基于UG的輸送小車導向機構可靠性提升研究

張 健，蔣志經

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

隨著科技的不斷發展，現代汽車企業中自動化水平正在不斷提升，各類自動化輸送小車廣泛地應用于生產線中，因此，輸送小車的高效可靠運行對生產線的高效運行起著很大的作用[1]。

圖1 工位間零件輸送小車

某企業使用如圖1所示輸送小車進行零件分總成輸送，該輸送小車采用齒輪齒條實現水平運動，通過氣缸提升、導向桿導向實現工件豎直運動，但在使用過程中頻繁出現導向軸承套筒斷裂故障，該故障直接造成生產線多次長時間停線，因此改進導向機構，提高輸送可靠性成為當下亟需解決的問題。

1 軸承套筒可靠性分析

根據車間需求，輸送小車需保證無故障循環106次。通過軸承套筒受力情況計算其在該條件下的可靠度。

軸承套筒在應力幅水平為常數的情況下運轉，已知小車提升氣缸缸徑為125 mm，其對應推力為6 132.81 N，需要提升的工件質量約為100 kg，套筒長度為151 mm，由于軸承套筒安裝底面未做精銑處理，且兩套筒安裝底面不統一，加之軸承套筒加工精度偏差較大，現場測量徑向偏差相對基準位置偏差最大可達9.5 mm。經過計算可得軸承套筒的應力幅水平為：

根據軸承套筒故障數據統計可知其失效循環次數為對數正態分布，其失效循環次數分布數據如表1所示。

表1 鋼型材軸試件的失效循環次數分布數據表

通過查詢表1可知，當軸承套筒應力幅水平為455 N 時，N′=6.651，δN′=0.161，循環次數 n 為 106次，則

由式（2）及標準正太分布表，得可靠度

通過計算結果可知，該軸承套筒可靠度遠小于要求0.98，遠遠不能夠滿足要求[2]。

2 軸承套筒UG高級仿真分析

在現代機械設計過程中，UG作為一款集實體建模、零部件高級仿真、運動仿真、二維制圖等功能于一身的多功能工具包被廣泛應用于機械零部件設計的全壽命周期。本文通過對輸送小車頻繁斷裂的軸承套筒進行UG有限元高級仿真，計算其受力及變形情況[3]。

選擇模型材料為steel，將軸承套筒與支架底面接觸處設定為固定約束，將上文計算所得軸承徑向力455 N施加于軸承套筒徑向套筒壁上。通過求解，查看如圖2所示仿真結果得出軸承套筒直角處受應力最大，為1.581 MPa，薄弱位置與現場實際斷裂結果相吻合。

圖2 軸承套筒應力仿真圖

3 導向機構優化設計

通過上文分析可知，由于軸承套筒制造、安裝偏差較大引起了軸承套筒徑向受力不均勻，加之生產線生產節拍需求較高，加劇了套筒的疲勞磨損，最終導致其斷裂。因此重新對導向機構及安裝方式進行設計。

（1）優化軸承套筒安裝方式。由之前的軸承套筒直接安裝在小車支架上改造為先焊接一塊鋼板在支架上，并進行精銑后作為的安裝平面，從而保證軸承套筒安裝平面的平面度[4]，如圖3所示為改進后的導向機構模型。

圖3 改進后導向機構模型

（2）精加工軸承套筒。確保套筒軸線與安裝平面的垂直度誤差不超過0.012 mm，兩套筒軸線平行度誤差不超過0.012 mm，如圖4為改進后導向機構實體圖，該機構極大地減小導桿與軸承滑動時套筒受的徑向分力。

圖4 改進后導向機構

4 改進后軸承套筒可靠性分析

在相同工況下，再次對改進后的軸承套筒進行可靠性分析，由于改進后的機構對軸承安裝底板、軸承套筒軸向尺寸、軸承套筒徑向尺寸精度都有了明顯的改進，通過對各環節誤差疊加，可得出該結構最終體現在軸承套筒徑向上的誤差僅有2 mm，將2 mm帶入上文（1）式，可得出由于徑向誤差引起的軸承徑向受力為211 N，通過查詢表1數據，并代入式（2），可得

由式（4）及標準正太分布表，得可靠度

可以看出，改進后的軸承套筒已經符合現場對該機構的可靠性要求。

5 改進后軸承套筒有限元分析

同理，將改進后的套筒結果進行有限元分析，除了套筒受徑向力由455 N變為211 N，其余約束條件均不變，仿真結果如圖5所示，局部最大應力為0.156 MPa，相較改進前結構，應力減小約10倍。仿真結果再次印證了改進后套筒結構的可靠性。

圖5 改進后軸承套筒應力仿真圖

6 結論

本文通過對生產現場輸送小車導向機構故障分析，找出其薄弱環節，并對該環節分別進行可靠性分析及UG有限元分析，并對該機構進行改進，同樣對改進后的部件進行分析，分析結果印證了改進機構的可行性及有效性，為后續現場設備的改善提供了有力的理論依據。