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本文作者：梅世保作者單位：神龍汽車有限公司

1概述

轎車合裝是指車身與底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配。在規(guī)模生產(chǎn)模式下，轎車合裝在流水生產(chǎn)線上完成。目前，國(guó)內(nèi)外主要汽車企業(yè)的同一流水生產(chǎn)線基本只能完成同一系列車型的合裝。在新車型頻繁推出的今天，這種單一系列車型的合裝模式顯然不適應(yīng)企業(yè)的良態(tài)經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。在該背景下，柔性化合裝模式越來越受到企業(yè)的重視，各種制約著柔性化合裝模式的裝備技術(shù)的創(chuàng)新將勢(shì)在必行。

2柔性化合裝模式的功能要求

柔性化合裝模式是指在同一生產(chǎn)流水線上完成不同系列車型的車身與底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)的隨機(jī)混流裝配模式。因車型差異變化大，該模式生產(chǎn)線需滿足以下功能要求。a.不同軸距車型的合裝。b.不同動(dòng)力配置車型的合裝。c.不同底盤結(jié)構(gòu)車型的合裝。d.生產(chǎn)節(jié)拍98s。e.生產(chǎn)操作方便，安全可靠。

3柔性化合裝關(guān)鍵技術(shù)的方案設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)柔性化合裝模式功能要求，其核心問題是必須設(shè)計(jì)開發(fā)出實(shí)時(shí)可變的合裝工藝裝備，該裝備通常稱為柔性化合裝托盤。經(jīng)過對(duì)合裝線輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)及各系列車型的差異性進(jìn)行研究與分析，柔性化合裝托盤的設(shè)計(jì)必須要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題。a.地面上底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)輸送系統(tǒng)和空中車身輸送系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的輸送系統(tǒng)，在動(dòng)力總成與車身合裝時(shí)，因系統(tǒng)誤差大，裝配困難。b.實(shí)現(xiàn)多系列車型的動(dòng)力總成與車身的定位。c.實(shí)現(xiàn)不同軸距系列車型的后橋與車身的定位。d.人機(jī)工程技術(shù)因素。

3.1多系列車型動(dòng)力總成共線柔性化裝配快速定位技術(shù)方案

設(shè)計(jì)半正弦機(jī)構(gòu)及分體導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)滿足動(dòng)力總成的X向位置變化要求。設(shè)計(jì)快換定位模塊及浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)滿足多系列車型的動(dòng)力總成與車身共線柔性化裝配定位要求。

（1）動(dòng)力總成模塊化定位技術(shù)及其設(shè)計(jì)原理

動(dòng)力總成模塊化定位技術(shù)，是指將發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器的定位裝置分別設(shè)計(jì)成可迅速更換的定位模塊，不同發(fā)動(dòng)機(jī)模塊與不同變速器模塊可實(shí)現(xiàn)不同的定位組合，以實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)力總成與不同車身的共線柔性化裝配的技術(shù)。采用集成化設(shè)計(jì)原理，將一種部件的定位功能集中在一個(gè)模塊單元上。用一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的定位，一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)變速器的定位。用2個(gè)模塊即可實(shí)現(xiàn)一種車型動(dòng)力總成的準(zhǔn)確定位。通過對(duì)17種系列車型動(dòng)力配置的研究及分析，確定12種發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、13種變速器模塊即可滿足其裝配定位要求。為了便于快速更換模塊，實(shí)現(xiàn)不同車型動(dòng)力總成的定位要求，模塊在浮動(dòng)底板上的定位方式設(shè)計(jì)成兩銷一面式。模塊上設(shè)計(jì)為定位孔，浮動(dòng)底板上設(shè)計(jì)為有導(dǎo)向功能的模塊用定位銷（圖1），以滿足模塊更換時(shí)間的要求。經(jīng)試驗(yàn)，模塊采用聚氨酯合成材料澆鑄成形，其強(qiáng)度、韌性及硬度（邵氏95度）充分滿足動(dòng)力總成的定位及防碰傷要求，而且其質(zhì)量輕，便于快速更換模塊。

