轻型汽车驱动桥组装生产线综述

2012-07-25于刚陶发荀

汽车零部件 2012年2期

于刚，陶发荀

（1.辽宁曙光汽车集团股份有限公司，辽宁丹东 118001;2.北京泰诚信测控技术有限公司，北京 102206）

0 引言

汽车驱动桥［1］是汽车的关键部件，轻型汽车驱动桥系列化产品包括强支撑型轻型汽车驱动桥［2］、加强型支撑结构轻型汽车后驱动桥［3］、扭矩自控分配之轻型汽车驱动桥［4］、组合支撑结构轻型汽车整体式转向驱动桥［5］、高效差速控制之轻型汽车断开式转向驱动桥［6］等主要产品。轻型汽车驱动桥产品由差速器分总成、主减速器总成（按其结构分为整体式及分开式）关键部件;桥壳总成、左右半轴及制动器带制动鼓总成重要部件组装构成。为满足汽车工业对高品质的轻型汽车驱动桥产品需求量的持续增长，曙光汽车集团经过实施技术改造项目，将自主研制的多项计算机控制在线检测系统发明专利、机电一体化高效非标设备、快捷移工方式，优化集成构建了轻型汽车驱动桥组装生产线并获得发明专利证书。

1 产品结构

轻型汽车驱动桥产品构成［7］如图1所示。

2 组装生产线策划［8］

2.1 设计原则

差速器分总成组装线、主减速器总成组装线以U型闭环布置在前，即差速器分总成组装线下线端与主减速器总成组装线上线端衔接，为主、被动齿轮副中的主动齿轮、被动齿轮始终保持供货配对状态并在整个移工流程中得到可靠控制，从而确保在主减速器总成组装关键工序按照主、被动齿轮副最佳接触区啮合印迹配对组装:主减速器总成运转试验台居中布置;经直线布置的空中单轨自行环链葫芦输送系统，向一字型居后布置的轻型汽车驱动桥产品组装线实施空中移工，形成系列化产品共线生产模式。如图2所示，组装生产线结构紧凑、高效作业，移工顺畅、预防磕碰。

2.2 在线检测系统［9］

（1）为有效控制测量变差范围，保持检测精度的稳定性、连续性。将产品设计基准与工艺组装基准统一并确认标定值后，制作高精度标定块和基准部件;在线检测系统经标定后，建立起测量基准零位，在模拟产品组装工况下进行检测作业。

（2）在组装生产线配置的电控装置较多且电磁信号较强的环境中，为提高在线检测系统的可靠性，对硬件采用滤波、隔离电源;软件采用传感器信号的非线性校正等抗干扰技术;具备自诊断、保护、报警、储存、自动打印检测数据等功能及良好的人机界面、操作简捷等特点。

2.3 线体结构

（1）采用双层立体闭环式布置形式，三条组装线上层为组装通道，满足在线检测、自动压装、自动拧紧等作业要求;下层为随行托盘快速返回通道，纵梁及机架为模块化型材结构;线体两端各配置气动升降机一套;主减速器总成组装线在上下层通道各配置一套摆渡车，在输送随行托盘时将其旋转180°使夹具初始状态保持一致。

（2）应用非同步积放移工形式的自动输送机构，将承载夹具及工件的随行托盘设置于连续运行的3倍速差速链条上，经滚轮转动产生的摩擦力带动下前行至各个作业工位，由精定位及顶升机构使其脱离差速链条;通过气动阻挡器限位后可在相邻的二个作业工位间实现多个随行托盘积放移工，满足不同作业节拍要求。

