變速箱裝配線工裝設計

侯 瑞

（上海汽車變速器有限公司，上海 201807）

1 背景

工裝，即工藝裝備，在裝配線上起著舉足輕重的作用。它直接影響著裝配線上工件的裝配質量、裝配精度、裝配效率和裝配成本。設計、維護和管理現場工裝，是保證裝配線平穩運行的條件之一[1]。

按照功能劃分，變速箱裝配線工裝可分為限制自由度型、輔助裝配型、取放零件/總成型、bypass（旁路功能）型和返修型，見圖1。其中，bypass 型和返修型屬于非易損工裝，僅用于人工替代設備裝配的情況和總成返修拆解的情況；而其他3 種類型，以不同的功能分布于整條裝配線的各個工位。

圖1 變速箱裝配線工裝

2 現場情況

變速箱裝配線工裝的使用范圍很大，除自動工位外，其他工位均配有各自的工裝。由于每個工位的裝配內容、工作量和工作節拍不同，工裝的使用情況也不同。因此，按照使用和設計情況，工裝又可劃分為3 種（表1）。其中，工廠自制工裝是由工程師根據現場使用情況，結合節拍、功能、人機工程等，綜合設計的實用型工裝。不同于供應商簡單的設計目的，這類工裝更貼合實際使用情況，更多的關注工裝的實用性、輕量化、安全性等。

3 自制工裝設計要點

為了提升生產效率、改善勞動條件、保證生產質量，工廠會根據情況設計并自制工裝。工廠自制工裝在設計方法上需要注意，一是便于快速設計和制造，二是便于維護與管理，保證裝配線的平穩運行。

表1 現場工裝分類

3.1 功能性

功能性是工裝設計的最根本也是最重要的目的。喪失了使用功能，或不能有效發揮作用，那就是嚴重違背了設計初衷，這樣的工裝等同于廢品。因此，設計工裝時，首先應針對其使用環境進行評估，全面考慮其所應發揮的功效，避免發生干涉、碰撞零件的情況。

3.2 強度

強度是評估工裝可靠性的第一指標。影響強度的因素除了所用材料，主要是結構的合理性。部分工裝采用薄壁式或懸臂式，在長期的載荷作用下，極易發生破裂、變形等問題，影響工裝的使用效果和使用周期。因此，該類型工裝在設計完成后，需要進行受力分析。例如應用ANSYS 有限元分析軟件，可以模擬實際情況，對工裝施加載荷進行受力分析，獲得應力云圖和屈曲點，幫助設計者對原結構進行優化和改進[2]。

3.3 輕量化

保證工裝強度前提下的輕量化設計，是將設計推向更高一層水平的方式。過沉的重量、過大的尺寸、過于復雜的設計，不僅浪費成本，還增加設備或操作工的勞動負荷。目前，輕量化已成為機械領域的重點結構優化目標，甚至汽車輕量化被認為是實現節能減排的重要措施之一，對汽車工業的可持續發展具有重要意義[3]。例如電機吊具，繁瑣而沉重的結構使操作工使用起來吃力而緩慢，對其結構進行優化，保留其功能性和強度，實現了輕量化改進，見圖2。

3.4 安全性

在機械制造生產過程中，保證生產安全、重視安全問題、關心操作人員生命安全是企業的首要任務[4]。因此，工裝設計應充分考慮使用過程中可能存在的安全隱患。安全性除了針對人員，還包括對生產過程中的工件的保護，具體情況見表2。

圖2 電機吊具輕量化前后

表2 工裝安全設計措施

3.5 低成本

在保證功能、強度、結構合理性和安全性的前提下，控制工裝的加工成本是設計的最后一項工作。控制成本不僅是減少不必要的浪費，更體現了科學的設計理念。在工裝設計中，控制成本不僅是在保證強度下采用低價格材料，還包括加工方式的選擇。例如制作薄壁工裝，可通過折彎或銑削兩種方式加工（圖3），但銑削浪費的材料將是折彎的數倍，在不需要過高精度的情況下，應采用折彎加工方式。

圖3 折彎與銑削加工

4 結語

對變速箱裝配線工裝設計進行總結與分析，根據工裝的實際使用情況，歸納設計注意事項。針對工裝設計，得出如下結論：

（1）工裝的設計應保證其功能性、強度、輕量化、安全性和低成本。其中，功能性是工裝的必要特征，是設計的最根本目標。其次，在強度、輕量化等方面對其進行結構優化。最終，以安全為保證，以最低成本加工制作。

（2）運用各種手段，實現工裝結構的優化。通過運用Ansys等軟件，對工裝強度進行校核，優化結構性能和使用壽命；采用合理的結構和加工方式，降低加工成本。