轿车油底壳放油螺栓组件自动装配设备的研究

宋延玉

摘要：油底壳是轿车发动机的必备部件。因为车企的上市车型多采用同款发动机平台开发，所以油底壳的产量非常大。传统的油底壳冲压件与放油螺栓组件装配多采用人工装配，人员手工使用扭力扳手装配一个螺栓，长期作业容易造成手腕疲劳，且生产效率较慢。同时，螺栓装配有严格的扭矩要求，必须依靠定扭扳手作业。作业手法不规范，容易造成品质不良。本文简述企业为实现减员增效，降低生产成本，自主研发了放油螺栓自动装配设备，以代替人工作业，实现多款油底壳系列产品的柔性化生产。

关键词：油底壳;放油螺栓;伺服;扭矩;自动装配

引言

油箱是发动机润滑系统的一部分，曲轴箱关闭在底座上，用作储油罐的外罩。从发动机所有内表面和二次表面收集润滑油，为避免油池设计中润滑油的氧化，应满足油容量、密封性能、倾斜油泵吸油等要求。还应注意体积小、重量轻、结构简单，同时满足整个车辆的设计要求。

1油底壳结构设计简介

根据全车范围条件、油底壳出油量和某型国产汽车发动机安装点位置，本文设计了一个轻型低成本油底壳，具体结构如图1所示，主要包括：壳体1、密封圈信封1包括一个深槽区域和一个浅槽区域，其底面由倾斜曲面连接，深槽区域的安装曲面和浅槽区域的安装曲面位于同一平面上，安装曲面与地面相对。深槽区一侧设有补油孔，补油孔安装了机油加热装置。壳体1的安装面设有密封件槽，I型橡胶密封件装入密封件槽中，以保证机油壳体的密封性。16个通孔布置在密封槽外部，8个在长边均匀分布，3个在短边均匀分布。金属镶件3固定在每个贯通孔中，金属镶件3通过强制配合的冷镶件工艺固定。加强筋布置在附件1的外表面上。相邻肋[5-6]的中心距离为8mm，厚度为2mm，分布平行。盘柜1采用玻璃纤维增强PA66注射成型，结构简单，制造成本低、成型方便、重量轻。用橡胶密封圈代替普通纸密封垫圈，用橡胶软管保证壳体与缸体之间的空气密封，由于橡胶耐磨性好，橡胶密封垫圈拆卸后可以回收肋的设计确保了外壳的抗冲击性和高强度。

2工作原理

操作人员站在装配区内，首先安装工件，手动瞄准油底壳螺母孔（1～2塔）上的油螺栓装配，启动设备，用紧固头拧紧工件，旋转盘将工件转移到作业区。伺服和电气控制螺栓枪沿轨道平移（不旋转），执行分段旋转部件，并瞄准初始快速旋转。当螺栓接近夹紧区域时，旋转速度减慢。达到所需的扭矩时，伺服系统会侦测到并自动传回扭矩的值。此时，螺杆枪沿导轨进行平移（无旋转），转盘将零件返回装配区域，松开紧固头，操作人员取出零件并完成一个循环。双面转盘可在设备对准螺栓时同时装配操作员，从而提高工作效率。

3轿车油底壳放油螺栓组件自动装配设备

3.1设计思路

油底壳的设计应参照发动机内外的具体结构，根据发动机润滑需求和维修里程，在设计油底壳的具体结构时确定整体油底壳需求，应避免大脑混合油和吸油孔吸入空气，同时确保外观尽可能紧凑合理。影响油底壳设计的重要因素有：（1）发动机油量需求。某些型号发动机的位移为2.0L，维修里程为5000公里，一般需要3-4油，因此可以确定下部发动机壳体的体积。（2）发动机倾斜角度。在设计油底壳结构时，液位位置应考虑发动机布置的倾斜角度。（3）发动机地面及周边的最小高度。油池安装法兰表面形状决定容积的底面，发动机的最小高度决定油池的最大高度，两者的乘积为油池的最大体积。（4）曲柄连杆运动位置。在设计下发动机壳体油液液位高度时，应避免超过曲柄連杆机构的最低点。