2.4 夹具形式

夹具设置在随行托盘中，可将工件定位并夹紧，设有可旋转90°、180°、360°的手动调整机构，使夹具状态转换为不同作业工况。

2.5 共线生产

经过转换计算机控制单元储存的程序，换装在线测选系统的基准部件，更换夹具中的定位装置，即可实现迅速变换不同型号产品共线生产模式。

3 差速器分总成组装线

3.1 关键工序分析

如图3所示，因半轴齿轮3、行星齿轮10采用精密锻造工艺制造，齿形存在相应的周节误差。需测选合适的半轴齿轮左、右调整垫圈2进行补偿，使组装后的半轴行星齿轮副接触区啮合齿侧间隙最大值及最小值符合产品技术标准。

3.2 配置半轴齿轮调整垫圈测选系统［10］

（1）设计原则:应用模拟差速器分总成组装工况进行动态测量技术，获取半轴行星齿轮副运动状态下的相关数据值。先将差速器合件放置到检测工位中紧固，经左右水平移动装置，分别采集左右位移传感器的感应信号，先取得测量基准值Jz;再取得最小及最大累积周节误差状态下的最大位移值Wymax及最小位移值Wymin;由可编程序控制器先计算出半轴行星齿轮副接触区啮合齿侧间隙最大值Cxmax=Jz+Wymin与最小值Cxmin=Jz+Wymax;再计算出左调整垫圈值Lz=Cxmax－Cxmin、右调整垫圈值Ly=Cxmax－Cxmin后，经LCD窗口显示。由调整垫圈存放柜中的分组绿色指示灯引导，取出相对应的左、右调整垫圈进行组装。

（2）测选系统程序构成框图如图4所示。

（3）主要配置:检测工位、A/D转换器、可编程序控制器、操作系统、调整垫圈存放柜、机体。

（4）技术规范:齿侧间隙范围为0.05～0.20 mm;检测精度为±0.01 mm。

3.3 过程控制重点分析

因主、被动齿轮副必须配对组装，按工艺流程，被动齿轮7与差速器壳9合装（图3）;主动齿轮9与主减速器壳5合装（图5）。为避免因主、被动齿轮副分开移工而发生混装现象，在差速器分总成组装线的随行托盘上设有放置主、被动齿轮副的器具，保持供货配对状态移工至主减速器总成组装线。

4 主减速器总成组装线

4.1 关键工序1分析

如图5所示，整体式及分开式结构主减速器总成的产品设计特殊特性之一是主、被动齿轮副接触区啮合印迹。在产品组装过程，须采用增加或减少调整垫片8的方法，对因各零件轴向尺寸偏差而产生的主动齿轮安装距实际值与理论值的变量给予补偿，是保证获得最佳接触区啮合印迹的关键因素。

4.2 配置主减速器主动齿轮安装距调整垫片测选系统［11］

（1）设计原则:应用同步测量原理，为减少测量变差提高测量准确度，在模拟主减速器总成组装工况下测选调整垫片实际值。如图5所示，测选系统经标定后，在检测工位对外轴承4、内轴承11施加垂直方向载荷、低速旋转消除其轴向游隙后，采集主减速器壳5及内轴承11之间距尺寸数据，经A/D转换器与工业控制计算机进行串口通讯，依据检测工位先后采集的标定值Csb、检测值Cs;预先输入的主、被动齿轮副制造配对后的主动齿轮安装距偏差值Zp;自动计算得到主动齿轮安装距调整垫片值Ln=Cs－Csb+Zp，经 CRT窗口显示垫片值;由调整垫片存放柜中分组绿色指示灯引导取出相对应的垫片，在垫片值复检工位进行确认后进行组装。

（2）测选系统程序构成框图如图6所示。

（3）主要配置:

整体式结构主减速器形式:检测工位;垫片值复检工位;调整垫片存放柜;工业控制计算机;液压系统;电控柜;机体。

分开式结构主减速器形式［12］:悬挂式检测工位;固定式检测工位;垫片值复检工位;工业控制计算机;电控柜;调整垫片存放柜;液压系统。

（4）技术规范:零件间距尺寸测量精度为±0.007 mm;垫片值复检精度为±0.005 mm。

4.3 关键工序2分析

整体式及分开式结构主减速器总成的产品设计特殊特性之二是锁紧螺母拧紧力矩、主动齿轮轴承预紧力矩。有效控制锁紧螺母拧紧过程并建立轴承预紧力矩，是确保两种力矩同时符合产品技术标准的关键因素。

