組合壓頭在輪轂軸承單元分裝中的應(yīng)用

汪衛(wèi)剛，王偉，閆金

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

引言

傳統(tǒng)輪轂總成結(jié)構(gòu)和軸承單元輪轂總成結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配一件油封，裝配方向?yàn)橐粋€(gè)方向；軸承單元結(jié)構(gòu)裝配兩件油封，裝配方向?yàn)閮蓚€(gè)方向。這導(dǎo)致了按照傳統(tǒng)工藝方案，在整個(gè)輪轂總成分裝過程中需要兩次翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，勞動(dòng)強(qiáng)度極大；生產(chǎn)效率低；且采用手動(dòng)浮動(dòng)壓頭，定位、導(dǎo)向精度較差。公司也組織了通過設(shè)備投入改善該分裝過程勞動(dòng)強(qiáng)度的問題，但投入預(yù)算很高，僅翻轉(zhuǎn)機(jī)投入約12萬，加上相關(guān)自動(dòng)化線體、自動(dòng)注脂等設(shè)備，總額超過100萬元。為降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、提高裝配質(zhì)量，同時(shí)降低制造成本，我們重點(diǎn)對裝配工藝方案做了對應(yīng)分析和改善，并應(yīng)用了裝配組合壓頭的方案，以達(dá)成預(yù)期效果。

1 輪轂軸承單元簡介

輪轂軸承是汽車的關(guān)鍵零部件之一，它的主要作用是承載重量和為輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確引導(dǎo)，軸承不僅承受軸向載荷，同時(shí)承受徑向載荷。

傳統(tǒng)輪轂總成由兩套圓錐滾子軸承（或球軸承）組合而成，軸承的安裝、涂油、密封及游隙的調(diào)整在生產(chǎn)線進(jìn)行。此結(jié)構(gòu)裝配困難、成本高、可靠性差。（見圖1：傳統(tǒng)輪轂總成示意圖。圖2：內(nèi)側(cè)圓錐滾子軸承）。

輪轂軸承單元將兩套圓錐滾子軸承做在一體，具有組裝性能好，可省略游隙調(diào)整、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、載荷容量大、為密封軸承事先裝入潤滑脂、省略外部輪轂密封及免于維護(hù)。（見圖3：軸承單元結(jié)構(gòu)輪轂總成示意圖。圖4：軸承單元）。

圖1 傳統(tǒng)輪轂總成示意圖

圖2 內(nèi)側(cè)圓錐滾子軸承

圖3 軸承單元結(jié)構(gòu)輪轂總成示意圖

圖4 軸承單元

2 工藝方案

2.1 原工藝方案簡介

2.1.1 原工藝流程示意圖

圖5 原工藝流程示意圖

原工藝方案分裝軸承單元輪轂總成，整個(gè)分裝工序包含11個(gè)主要工步。（見圖5：原工藝流程示意圖）。

2.1.2 工裝方案介紹

原工藝方案分裝輪轂總成中，外側(cè)油封壓裝工裝的受力面、定位面、導(dǎo)向面，分別為三個(gè)面（見圖6：外側(cè)油封工裝）。內(nèi)側(cè)油封壓裝工裝的受力面、定位面、導(dǎo)向面為兩個(gè)面（見圖7：內(nèi)側(cè)油封工裝）。

圖6 外側(cè)油封工裝

圖7 內(nèi)側(cè)油封工裝

2.1.3 原工藝方案存在的缺點(diǎn)

1）勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作動(dòng)作頻繁。共計(jì)11個(gè)主要工步，工序節(jié)拍106s。其中，每1件輪轂總成，就有2個(gè)翻輪轂總成的工步。輪轂總成重量約39kg，人工勞動(dòng)強(qiáng)度極大。

2）工藝可靠性差。壓頭均為手動(dòng)浮動(dòng)壓頭，自定位效果差。特別是外側(cè)油封的壓裝，具有壓裝深度深，同時(shí)與輪轂、軸承內(nèi)圈兩個(gè)零件配合，對工裝定位、導(dǎo)向的要求高，手動(dòng)浮動(dòng)壓頭可靠性不夠。

3） 工藝經(jīng)濟(jì)性差。裝配方向有Z向兩個(gè)方向，來回切換裝配方向，產(chǎn)生兩次翻轉(zhuǎn)輪轂總成，不利于現(xiàn)場作業(yè)，若為必要工序，是需要采用機(jī)械設(shè)備來完成才是合理的。單側(cè)兩臺(tái)翻轉(zhuǎn)設(shè)備，成本約6萬元，雙側(cè)12萬元。