3.2于制造工艺的铺层结构调整

优化涂布层结构后，为了实现CFRP油底层的低成本大规模生产，CFRP纤维的变形、偏差和弯曲问题必须在复盖层之前解决，从而缩短生产周期，提高产量。因此，经过三步优化后，为了确保CFRP油底层实际制造的可行性，fibrim程序允许使用fibrim软件分析和调整CFRP油底层制造过程的仿真：在较低区域增加涂层以提高强度适当降低局部涂膜厚度较大区域的涂膜层厚度以降低CFRP油底层质量，参考图9说明了CFRP油底层-45层（自动生成的涂膜层）的结构调整过程检查CFRP油底层的所有层，进行结构调整。仿真验证后，CFRP油底壳调整涂层层结构后的涂层效果良好，尽管其质量从0.388kg提高到0.420kg，但对力学性能的影响较小。

3.3油封板设计

在车辆行驶过程中，由于车辆转弯、下降或加速，油容易产生地震形成的不稳定的液面油，既影响大脑的运动，又不利于润滑系统吸收油。添加油堵板可以很好地控制液面振动，此外油堵板可以连接螺栓成型的铝质油底壳，也可以提高整体强度，对减振效果有积极影响。油封板采用厚度为1.2mm的冲压钢板材料，油封板位于油封中间。板上有各种开口，便于发动机曲轴箱的油滴进油底壳。同时也不妨碍集油过滤器和油尺的安装加强筋布置在油封板的平面部分，以提高强度增强模式。

3.4尺寸优化

自由尺寸优化有助于更好地确定CFRP油底层的材料分布，但在实际制造过程中，铺设边框的厚度受制造过程的限制，并影响CFRP油底层的机械特性。因此，采用尺寸优化分析CFRP油底层性能与涂料层厚度之间的关系，以简单涂料层厚度为设计变量，优化涂料质量、材料性能等。，以确定铺装层边界的最佳厚度。尺寸优化是一个详细的设计阶段，对于确定优化目标和约束尤为重要。本文选择的优化目标是CFRP油底壳质量最低，约束主要基于性能约束，辅以制造约束：CFRP油底壳性能约束由力、稳定性和模态频率约束补充，通常基于静态分析结果.

3.5功能和结构设计

（1）设备想要满足多种系列产品的生产，需要切换对应的夹具。旋转盘设计了共用的垫板和快速定位装置，可缩短夹具安装时间。（2）作业员将油底壳冲压件安装到夹具上，预拧螺栓，按下启动开关。正常情况下，夹头会翻下压紧工件。如遇到油底壳冲压件相似件错误混入，作业员忘记预拧放油螺栓组件或油底壳冲压件未放到位等异常情况，夹具上的感应器会触发异常信号，此时夹头不会翻下，设备启动声光报警，呼叫管理人员。（3）为保证未来产品生产的可拓展性，伺服电控螺栓枪的枪头除可安装现有M12螺栓拧紧接口外，还可切换M10和M16螺栓拧紧接口[5]。（4）为提高每次旋转的重复精度，旋转盘的驱动器选用了国内知名的分割器品牌。旋转盘到位后，设计浮动定位销，运用电控和机械双重方式，确保重复定位精度不大于0.5°。（5）因工件旋转轨迹与螺栓枪装配位置干涉，螺栓枪需要依靠直线轨道做往复移动。为提高螺栓枪每次平移的重复精度，选用HIWIN品牌直线导轨，并设计了防尘罩。（6）为确保扭矩100%符合产品要求，同时不伤害螺纹。

结束语

发动机油底壳属于薄壁壳体结构，不仅要满足车辆日常使用需要，而且对噪音影响很大。油底壳的设计和优化对消除噪声具有重要意义。根据某型发动机的设计和输入，设计了全铝材料的油底壳，底部油底壳为实体模型，模拟了八向以下油底壳液面倾斜情况，以满足恶劣条件下的油底壳吸油要求。通过仿真计算分析，油底壳模式处于较高水平。底部振动低点通过优化设计得到了很好的改善，而油封板的增大对液位稳定和上升模式起到了一定的作用。设计和优化的下油底壳完全符合发动机的使用要求。

参考文献

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[5]张月，杨丽卉，黄文长，陈然，胡赞，刘傲帆.油底壳渗油原因分析及问题改善[J].金属热处理，2019，44（S1）：198-201.