4.4 配置悬挂式锁紧螺母拧紧/主动齿轮轴承预紧力矩检测系统［13］

（1）设计原则:应用自控拧紧及动态检测方法，如图5所示，由工业控制计算机按程序发讯至锁紧螺母拧紧装置，先将锁紧螺母组件1拧紧至预设的拧紧力矩值下限后，采用角度控制拧紧模式进行分段精确拧紧作业，经波纹套16压缩产生轴向弹性变形应力并反作用于外轴承4、内轴承11使其建立预紧力矩;然后由轴承预紧力矩检测装置检测轴承预紧力矩由小增大变化过程，将采集的两种力矩值与预设的力矩值范围进行比对运算后，再发讯执行下一次拧紧、检测循环作业;当两种力矩值同时符合预设的力矩值范围时，CRT的锁紧螺母拧紧力矩值窗口、轴承预紧力矩值窗口显示合格（绿色）;否则显示不合格（红色），检测系统退出作业状态进入待机工况。

（2）防错功能:当工业控制计算机监测到锁紧螺母拧紧过程出现的力矩峰值超出预设的力矩范围最大值或最小值时，发讯停止拧紧作业并发出声、光报警后，经锁紧螺母拧紧装置将锁紧螺母与主动齿轮脱离。

若工业控制计算机监测到轴承预紧力矩值大于预设的力矩范围最大值时，发讯使离合器与力矩传感器脱离实施过载保护，停止检测作业并发出声、光报警。

（3）检测系统程序构成框图如图7所示。

（4）主要配置［14］:锁紧螺母拧紧装置;轴承预紧力矩检测装置;悬挂操作装置;工业控制计算机;电控柜。

（5）技术规范:力矩控制精度为3σ/x≤2%;角度控制精度为±1°;锁紧螺母拧紧力矩值为≤350 N·m;主动齿轮轴承预紧力矩值为≤2.5 N·m。

5 主减速器总成运转试验台［15］

（1）关键工序分析:依据产品技术标准，主减速器总成组装后，100%在加载匀速运转状态下进行噪声试验;并对主、被动齿轮副接触区啮合印迹进行比对评价。

（2）设计原则:应用自动控制技术，由工业控制计算机将各系统相关传感器采集到的信号转换后与设定的数据进行比对运算，经CRT窗口以直线、曲线图形分别显示转速、加载扭矩、噪声等数据，通过定量分析后评定噪声是否合格。

（3）主要配置:运转系统;磁粉加载系统;噪声测量系统;工业控制计算机;电气柜;工装;机体;隔声房。

（4）试验规范:转速为750 r/min;左右二端加载各为20 N·m;试验节拍为60 s;噪声测点位置按QC/T 533-1999《汽车驱动桥台架试验方法》执行。

6 空中单轨自行环链葫芦输送系统

（1）设计原则:应用空中上、下线移工方法。

由自行环链葫芦将主减速器总成从下线1工位移工至运转试验台2工位;空中移工上线3工位后返回。

由自行环链葫芦将下线的轻型汽车驱动桥产品移工至涂装线后返回。

（2）主要配置:三套自行环链葫芦;滑触式铝合金轨道;电控柜。

（3）技术规范:升降速度为5 m/min;移工速度为10 m/min。

7 轻型汽车驱动桥产品组装线［16］

7.1 关键工序1分析

如图8所示，因半轴油封14金属骨架较薄，与桥壳总成15油封孔为过盈配合。如采用简易工装组装方法，易出现因受力不均匀导致骨架变形，与油封孔出现间隙而发生准双曲面齿轮油渗漏的潜在失效模式。