2.2 新工藝方案簡介

2.2.1 新工藝流程示意圖

新工藝方案分裝輪轂總成。整個(gè)分裝工序包含9個(gè)主要工步，和原工藝方案相比減少了2個(gè)工步（減少工步：輪轂翻轉(zhuǎn)）。（見圖8：新工藝流程示意圖）。

圖8 新工藝流程示意圖

2.2.2 工裝方案介紹

組合工裝由6類零件組成：導(dǎo)向銷，定位軸套，定位銷，彈簧，下壓頭，軸用彈性擋圈。組合工裝從第1個(gè)工步開始使用，主要完成下測油封的壓裝，實(shí)現(xiàn)上下油封的同時(shí)壓裝，并且輔助完成下軸承外圈的壓裝。定位面、受力面、導(dǎo)向面為四個(gè)面（見圖9：組合工裝）。

圖9 組合工裝

2.2.3 壓裝動(dòng)作說明

新工藝方案中，分裝輪轂總成時(shí)，減少輪轂總成2次翻轉(zhuǎn)，具體工藝過程如下。（見圖10：油封壓裝示意圖）

圖10 油封壓裝示意圖

1） 組合工裝與壓機(jī)下缸配合，將軸承外圈壓頭套裝在組合工裝上，將下缸帶組合工裝退回到工作臺(tái)以下。

2） 放置軸承外圈：在軸承外圈壓頭上，推入輪轂，放置好上側(cè)軸承外圈，上缸下行，用上壓頭下壓，上壓頭與上軸承外圈套正；下缸上行到下壓頭承載面高出工作臺(tái)，頂起輪轂，將上下兩側(cè)軸承外圈壓裝到位。

3）壓裝車輪螺栓。

4）退回下缸到工作臺(tái)以下，拉出輪轂。

5）在下壓頭上放置油封到位，在定位軸套上放置下側(cè)軸承內(nèi)圈到位；裝內(nèi)圈密封圈。

6）推入輪轂，下缸上行，拖起輪轂，放置上側(cè)軸承內(nèi)圈，安裝卡箍；

7）放置內(nèi)側(cè)油封及其油封壓頭，下缸上行至下壓頭承載面高出工作臺(tái)，上缸下行同時(shí)壓裝內(nèi)、外側(cè)油封到位。

2.2.4 設(shè)計(jì)思路說明

1）定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)思路

下壓頭5的面與壓力機(jī)下缸配合，確保與設(shè)備連接精度，采用小間隙（約0.1～0.2）配合。

下壓頭5的面與定位軸套2的面配合，采用小間隙（約 0.08～0.16）滑動(dòng)配合，確保軸承內(nèi)圈的定位和壓裝導(dǎo)向精度。導(dǎo)向銷1連接下壓頭5和定位軸套2，其和下壓頭5為過盈配合，確保聯(lián)接可靠。導(dǎo)向銷1和定位軸套2為小間隙（約 0.15～0.25）滑動(dòng)配合，確保導(dǎo)向精度；并且采用兩個(gè)導(dǎo)向銷1，防止軸向滑動(dòng)時(shí)發(fā)生徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。

2）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及密封壓力處理

將下側(cè)軸承內(nèi)圈套裝在定位軸套臺(tái)階面上，軸承孔與定位軸套小間隙配合，將軸承和工裝定位。壓頭上行至軸承內(nèi)圈與軸承外圈接觸的過程，通過軸承的內(nèi)、外圈配套關(guān)系將輪轂導(dǎo)向，導(dǎo)向的空間尺寸較大，約10mm左右，操作性強(qiáng)。將輪轂托起后，定位精度可達(dá)到軸承自身配合精度，整體綜合精度滿足裝配過程要求。

定位軸套和下壓頭為滑動(dòng)配合，在兩個(gè)零件之間形成一個(gè)空腔，在壓裝過程中，兩個(gè)零件對空腔有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷重復(fù)壓縮排氣和擴(kuò)張吸氣，因?yàn)榭諝庾枘嶙饔茫瑒?dòng)作響應(yīng)較慢，影響壓裝節(jié)拍。最終采用在定位軸套上增加2個(gè)Φ6通氣孔的設(shè)計(jì)，確保壓裝過程中，空腔與外界氣壓相通，消除空氣阻尼作用。

3）受力分析及彈性元件選用

組合工裝在空載上行過程中，因輪轂自重壓縮彈簧，而導(dǎo)致定位軸套和下壓頭相對位移靠近。為確保在壓頭上行彈簧壓縮過程中，油封不和輪轂安裝油封孔口配合或接觸，需確保彈簧壓縮量小于下壓頭到油封安裝孔口的距離，且有安全余量。

