿、限位螺釘、卡爪軸、壓頭、冠輪及差速器殼體組成。

圖1 工位結(jié)構(gòu)示意

以基座作為依托，卡爪安裝座通過(guò)螺栓連接安裝在基座下方，卡爪通過(guò)卡爪軸安裝在卡爪安裝座內(nèi)，形成一個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)。彈簧調(diào)節(jié)螺桿、限位螺釘也安裝在卡爪安裝座內(nèi)，并在螺桿上裝上彈簧，為卡爪提供了一個(gè)反向的抓取力，限位螺釘對(duì)卡爪的張開(kāi)起到了一個(gè)限位的作用，這些部件形成了一組卡爪機(jī)構(gòu)。在基座下方一共分布著3組卡爪機(jī)構(gòu)，將冠輪放置上去時(shí)，將冠輪抓住。差速器殼體放置在托盤上，位于冠輪的正下方。

2.工作原理

冠輪放置在基座下方，向上推壓，卡爪張開(kāi)放置限位面后，因彈簧力的作用將冠輪卡在工裝上，同時(shí)控制設(shè)備下壓，將冠輪壓到差速器殼體上，保壓時(shí)間過(guò)后，壓頭與基座向上撤回，這時(shí)冠輪與差速器已經(jīng)結(jié)合，將冠輪松開(kāi)。

3.裝配工藝過(guò)程

冠輪安裝的裝配工藝流程如圖2所示，按照該工藝流程，現(xiàn)場(chǎng)反饋：在第2步出現(xiàn)過(guò)冠輪掉落的情況，且多次放置后，仍然掉落；在第4步出現(xiàn)過(guò)差速器及冠輪被帶出的問(wèn)題。兩者均需返工調(diào)整，嚴(yán)重影響產(chǎn)線的節(jié)拍［2］。

圖2 冠輪產(chǎn)線工藝流程

卡爪力分析過(guò)程

1.卡爪彈簧夾持力要求計(jì)算

卡爪受力狀態(tài)如圖3所示。

圖3 卡爪受力示意

為防止冠輪掉落，應(yīng)有彈簧力矩大于冠輪質(zhì)量的重力矩，即

為防止冠輪掉落，應(yīng)有彈簧力矩小于冠輪與差殼質(zhì)量和的重力矩，即

式中Fk——彈簧力（N）；

Fg1——冠輪傳遞的重力（N）；

Fg2——冠輪加差速器傳遞的重力（N）；

X1——彈簧力的力臂長(zhǎng)度（mm）；

X2——零件重力的力臂長(zhǎng)度（mm）。

根據(jù)產(chǎn)品要求及實(shí)際測(cè)量尺寸：Fg1冠輪傳遞的重力約為21.6N，F(xiàn)g2冠輪和差速器傳遞的重力約為62.5N，彈簧力的力臂長(zhǎng)度X1為23.5mm，零件重力的力臂長(zhǎng)度X2為13.4mm。代入式（2）、式（3）計(jì)算可得彈簧力：4.115N＜Fk＜11.879N。

2.卡爪彈簧夾持力實(shí)際測(cè)量計(jì)算

卡爪位移關(guān)系如圖4所示。無(wú)工件狀態(tài)下，在卡爪上施力F，產(chǎn)生位移S，計(jì)算相應(yīng)彈簧力Fk，S0為卡爪調(diào)定原始位置，計(jì)算當(dāng)卡爪恰好能讓工件通過(guò)時(shí)位置Sa的彈簧力Fka。

圖4 卡爪位移關(guān)系示意

1）卡爪對(duì)應(yīng)的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計(jì)算?？ㄗ堥_(kāi)S時(shí)，卡爪夾持力與對(duì)應(yīng)彈簧力的關(guān)系為

卡爪張開(kāi)S時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系，有卡爪位移與對(duì)應(yīng)彈簧壓縮量關(guān)系，即

卡爪對(duì)應(yīng)彈簧的彈簧剛度k的計(jì)算：

式中X3——測(cè)量點(diǎn)的力臂長(zhǎng)度（mm）；

Sk——彈簧壓縮量（mm）；

ΔFk——彈簧力之差（N）；

ΔSk——彈簧壓縮量之差（mm）。

由于設(shè)備空間條件有限，3組卡爪只測(cè)量了2組卡爪的推力以及位移，每組測(cè)6個(gè)數(shù)值，取平均值，得卡爪推力、卡爪位移測(cè)量值見(jiàn)表1。

表1 卡爪推力、卡爪位移測(cè)量值

將表1中的測(cè)量數(shù)值帶人式（3）、式（4）、式（5）中，可得表2 中的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計(jì)算值。

表2 彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計(jì)算值

2）工件剛通過(guò)卡爪時(shí)的彈簧力。根據(jù)圖樣，測(cè)量可得卡爪恰好能讓工件通過(guò)時(shí)的彈簧壓縮量Ska=1.175mm，將Ska、Fk2、Sk2、k帶入式（5）有：Fka1=10.38N、Fka2=10.07N。

通過(guò)以上驗(yàn)證計(jì)算可知正常工作狀態(tài)下，現(xiàn)有調(diào)節(jié)好的卡爪彈簧力Fk滿足在4.11～11.87 N的理論要求。

3.卡爪彈簧夾持力實(shí)際測(cè)量計(jì)算

冠輪與差速器殼壓裝后結(jié)合力Fj要求：結(jié)合力Fj大于差殼的重力，即

結(jié)合力Fj對(duì)卡爪產(chǎn)生的推力力矩大于彈簧力矩，即

根據(jù)前面測(cè)量計(jì)算及差速器的重量4.17kg，帶入式（6）、式（7）有：Fgc=40.85 N；Fk2X1=214.46 N.mm；綜合得：Fj＞48.8502 N。理論上，當(dāng)結(jié)合力大于48.85N時(shí)，冠輪不會(huì)被帶起來(lái)。

優(yōu)化策略

保持現(xiàn)有工裝不作改動(dòng)，定期對(duì)夾具檢修、更換，規(guī)范卡爪力值的更合理調(diào)整范圍。當(dāng)彈簧力衰減到產(chǎn)線零件夾持不住時(shí)，需要調(diào)節(jié)卡爪力；當(dāng)出現(xiàn)間隙過(guò)大被帶出時(shí)，手動(dòng)放置冠輪，手打螺栓。制作卡爪備件，當(dāng)卡爪磨損到一定程度時(shí)，更換卡爪，按規(guī)范調(diào)節(jié)卡爪力。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算相結(jié)合，分析冠輪在各個(gè)壓裝狀態(tài)下，卡爪抓取力使用的邊界條件，為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及產(chǎn)線效率提高提供了理論依據(jù)。同時(shí)，這種方法為裝配變速器冠輪時(shí)，抓取失效問(wèn)題分析提供了一個(gè)思路，提高了解決此類問(wèn)題的工作效率。