汽车钢板弹簧悬架装配工艺研究

摘 要：悬架系统是汽车的重要组成部分，其性能对汽车行驶平顺性，操纵稳定性和安全性都有着重要的影响。悬架承受和传递载荷，工况复杂，正确的装配是悬架系统工作的前提。文章以商用车钢板弹簧悬架为对象，结合企业生产实践，探讨悬架装配工序划分、装配工装、装配工艺过程、装配质量管理等内容。

关键词：钢板弹簧悬架 装配工序 装配工装

汽车总装是汽车生产制造的最后工序，各组成零部件、总成经总装形成整车（底盘），对汽车性能质量的形成具有重要作用。悬架的装配是汽车总装的重要工序内容，对汽车行驶的平顺性等具有重要的影响。悬架按结构类型可分为独立悬架和非独立悬架，本文以某型载货汽车的钢板弹簧非独立悬架为例，研究总装企业与悬架相关的生产实践问题。

1 装配基础

悬架一般由弹性元件、减振器、导向机构等组成，弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧等类型。钢板弹簧总成与载货汽车的整体车桥相匹配，其作为非独立悬架的弹性元件兼起导向机构的作用，可以简化整个系统。

1.1 悬架装配工序划分

汽车的总装一般为大规模、批量生产，现阶段国内商用车总装配线的长度大多介入300-500米之间，同时上线车辆及装配工位数在一定范围内。而组成一辆汽车的零部件众多，据统计一辆中型载货汽车总装配的零部件、总成大约有500多种、2000多件[1]。为保证合适的总装工艺节拍，缩短对总装配线长度的要求，需要考虑各零部件、总成在总装配线上的上线方式，即应在工艺上划分好装配单元，将部分零部件、总成事先分装在一起，形成装配单元后，再在总装配线上上线装配，以缩减总装配的工序内容。

悬架是介于车架（或车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，钢板弹簧悬架与车架、车桥相连，其装配工序划分为分装与总装两步完成。通过在总装线外设置悬架的分装工位，将悬架系统与车桥形成合件，然后合件作为一个装配单元上总装线装配，这样可以减少上线装配的总成数量，加快生产工艺节拍，且通过专用工装及设备，能更好满足装配作业效率与保证工序质量的要求。

对于总装工序，商用车以车架作为总装配基础件，遵循先装配车架下翼面的部件，如传动轴、备胎等，以及车架内部的部件，如各种线束、制动阀类等，完成后车架翻转，装配幅面及上翼面的部件[2]。悬架合件的总装在车架处于倒扣的状态下装配，合件从上面落下来，完成总装后车架翻转，然后开展后续工序的总装。

1.2 悬架合件组成与装配连接关系

车桥悬架合件除钢板弹簧、车桥外，还包括U形螺栓、盖板、底板、六角特厚螺母等组成部件，通过U形螺栓、盖板、底板等将钢板弹簧与车桥紧固连接在一起，形成合件。

装配主要是定位及定位后的保持，在分装合件工序中，通过使车桥定位销套孔对准板簧中心螺栓定位销套并贴合来定位车桥与板簧；盖板、底板与中心螺栓轴线对齐定位；U形螺栓与盖板的凹槽配合，并依次穿过底板四个孔位而定位。

对合件总装工序，钢板弹簧的一端（一般为前端）为固定端卷耳，通过钢板弹簧销与铆接固定在车架上的固定端支架活动连接；后端卷耳通过钢板弹簧销、吊耳带衬套总成及吊耳销与吊耳端支架相连，后端可以自由摆动，适应弹簧变形时两卷耳之间距离的变化。相关的装配连接关系如图1所示。

2 悬架分装工序

同一种悬架可匹配不同的车型或车桥，悬架的钢板弹簧片数与厚度、中心距也具有不同的尺寸，为提高生产效率，这些不同的悬架种类通常安排在一个分装工位来完成。

2.1 分装基础件选择

无论是总成还是分总成的装配，都要选定某一零件或比它低一级的装配单元作为装配基础件，基础件在装配中首先进入装配。通常应选体积或质量较大，有足够支承面，能够保证装配时稳定性及相互位置关系的零件、总成作为装配基础件。在悬架与桥合件分装中，钢板弹簧与车桥均满足作为基础件的要求，综合对比装配顺序与操作的便捷性与安全性，一般选用钢板弹簧总成作为分装工序的基础件。

