提升乘用車前輪外傾角裝配一致性的技術方案及應用

周懌

摘 要：本文針對麥弗遜懸架前輪外傾角的主要影響因素（減振器與轉向節的裝配）的產品特點設計設備控制方案，并應用于實際，實現提升前輪外傾角一致性以及產品品質。

關鍵詞：前輪外傾角 乘用車 設備設計

前輪外傾是指前輪安裝后，其上端向外傾斜，于是前輪的旋轉平面與縱向垂直平面間形成一個夾角，稱之為前輪外傾角，其主要作用是使轉向輕便，使車輪緊靠輪轂內軸承，以減少外軸承及輪轂螺母的負荷，有利于安全行駛。

汽車前輪外傾角涉及多個系統、多個零件設計、制造與裝配因素影響，其中制造裝配過程中，減振器與轉向節的裝配因素是影響前輪外傾角波動的重要因素，減振器與轉向節的裝配精度高，則前輪外傾角波動范圍小，反之則大。

1 前輪外傾角超差

某產品車型在生產驗證階段統計左右前輪外傾角過線檢測數據，以左前輪外傾角為例，其統計數據呈正態分布，分布離散度較高，時有前輪外傾角超差的不良發生，經統計不良率達1.87%，根據理論公差進行尺寸鏈計算，其中轉向節與減振器的安裝精度對外傾角不良貢獻最大[1]。在減振器與轉向節裝配過程，減振器與轉向節分裝的公差如表1所示。

如圖1，以上公差將造成減振器與轉向節的安裝存在角度波動，由于轉向節與制動盤已緊固成一個整體，以制動盤表面定位基準面，即減振器中心線與制動盤表面的夾角X存在△X的波動，如能夠減小△X的波動，提高X的角度精度，則可以有效保證減振器與轉向節裝配的一致性，從而保證減振器與轉向節的安裝精度。因此，如何保證減振器與轉向節的裝配一致性是實際生產過程保證前輪外傾角的關鍵。

2 技術方案結構原理

通過機構裝置保證減振器與轉向節裝配穩定性，設計一個曲柄滑塊機構，如圖2所示，從結構分析控制減振器中心線與制動盤表面的原理。以制動盤表面為垂直基準面（固定不動），當前夾角a，通過測量可得滑塊與減振器旋轉軸的水平距離B以及垂直距離A，當伺服控制滑塊移動的距離為△h時，則夾角從a調整為a1：

a1=a+△a

△a=b-b1

從而建立a1與△h之間的關系：

本機構裝置中，以該車型產品為例，當a=5.25°，A=132.4mm，B=350mm，伺服電機控制滾珠絲桿螺母位移的分辨率（最小位移）為0.01mm。

最小夾角的調整角度（即機構裝置的分辨率）：

a2=0.001637°=0.098′

通過設計一種機構裝置，實現精確控制△h參數，從而精確控制減振器與轉向節角度a1參數，并且參數實時可調，減小生產過程中前輪外傾角的波動，提升一致性，提高裝配品質。

3 設備解決措施

該外傾角保證機構裝置主要由伺服電機、減速機、聯軸器、滾珠絲桿、螺母座、鉸鏈座、滑塊、直線導軌、旋轉臂以及減振器夾緊保持機構組成，如圖3所示。

1伺服電機通過2減速機以及3聯軸器控制4滾珠絲桿旋轉，從而使絲桿螺母產生直線運動，5螺母座通過6鉸鏈座控制7滑塊在8直線導軌上進行直線運動，8直線導軌與9旋轉臂起到曲柄的作用，9旋轉臂控制10減振器夾緊保持機構繞著減振器總成旋轉軸旋轉角度，從而完成夾角△a的調整。

通過結構原理分析，可建立滑塊位移量與角度調整機構的聯系，伺服電機可以外接PLC，并建立滑塊位移量與角度調整機構的聯系，伺服電機的位移參數可通過PLC程序精確顯示在觸摸屏上，調節伺服電機的位移參數，即可調整滑塊位移量△h和減振器總成的轉動角度a1，實現保證角度實時可調;減速電機用于調節輸出的轉速;兩者配合使用，即可精確調整滑塊和減振器總成的轉動角度。

將該外傾角保證機構裝置集成在設備整體中，如圖4所示，設備主要包含機架、觸摸控制屏、制動盤轉向節定位夾緊機構、減振器定位夾持機構、外傾角調整機構、螺栓擰緊機構、螺栓擰緊反力機構、以及相應的氣動系統。制動盤轉向節定位夾緊機構主要用于實現制動盤轉向節的定位與夾緊，減振器定位保持調整機構主要用于固定減振器，并且具備調整減振器中心線與減振器表面夾角的功能，擰緊機構主要實現減振器與轉向節之間兩個螺栓/螺母的緊固達到工藝力矩目標，擰緊反力機構主要功能在擰緊機構擰緊的同時，固定住減振器與轉向節之間的兩個螺栓，防止緊固過程空轉。設備動作區域設置了安全光柵，一旦設備動作過程中出現闖光柵情況，設備立即停止運行，有效保證設備安全性，大大降低了人員勞動強度，有效提高生產效率。

該設備的作業流程要求如下：

（1）工件上料。人工將轉向節以及減振器總成吊裝于設備制動盤轉向節定位機構上;

（2）人工啟動操作盒的按鈕，氣缸伸出壓緊制動盤轉向節，制動盤轉向節總成完全定位;伺服電機啟動帶動減振器定位夾持機構整體往減振器方向伸出并夾緊固定減振器滑柱外表面并按照設定的角度矯正減振器滑柱軸線方向相對于制動盤平面方向的角度;

（3）擰緊機構與擰緊反力機構通過各自氣缸驅動，一起向減振器與轉向節總成之間的螺栓與螺母靠攏;裝置檢測擰緊機構與擰緊反力機構到位，同時到位后伺服擰緊工具套筒與螺母對位，反力套筒與螺栓對位。擰緊工具自動啟動擰緊。

（4）擰緊合格后，所有機構按照順序原路徑返回復位。

（5）人工將減振器與制動盤轉向節總成吊裝出設備工作臺。

4 設備驗證

設備導入后，將設備觸摸屏上的角度參數設置為該車型的數模狀態的角度5.25°，用水平角度儀測試減振器定位夾持機構的實際角度，與設置的角度一致，滿足設備的使用要求，使用該設備分裝減振器與轉向節連接，測試監控250臺，不良率為0，數據統計結果如下圖。

制程能力指數CPK>1.33，制程能力較好，改善效果明顯，可滿足生產要求。

5 結語

采用此設備技術方案，運動機構由氣缸以及伺服電機控制，采用各獨立工裝與運動機構固定前減振器與轉向節，同時實現自動高精度擰緊，既保證了減振器中心線與減振器表面夾角，也確保了擰緊裝配的品質，同時還可以根據不同車型調整各工裝機構位置以適應不同的車型，并且能夠自動調整減振器中心線與減振器表面夾角裝配保證角度，自動切換裝配力矩，實現多車型兼容，減小生產過程中前輪外傾角的波動，大大降低了人員勞動強度，有效提高生產效率以及裝配品質。

參考文獻：

[1]滕曉濤，汪璟.《基于3DCS的汽車前輪外傾角偏差分析》.《機械研究與應用》，2019年第3期第32卷.