一種離合器自動裝片機的研制

摘要：闡述了一種實用的組裝離合器所用的自動裝片機的研制思路，主要利用兩組導桿對摩擦片和鋼片進行定位，同時利用定位裝置使內齒轂等組裝體位姿與摩擦片、鋼片保持匹配，然后使用機械手按設定程序反復取片組裝。試驗表明，該機克服了手工裝片可能導致的摩擦片鋼片不入槽、錯漏及裝片返工，提高了上片效率。

關鍵詞：離合器；裝片機；研制

中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）20-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.20.009

0 引言

離合器是汽車動力傳動系統中的一個重要部件，其作用是在發動機和變速器之間實現動力的切斷和連接，從而保證汽車的平穩起步、換擋和制動。離合器的工作原理主要是利用摩擦力來傳遞或中斷動力，因此，離合器的結構和性能直接影響汽車的性能和壽命，需要及時維保。油浸式多片式離合器尺寸小，通過多組摩擦片和鋼片共同作用提高摩擦力（圖1），在變速箱油的潤滑和散熱保護下使用壽命較長。該汽車離合器拆解后，其再次組裝必須要將摩擦片、鋼片交替套入帶花鍵的從動軸上，不得錯位。國內汽車離合器裝配線的摩擦片組裝工位是生產線上生產節拍最長、不合格率最高的工位[1]。該工位的主要問題如下：裝配零件規格的選擇以及裝配結果的判斷都是人工完成，極易因工人疲勞或不認真而出錯。實際工作中，常常因裝錯順序（正常順序是：摩擦片、鋼片、摩擦片、鋼片……摩擦片）、裝片錯位而導致不入槽、不到位等現象出現，造成了返工，降低了工效。如果錯誤的裝配流入下道工序乃至最后工序，將很難被發現，從而帶來缺陷產品，甚至造成巨大的損失[2]。

鑒于此，研發一種自動裝片機很有必要，一能避免裝錯順序，二能避免裝片錯位，可以節省時間，提高工效。

1 離合器正常上片順序

將內齒轂、活塞、回位彈簧、彈簧支撐板按順序裝好后，正常上片順序如下：摩擦片、鋼片、摩擦片、鋼片……摩擦片。而且一組摩擦片周邊內孔都要一致對準，其中心孔齒槽要與從動軸花鍵齒槽對應，鋼片外緣齒與內齒轂要相配合[3]。

2 裝片機結構設計

整個裝片機由底座、龍門式機械手、摩擦片承托臺、鋼片承托臺、定位裝置、氣動吸盤、多臺驅動電機、限位開關、可編程序控制器及控制面板等組成，如圖2所示。

2.1 整體結構

整個裝片機底座內部裝有摩擦片托臺和鋼片托臺的驅動電機和電路，其上從左到右布設有鋼片托臺、內齒轂及活塞組件、摩擦片托臺三個盤片放置位。這三個放置位后方是龍門式機械手，它由步進電機驅動做橫向移動，由氣壓驅動氣缸帶著吸盤做升降運動。為使摩擦片、鋼片準確裝入內齒轂，在組裝體的后方設有內齒轂組件的定位裝置（圖2之13）。

2.2 摩擦片托臺

如圖3所示，摩擦片托臺由托盤（中心孔開螺紋）、傳動螺桿等組成。直流電機經蝸輪蝸桿減速后驅動傳動螺桿使承載一組摩擦片的托盤上下運動，其運動范圍由上、下限位開關決定。三根導桿（其直徑略小于摩擦片邊孔）固定在底座上，從托盤的三個孔穿過，導桿上端是圓錐狀的，將摩擦片邊孔大致對準導桿即可輕易裝入托盤。

2.3 鋼片托臺

如圖4所示，鋼片托臺也是由托盤（中心孔開螺紋）、傳動螺桿等組成。直流電機經蝸輪蝸桿減速后驅動傳動螺桿使承載一組鋼片的托盤上下運動，其運動范圍由上、下限位開關決定。三根導桿（其構成的外圓直徑略小于鋼片內孔直徑）固定在底座上，從托盤的三個孔穿過，導桿上端也是圓錐狀的，還有一根定齒槽用的小導桿位于外側一些。將鋼片外齒槽大致對準小導桿、內孔對準三根導桿即可輕易裝入托盤。