（2）浮動(dòng)裝配技術(shù)及其設(shè)計(jì)原理

浮動(dòng)裝配技術(shù)是指在產(chǎn)品裝配過程中，使較重的部件處于浮動(dòng)狀態(tài)，在較小的外力作用下，使該部件與另一裝配部件能迅速地尋到良好的裝配位置關(guān)系。浮動(dòng)裝配技術(shù)適于尺寸鏈長(zhǎng)、系統(tǒng)誤差大的產(chǎn)品部件裝配，尤其適用于空中與地面輸送定位系統(tǒng)的車身與動(dòng)力總成的合裝。浮動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)原理：帶模塊定位銷的浮動(dòng)底板，支撐在X向移動(dòng)底板上均勻布置的6個(gè)平面萬(wàn)向滾動(dòng)球軸承上，在XY平面內(nèi)能靈活移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。在兩個(gè)浮動(dòng)限位銷與限位孔的作用下，浮動(dòng)底板的移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)被限制在Φ10mm的范圍內(nèi)（圖2），以滿足動(dòng)力總成與車身合裝時(shí)的連接點(diǎn)浮動(dòng)對(duì)位安裝要求。

（3）快速定位方案

圖3左側(cè)模型為雪鐵龍品牌系列車型的動(dòng)力總成合裝位置圖，此時(shí)半正弦機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài)。通過更換發(fā)動(dòng)機(jī)模塊和變速器模塊，在浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，能快速實(shí)現(xiàn)雪鐵龍系列車型動(dòng)力總成共線柔性化浮動(dòng)對(duì)位的合裝要求。圖3右側(cè)模型為標(biāo)致品牌系列車型的動(dòng)力總成合裝位置，在左圖位置狀態(tài)下，半正弦機(jī)構(gòu)操作手柄，以逆時(shí)針方向繞回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°，在分體式導(dǎo)軌副的作用下，X向移動(dòng)底板向后移動(dòng)112mm。安裝在X向移動(dòng)底板上的浮動(dòng)底板也移動(dòng)112mm，進(jìn)入標(biāo)致品牌系列車型動(dòng)力總成合裝位置，此時(shí)半正弦機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài)。通過更換發(fā)動(dòng)機(jī)模塊和變速器模塊，在浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，能快速實(shí)現(xiàn)標(biāo)致系列車型動(dòng)力總成共線柔性化浮動(dòng)對(duì)位的合裝要求。

（4）半正弦機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其技術(shù)方案

a.半正弦機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理。由半正弦機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)原理圖（圖4）可推導(dǎo)出活動(dòng)導(dǎo)軌上m點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程：x=rsinθ+b(-π/2≤θ≤π/2)（1）該正弦函數(shù)圖形如圖5。將半正弦機(jī)構(gòu)曲柄半徑r設(shè)計(jì)為56mm，當(dāng)θ=±π/2時(shí)，滑塊行程為112mm，滿足兩大品牌系列車型的動(dòng)力總成X向的位置變化要求。若以勻角速度ω操縱擺動(dòng)桿，則m點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為：x=rsinωt+bm點(diǎn)的速度v為：=dx/dt=rωcosωtm點(diǎn)的加速度a為：a=dv/dta=-rω2sinωt（2）m點(diǎn)的速度v和加速度a的函數(shù)曲線如圖6。從圖6看出，當(dāng)θ=±π/2時(shí)，滑塊速度為零，但加速度最大，需要作用在手柄上的力也最大，滑塊處于自鎖狀態(tài)。增加拉簧，使滑塊自鎖狀態(tài)更加可靠。b.半正弦機(jī)構(gòu)技術(shù)方案（圖7）。操作手柄，使搖臂繞旋轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)180°，固定在搖臂上的曲柄也繞旋轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)180°，同時(shí)帶動(dòng)安裝在滑塊上的連接板在X向移動(dòng)2r距離。

