夾具翻轉機構

石猛 梅新朋

摘 要：本文主要通過CAD模擬和幾何計算的方式分析夾具設計過程中翻轉定位銷與板件干涉的原因，指導，規范夾具設計過程。

關鍵詞：試制夾具翻轉機構；定位銷；鈑金干涉

中圖分類號： U46 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-156-2

0 引言

隨著汽車工業的發展，汽車已經進入千家萬戶，人們的眼光越來越挑剔，人們對汽車的外觀質量及乘坐舒適性的要求也越來越嚴格。由于車身焊接精度直接影響著整車的外觀質量及零件的裝配性能，因而車身焊接精度成為評定汽車產品品質的一個重要因素。

汽車白車身焊接精度主要靠夾具進行保證，在試制階段使用的試制焊裝夾具為適應試制階段車身精度的需要，同時為降低成本，在設計時會減少夾具數量，增加夾具復雜性，故很多制件需要用翻轉結構進行定位，因而對夾具的設計也提出了更高的要求。

如果設計不合理會造成帶定位銷的翻轉機構在開閉時，定位銷與鈑金件發生干涉的現象，如圖1所示。

1 翻轉機構運動軌跡分析

在CAD中對工裝翻轉機構上的定位銷進行運動軌跡模擬。如圖2所示（位置1、2、3分別代表在不同位置的旋轉軸）。當快卡的旋轉軸到定位銷的距離一定時，快卡的旋轉軸與圖3中定位銷A—A截面的延伸面越接近時，產生干涉的可能性越小。

通過在CAD中對定位銷與鈑金件的相對運動過程進行模擬，發現產生干涉的臨界點為下面兩種情況（如圖4所示）：①定位銷的F點與鈑金件的E點產生干涉；②定位銷的B點與鈑金件的C點產生干涉。

2 翻轉機構干涉原因分析

將快卡旋轉軸與定位銷的A—A截面延伸面重合，通過改變快卡旋轉軸到定位銷的距離，發現當旋轉軸到定位銷中心線的距離小到一定程度后，會發生第①種干涉情況，即定位銷的F點與鈑金件的E點干涉，當旋轉軸到定位銷中心線的距離越大時，干涉的可能性越小。

當F點與E點產生臨界干涉條件時，確定定位銷中心線與旋轉軸的最小距離（最小轉動半徑）：

連接E、F兩點，做EF連接線的中垂線HI，與定位銷A-A截面交于一點H，以交點為圓心，做通過E、F兩點的圓，圖4所示。該圓的半徑與定位銷的半徑相加，即為定位銷的最小轉動半徑。

由于帶有定位的壓緊結構，其旋轉軸到定位銷中心線的距離均在200mm以上，遠大于表1中得出的最小轉動半徑的要求。故當旋轉軸設計在定位銷A-A截面的延伸面上時，定位銷與鈑金件之間不會產生干涉現象，因此干涉的發生只能是第②種“定位銷的B點與鈑金件的C點產生干涉”。

現假設旋轉軸到定位銷中心線的距離為d（圖5所示），在產生臨界干涉的情況下，確定旋轉軸相對于定位銷A-A截面上下偏移量（以定位銷為BZX-10-4為例）。

①旋轉軸向上偏移，如圖5，可以看出圖6中的A點是產生干涉的臨界點。

連結AB，做AB連接線的中垂線，定位銷運動軌跡的圓心在AB連線的中垂線上。將定位銷的中心線偏移d，與AB連接線的中垂線相交于一點N，該點即為定位銷運動軌跡的圓心。計算定位銷旋轉軸的上偏移量NK：（LA=0.05mm，LB為定位銷的定位長度4mm，M為AB的中點，設定位銷半徑為r，α為旋轉軸上偏時NM與MK的角度）

② 旋轉軸向下偏移，如圖7，可以看出圖8中的C點是產生干涉的臨界點。

連結CD，做CD連接線的中垂線，定位銷運動軌跡的圓心在CD連線的中垂線上。將定位銷的中心線偏移d，與CD連接線的中垂線相交于一點H，該點即為定位銷運動軌跡的圓心。計算定位銷旋轉軸的下偏移量HI：（CE=0.05mm，ED為定位銷的定位長度4mm，F為CD的中點，設定位銷半徑為r，β為旋轉軸下偏時HF與IF的角度）

即當定位銷的定位長度一定時，根據旋轉軸到定位銷中心線的距離不同，定位銷的旋轉中心偏移位置的連線形成一條直線，這條直線與定位銷的A-A截面的延伸面存在一定的角度（偏移角），該角度只與鈑金件與定位銷之間的單邊間隙和定位銷的定位長度有關，且旋轉軸上偏所形成的角度（上偏角）和旋轉軸下偏所形成的角度（下偏角）相等。當旋轉軸的圓心在上偏角與下偏角之間時，不會產生干涉，圖9中陰影部分所示。

③通過以上計算得出影響翻轉機構中定位銷與鈑金件干涉的原因。由于各汽車廠在設計夾具時，夾具定位銷與鈑金件定位孔之間的間隙均為定值，故翻轉機構中影響定位銷與鈑金件干涉的原因為定位銷的定位長度。

偏移角與定位銷的定位長度存在如下關系：定位銷的定位長度越長，偏移角越小，越容易產生干涉；定位銷的定位長度越短，偏移角越大，越不容易產生干涉。

其中，R為鈑金件上定位孔的半徑，r為定位銷的定位半徑，L為定位銷的定位長度。

3 總結

通過CAD模擬和幾何計算相結合的方式，確定了造成夾具翻轉結構中定位銷與鈑金件干涉的原因，并通過理論與計算相結合的方式得出設計參考數據，提高夾具設計的合理性。

另一方面希望通過此篇文章，傳播利用CAD模型解決相關實際問題的理念。