4）彈簧受力校核

（1）輪轂總成質(zhì)量m=39kg。則要求彈簧受力要求如下：

F——彈簧的彈力（N）。

m——輪轂總成的質(zhì)量（kg）。

g——重力加速度（m/s^2），近似取g為9.8 m/s^2。

（2）彈簧選取（見圖11：彈簧），材料：碳素彈簧鋼65Mn。

圖11 彈簧

彈簧的彈力：

Z——彈簧數(shù)量。

P——彈簧剛度N/mm。

h——彈簧壓縮量mm。

G——切變模量，碳素彈簧鋼65Mn，G=79GPa。

d——彈簧線徑，d=3mm。

n——有效匝數(shù)，n=5.5。

根據(jù)以上（1）（2）（3）公式，當(dāng)輪轂總成質(zhì)量m=39kg時(shí)，彈簧選取4件，則每件彈簧的壓縮量h為：

所以，組合壓頭不受外力情況下，托起輪轂總成，每件彈簧壓縮量為12.3mm。

輪轂安裝油封孔口距輪轂端面距離為 23.1mm，組合壓頭放置輪轂總成壓裝油封，未拖起輪轂總成時(shí)，油封進(jìn)入端面距離為6mm，拖起輪轂總成后，彈簧壓縮量為12.3mm，所以，設(shè)計(jì)預(yù)留安全余量約4.8mm（即23.1-6-12.3=4.8）。避免組合壓頭在不受外力的導(dǎo)向情況下，拖起輪轂總成后，油封與輪轂安裝油封孔口接觸的情況發(fā)生，減少裝配變形風(fēng)險(xiǎn)。（見圖12：輪轂總成自重彈性壓縮行程模擬圖）。

圖12 輪轂總成自重彈性壓縮行程模擬圖

5）新工藝方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）工藝可行性、可靠性好

下壓頭和壓機(jī)下缸接口為小間隙配合，定位準(zhǔn)確。下壓頭和定位軸套為滑動(dòng)配合，導(dǎo)向性好。下缸上行過程中，軸承內(nèi)圈與外圈導(dǎo)向結(jié)構(gòu)利用軸承外圈錐面結(jié)構(gòu)及其大角度錐角，導(dǎo)正功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通工裝的導(dǎo)向角設(shè)計(jì)。總之，工藝可行性、可靠性高于原方案。

（2）操作性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度低

相比原工藝方案，每1件輪轂總成，減少2個(gè)翻輪轂總成的工步，減少工序作業(yè)時(shí)間18s（原106s，現(xiàn)88s）；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，將翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為簡單的推拉動(dòng)作，翻轉(zhuǎn)重量約為39kg，翻轉(zhuǎn)次數(shù)為2次；消除了翻轉(zhuǎn)磕碰的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

（3）體現(xiàn)了工藝的經(jīng)濟(jì)性

裝配方向沿輪轂軸線兩個(gè)方向來回切換裝配方向，產(chǎn)生兩次翻轉(zhuǎn)輪轂總成，不利于現(xiàn)場作業(yè)，若為必要工序，是需要采用機(jī)械設(shè)備來完成才是合理的。兩臺(tái)翻轉(zhuǎn)設(shè)備，成本約6萬元。組合工裝的應(yīng)用，相對原計(jì)劃的設(shè)備投入小得多，約1000元/套，單側(cè)分裝線，節(jié)約成本約5.9萬元，雙側(cè)分裝線，節(jié)約成本約11.8萬元。

3 結(jié)束語

在該例工藝改善中，有其工藝方案設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)以及可以借鑒的設(shè)計(jì)思路或理念。

工藝方案優(yōu)點(diǎn)有如下四點(diǎn)：減少了裝配方向，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；定位導(dǎo)向更準(zhǔn)確，利于裝配質(zhì)量控制；工藝動(dòng)作簡單化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升裝配的可行性；作業(yè)效率提高，工藝動(dòng)作有效整合、集中作業(yè)，符合精益生產(chǎn)理念。

可借鑒設(shè)計(jì)思路或理念：裝配工裝設(shè)計(jì)，要考慮組合工裝的設(shè)計(jì)和與借用工件導(dǎo)向、定位的方法，設(shè)法減少裝配方向，使裝配過程簡單化；好的工藝方案設(shè)計(jì)要圍繞提高效率、產(chǎn)生效益開展，踐行工藝人員的天職——為效率而戰(zhàn)。

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