7.2 配置悬挂式半轴油封液压机

（1）设计原则:应用以半轴油封骨架外径定位方法，将油封放入可调整压装深度的磁性定位装置后，吸附在桥壳总成左、右两端油封孔外端面，启动悬挂式液压机缓慢平稳推动定位装置，将油封准确压装到位。

（2）主要配置:悬挂装置;手持式液压机体;液压站;电控箱。

（3）技术规范:油缸工进油压为5 MPa;回程油压为3 MPa。

7.3 关键工序2分析

依据产品技术标准，轻型汽车驱动桥产品组装后，100%进行静态气密性测试。

7.4 配置气密测试仪［17］

（1）测试原理:应用充气直接测量方法，如图8所示，用O型密封圈将通气塞座4与测试仪输出端的快换密封接头联接后充气，测试仪利用压差传感器来测量层流管两端的压差对产品的泄漏量进行评定，绿色灯亮显示合格，红色灯亮显示不合格。

（2）测试规范:测试气体压力为20 kPa;保压测试时间为30 s;泄漏量为≤500 mL。

7.5 过程控制重点分析

依据产品技术标准，轻型汽车驱动桥产品组装完毕经检验合格后，100%进行可追溯性标识。

7.6 配置气动标识机

（1）标识区域:桥壳总成正上方外表面。

（2）标识内容:供应商代码;产品生产序号;产品总成图号。

（3）技术规范:字码采用仿宋体;高度为3.5～5 mm;打刻深度不小于0.5 mm;清晰可见。

8 结束语

轻型汽车驱动桥产品制造核心技术是组装工艺。曙光汽车集团成功完成技术改造项目（国债项目）后，实现了应用轻型汽车驱动桥组装生产线发明专利，优质高效制造轻型汽车驱动桥系列化实用新型专利产品的目标。包含半浮式支撑结构汽车驱动桥总成［18］在内的曙光牌汽车车桥总成，荣获中国名牌产品证书。集团核心竞争力得以持续提升，为2010年开创销售收入超百亿的里程碑发挥了重要作用。

【1】于刚，张冯军，沈承伟，等.建立轴承预紧的主减速器总成之汽车驱动桥总成:中国，ZL200720014499.7［P］.2008－08－06.

【2】于刚，高飞.强支撑型轻型汽车驱动桥总成:中国，ZL200820014649.9［P］.2009－06－10.

【3】于刚，张冯军.加强型支撑结构轻型汽车后驱动桥总成:中国，ZL200820011955.7［P］.2009 －04 －29.

【4】于刚，高飞.扭矩自控分配之轻型汽车驱动桥总成:中国，ZL200820011954.2［P］.2009 －01 －07.

【5】于刚，高飞.组合支撑结构轻型汽车整体式转向驱动桥总成:中国，ZL200820011956.1［P］.2009－04－29.

【6】于刚，高飞.高效差速控制之轻型汽车断开式转向驱动桥总成:中国，ZL200820014648.4［P］.2009－06－10.

【7】于刚，张冯军.轻型汽车双轮速检测驱动桥总成:中国，ZL200820011953.8［P］.2009 －04 －29.

【8】于刚，高飞.轻型汽车驱动桥总成组装生产线:中国，ZL200810011303.8［P］.2010 －06 －02.

【9】于刚，陶发荀，陶勇.插管式主减速器总成主动齿轮安装距调整垫片在线测选系统［J］.汽车零部件，2009（2）:63－65.

【10】于刚，高飞.驱动桥总成之通用半轴齿轮调整垫圈测选系统及测选方法:中国，ZL200810228650.6［P］.2010 －02 －17.

【11】于刚.基于同步测量的主动齿轮安装距调整垫圈在线测选系统［J］.计量技术，2009（3）:39－43.

【12】于刚，张冯军.分开式主减速器总成之主动齿轮安装距调整垫片测选系统及方法:中国，ZL200810228651.0［P］.2010－02 －17.