3 控制程序設計

自動裝片機的控制程序是為完成正確的組裝工藝流程服務的，所以首先要明確組裝工藝流程。

3.1 組裝工作流程

自動裝片機正常運行流程如圖5所示，裝片機首先處于待機狀態即復位狀態，此時機械手在X軸A點、Z軸上限位置（X14），兩托臺均在下限位置。按下啟動開始按鈕，兩承托臺在電機驅動下上升到上限位；機械手沿X軸從A點移動到B點位置；然后氣壓驅動雙氣缸推桿下降到Z軸的下限位（X15），摩擦片氣壓吸盤Y13得電并保持，吸住摩擦片，與此同時鋼片氣壓吸盤失電釋放鋼片；然后上升至B點；機械手從B點移動到A點，沿Z軸向下運行到下限位（X15）停，摩擦片氣壓吸盤失電釋放摩擦片，與此同時鋼片氣壓吸盤得電吸住鋼片；然后上升至Z軸上限位（X14）；再判斷一下摩擦片是否達到組裝數，如果沒有，機械手接著沿X軸從A點移動到B點位置……如此周而復始進行，如果達到組裝數，則等待啟動按鈕再次按下，開始新的一組安裝。每一組循環動作，最后確保摩擦片在最上層。

3.2 程序流程圖

根據工作流程圖5中IO端口配置，可以制定如圖6所示PLC程序流程圖，其中手動控制程序是調試用的。X3是自動、手動選擇開關，置1為手動，置0為自動；X0/X1/X2分別對應開機、停機、啟動按鈕。在自動流程上，機械手先返回A點（即歸零位），然后依次是右移到B點、下降到Z軸下限位（X15），吸摩擦片、放鋼片，上升到B點，左移到A點，下降，釋放摩擦片、吸住鋼片；然后上升到Z軸上限位（X14），此時判斷放摩擦片次數（C0），如達到設定次數（10次）則返回自動歸零態（S1），否則右移到B點，下降，吸摩擦片、放鋼片，上升，右移到A點，下降，釋放摩擦片、吸住鋼片……如此循環不已。

為了精準控制盤片投放位置，X軸方向的移動使用步進電機控制，到位與否使用光電式行程開關來判斷。此外，使用步進電機也方便調整X軸向速度，從而控制一整套動作周期時長。

4 研制效果

本新型設計通過導桿的引導，很容易將摩擦片、鋼片裝入相應的托臺，它們在龍門式機械手的抓取、釋放過程中只做平移運動，保證按正確姿態和順序裝入內齒轂等組件中，不會被卡住。經過試驗檢測，該自動裝片機克服了裝片裝錯順序或裝片錯位而導致的不入槽、不到位等問題，消除了返工現象，提高了工效，減少了人工使用。經實測，一般組裝一臺離合器摩擦片組用時為50多秒，是人工用時的1/3不到，速度大大提高。

5 結束語

本次研制的自動裝片機達到了預期效果，解決了離合器裝配生產線摩擦片組裝工位上的自動化問題，但離合器裝配生產線還未實現完全自動化，還需要針對離合器裝配生產線其他未自動化的工位開展研究和試制，爭取實現更多環節的自動化。

[參考文獻]

[1] 時海陽，程金石，亓登海，等.離合器裝配線摩擦片組裝工位改進設計[J].大連工業大學學報，2017，36（4）：304-308.

[2] 黃澤民.防錯技術在摩擦片組裝配中的應用[J].理代制造工程，2014（11）：97-99.

[3] 劉利勝，劉成.汽車自動變速器原理與維修[M].2版.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

收稿日期：2024-06-14

作者簡介：彭建新（1971—），男，湖南衡陽人，教育管理碩士，正高級講師，研究方向：機電一體化專業教學和中等職業教育管理。