3.2適應(yīng)不同軸距車型的可快速移動(dòng)自定位平臺(tái)技術(shù)方案

設(shè)計(jì)分體式導(dǎo)軌與偏心輪式半自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)等部件，組成適應(yīng)不同軸距車型的可快速移動(dòng)自定位的平臺(tái)系統(tǒng)（圖8），保證4種軸距車型的后橋及油箱與車身共線柔性化合裝的位置變化要求。在該平臺(tái)的活動(dòng)底板上，設(shè)計(jì)布置多功能組合定位機(jī)構(gòu)，組成不同后橋與油箱的快速轉(zhuǎn)換定位系統(tǒng)（圖9）。通過變形組合，保證17種系列車型5種后橋及油箱與車身的快速、準(zhǔn)確定位，滿足其共線柔性化合裝要求。

（1）分體式導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)原理及功能

為了滿足17種系列4種軸距車型的后橋及油箱與車身共線柔性化裝配功能要求，考慮到人工操作換位及設(shè)備系統(tǒng)剛性差等因素，經(jīng)過底板載荷受力及導(dǎo)向功能分析，將導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分體式（圖10）。上、下導(dǎo)軌僅起側(cè)向?qū)蜃饔?，而不承受載荷的壓力，導(dǎo)軌滑動(dòng)面間的摩擦阻力幾乎為零。平面承載軌由一定數(shù)量、均勻布置在固定底板上的駐點(diǎn)萬(wàn)向滾動(dòng)球軸承和活動(dòng)底板下平面組成，其功能是承擔(dān)100%的重力載荷。該承載軌運(yùn)動(dòng)副間的運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)，其滾動(dòng)摩擦阻力小，保證了活動(dòng)底板在人工作用下的靈活移動(dòng)。分體式導(dǎo)軌的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)新穎；移動(dòng)摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)靈活；活動(dòng)底板承載力大，受力均勻；導(dǎo)向精度及使用壽命高，運(yùn)行可靠；具有安裝精度自補(bǔ)償功能，尤其適宜于剛性差的裝備安裝系統(tǒng)；制造成本低，安裝、使用維護(hù)方便。

（2）偏心輪式半自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)原理及功能

a.偏心輪式半自動(dòng)定位技術(shù)方案（圖11）

在圖11c中，連接在固定底板上的下導(dǎo)軌上有4個(gè)軸距定位孔，用于4種軸距系列車型的后橋及油箱的位置定位。連接在活動(dòng)底板上的軸距定位銷在彈簧壓力的作用下進(jìn)入軸距定位孔中，使活動(dòng)平臺(tái)處于某種軸距車型的位置狀態(tài)。右手操作固定在偏心輪上的手柄繞回轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，在偏心輪的作用下，軸距定位銷彈簧力退出軸距定位孔（圖11b）。此時(shí)，左手快速移動(dòng)活動(dòng)底板至需要裝配的軸距系列車型的位置（如圖8中的車型軸距位置標(biāo)識(shí)），松開偏心輪操作手柄，軸距定位銷在彈簧壓力的作用下自動(dòng)進(jìn)入軸距定位孔中，此時(shí)活動(dòng)平臺(tái)處于另一種軸距系列車型的位置狀態(tài)。

b.偏心輪式半自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

由圖11a可推導(dǎo)出定位銷（或偏心輪回轉(zhuǎn)孔中心）上M點(diǎn)軌跡的運(yùn)動(dòng)方程為：S=r（1-cosωt）（3）其中，回轉(zhuǎn)軸中心至偏心輪中心之間的距離r=10mm，0°≤θ≤90°。當(dāng)θ=0°時(shí)，定位銷的行程S=0。當(dāng)θ=45°時(shí)，定位銷的行程S≈3mm，如圖11a。當(dāng)θ=90°時(shí)，定位銷的行程S=10mm，此時(shí)定位銷退出定位孔之外4mm，如圖11b。在分體導(dǎo)軌的作用下，僅需很小的作用力即可移動(dòng)活動(dòng)底板，到達(dá)需要的軸距指示位置（如圖8中的車型軸距位置標(biāo)識(shí)）后松開手柄，在彈簧的作用力下定位銷自動(dòng)進(jìn)入定位孔中（如圖11c）。