2.2 装配工装设计

在悬架分装工艺过程中，需要设计合适的工装来辅助零部件的定位存放，以提高作业效率、保证生产一致性及良好的操作空间。装配工装一般应具有定位与夹紧功能。

按相关工装设计理论，物体在空间坐标系中具有六个自由度，定位就是消除空间自由度的过程，通过工件定位基准面与定位元件的定位面接触与配合，使工件在工装夹具中占有正确的位置。钢板弹簧作为装配基础件，其首先进入装配，因此首先考虑钢板弹簧在工装上的定位。分析钢板弹簧总成的空间结构，其主片一端或两端有卷耳，卷耳表面为外圆柱面，外圆柱面常采用V形块为定位元件，V形块具有对中性好的特点，采用V形块能准确定位卷耳的中心。通过一端外圆柱面与V形块两边线接触，另一端同样采用V形块或平板定位（支撑），可限制五个自由度，余下的Y方向移动自由度通过调整两V形块的距离，满足桥的钢板弹簧中心距来实现限制，工装定位示意图如图2所示。

工装除定位外，还应具有夹紧功能，以消除装配过程中施加外力使合件移动、倾斜等，保证装配操作及安全。分析分装过程中的受力，主要是拧紧U形螺栓时施加的拧紧力矩。由于预装合件的整体质量较大，且采用合适的拧紧方法力矩可自我平衡，因此，产生移动的影响较小。主要需考虑的是预装合件中车桥总成放在钢板弹簧的上端，重心偏高，夹紧的作用是防止预装合件的倾覆。一般从V形块的侧面来夹紧预装的合件，V形块的一端侧面加固定的钢板支撑，另一端在气动元件的作用下移动，从钢板弹簧总成的侧面来夹紧，同时保证正确的钢板弹簧中心距。如果分装的车桥型号单一，工装也可简化，直接在V形块两侧加装固定钢板，限制预装合件倾斜的最大角度即可。

此外工装应具有合适的空间高度，与操作者的身高、作业习惯相适应，方便操作。可在工装下部设底板，以型材如槽钢等来支撑V形块，增加工装的整体稳定性。

2.3 分装工艺过程

下面以某车型后悬架合件分装为例，采用分装工装台，拧紧设备为电动拧紧机，其主要的分装工艺过程为：①检查各组件是否有质量缺陷。②取四件对应长度的U形螺栓，在其螺纹部分涂机油，与盖板分别放在分装台的支架内。③依次吊运副钢板弹簧总成、后钢板弹簧总成至分装台，装各附件，卷耳放在分装台的V形块上。④吊运后桥总成至分装台的板簧支承面上，使车桥定位销套孔对准板簧中心螺栓定位销套并贴合。⑤盖上底板，手动带上六角特厚螺母3～5扣。⑥设定力矩，启动电动拧紧机将六角特厚螺母渐次拧紧，合格指示灯点亮。⑦按100%检查扭矩、点漆，记录。⑧吊运合件至存放位置。

分装工序的主要质量要求是U形螺栓的拧紧力矩，应保证在标准要求内。涂机油减少螺纹副的摩擦阻力，保证预紧力；拧紧后的U形螺栓螺纹至少外露2-3扣，保证正确的螺纹连接。

3 悬架总装

分装合件定点存放，按需转运至总装配线旁，然后上线总装。

3.1 总装工序内容与质量要求

总装以车架为装配基础件，通过钢板弹簧销、吊耳销将悬架合件装配于车架钢板弹簧支架上，形成正确的定位连接。前后端用弹簧销定位螺栓锁紧，预防销自身的转动及与支架摩擦，磨损零件。

主要的装配质量要求为：装侧垫圈，调整U形螺栓与车架的间距，预防干涉；用导销定位后再装钢板弹簧销，预防钢板弹簧销损坏；装各滑脂嘴，加注黄油，形成良好的润滑。

3.2 悬架总装工艺过程

主要工艺过程如下：①检查固定端支架、吊耳端支架等有无损伤。②装吊耳带衬套总成，穿好吊耳销，用弹簧销定位螺栓将吊耳带衬套总成固定。③将悬架合件吊放至车架支架上，前后端放入相应支架内。④用撬杆将固定端支架孔对正，装好钢板弹簧销，用定位螺栓固定装好。⑤用撬杆将钢板弹簧后端孔与吊耳带衬套总成孔对正，装好钢板弹簧销，再用弹簧销定位螺栓将钢板弹簧后端固定。⑥用气动扳手及套筒将各螺母拧紧，并满足力矩要求。⑦装好滑脂嘴，加注润滑脂。⑧按三检制检查、标记，并做好记录。

4 悬架装配工序质量控制

汽车总装及其后续的调试工艺，对汽车的质量具有决定性的作用。汽车作为与安全相关的特殊产品，对质量、尤其是可靠性具有较高的要求，汽车生产制造企业一般应通过ISO/TS16949质量体系认证等。悬架的分装、总装是汽车总装的重要工序内容，研究从体系上保证其装配质量，具有重要意义。

4.1 工序的质量特性分级

为保证工序质量，满足相关质量体系的要求，汽车企业采用区分质量特性的方法来进行工序质量分级管理，按重点控制的原则，以确保关键（重要）的质量得到受控。

质量特性是由设计文件规定的产品固有技术特性的总和[3]，它包括产品的公差与配合、装配调整技术要求等内容。按不满足质量要求可能造成后果的严重程度，作为质量特性分级的依据，将质量特性分为关键特性、重要b1684a3106d06a053dc5ead7c8c63d080b62de4c47978f442687246e74989834特性和一般特性。关键特性与人身安全、强制性法规的符合性相关；重要特性与汽车的行驶功能、顾客的特别要求相关；其余的归为一般特性。形成关键（重要）质量特性的工序，称为关键（重要）工序。工艺、检验部门根据技术设计部门所确定的质量特性，在制造工艺上开始区分控制。

悬架分装工序中，需保证的工序质量是U形螺栓螺母的拧紧力矩，其数值对悬架工作过程承受冲击、振动，保证连接的可靠性与汽车的正常行驶等具有直接作用。通过施加拧紧力矩，在板簧与U形螺栓等之间产生预紧力而将各组成件夹紧在一起，由于U形螺栓承受并传递各向作用力和载荷，在汽车装载行驶中，预紧力是不断变化的。施加的拧紧力矩过大，作用在板簧与U形螺栓之间的预紧力偏大，当与预紧力同向的附加载荷超过一定数值时，U形螺栓会断裂；若拧紧力矩偏低，U形螺栓预紧力偏小引起板簧侧向窜动，对U形螺栓产生反复小能量冲击，形成附加弯矩[4]，导致汽车安全性差。因此，此分装工序拧紧力矩对汽车行驶性能具有重要的作用，且与安全等相关，不符合时U形螺栓将发生断裂失效引发严重的事故，按质量特性的分级标准，悬架分装拧紧力矩要求是关键质量特性，相应工序为关键工序。

4.2 工序质量控制方法

对于汽车总装工序中的关键、重要工序，汽车总装企业一般通过设置关键（重要）工序质量控制点的方式来进行工序质量控制，通过事先验证工艺能力，监控日常质量波动，使工序质量处于良好的控制状态。

一般在汽车悬架分装工位设置关键工序质量控制点，按5M1E的方法，分析影响质量的相关因素，从装配方法、装配工装、装配的工艺过程、装配的人员配备、质量检验与记录分析等方面来保证装配质量。技术、工艺、装备、生产车间、检验等职能部门按工艺职责划分履行相应的职责，来共同保证工序质量。

技术工艺部门应编制附三维操作附图的作业指导书、检验卡等工艺文件，其过程方法能保证拧紧力矩的控制要求，并负责对相关人员的培训；装备部门保证设备的工艺能力系数满足要求，并对设备进行维保，保证使用状态；生产部门保证人员的配备及接受培训，保证记录的完整性，对出现的质量异常及时上报，对不合格品做隔离处理；检验部门保证待装配件的质量，对成品做检验记录，分析质量的发展趋势，做好统计分析。

4.3 工艺能力保证

某车型悬架分装的U形螺栓拧紧力矩要求保证在320-400N·m范围内，通过设置关键工序质量控制点，选用合适的工具、设备来保证此力矩的要求。一般要求保证力矩的拧紧类工具可选用扭力扳手，对角渐次拧紧U形螺栓螺母，第一螺栓再复紧一次；采用此种方法作业效率不高，由于U形螺栓的四个螺母拧紧有先后，螺栓之间拧紧力矩有干扰[5]，力矩控制精度低，预紧力难以满足要求。现一般采用多轴U形螺栓电动拧紧机专用设备，力矩数值可设置，同步拧紧至最终力矩，误差精度可控制在3%-5%的范围内，作业效率高，且设备具有通信功能，能自动记录拧紧力矩数值，如有误操作能自动报警。配以一定频次的人工检验，确保工艺扭矩满足要求，保证关键质量特性。

5 结语

研究装配工艺对保证汽车的质量、性能具有同样重要的意义。本文以钢板弹簧非独立悬架装配为例，分析结构组成与装配连接关系，将装配工序划分为分装与总装。对分装工序，讨论了基础件选择与分装工装的设计，采用V形块来定位钢板弹簧总成。论述了分装、总装的一般工艺过程。对分装关键工序质量控制，采用设置质量控制点的方式来保证，选用U形螺栓拧紧机来控制拧紧力矩要求。本文对一般的装配工艺制定与装配质量管理具有参考意义，随着制造技术的发展，工艺水平会不断变化提高。

参考文献：

[1]战权理.汽车装试技术[M].北京：北京理工大学出版社，2012.

[2]章文忠.汽车装配、调试与检验[M].成都：西南交通大学出版社，2015.

[3]Q/DFLCJ1445—2011，东风商用车产品质量特性分级和标注[S].

[4]黄山，骆玉城.重载汽车用U型螺栓断裂失效分析[J].热处理技术与装备，2023，44（1）：35-39.

[5]王继伟.U形螺栓电动拧紧机[J].汽车工艺与材料，1992（08）：19-20.