汽車零部件測試中浮動機構(gòu)的設(shè)計與應用研究

【Abstract】The floating mechanism can wellsolvethis problem.The article proposes two design schemesof floating mechanismsand clarifiestheir workingprinciples，applicableconditionsand structuralcharacteristics.Theverification resultsshowthatthisfloating mechanismcanefectivelysolvetheproblemof preciseconnectionbetween the test equipment and the product port，providing a referential technical solution for similar engineering scenarios.

【Keywords】 floating mechanism； conical surface fit；automatic correction

0 引言

在汽車零部件性能自動測試進程中，測試設(shè)備不僅需與被測零部件的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精準對接，還需避免對產(chǎn)品表面造成損傷。汽車零部件生產(chǎn)制造中，受工藝誤差、原材料特性等因素影響，同一型號產(chǎn)品的尺寸可能存在較大波動。因此，自動化設(shè)備設(shè)計需兼容同型號產(chǎn)品的差異性，常用方法是通過合理的結(jié)構(gòu)浮動解決該問題[1-3]。在某汽車零部件自動測試流水線設(shè)計項目中，其測試連接口的位置公差范圍達 ±0.5mm 而傳統(tǒng)測試設(shè)備接頭僅能適應 ±0.1mm 的尺寸變化。在此情況下，研發(fā)適應尺寸差異的浮動機構(gòu)尤為重要。經(jīng)大量調(diào)研與反復試驗，最終開發(fā)出兩種浮動機構(gòu)。實際應用表明，這兩種浮動機構(gòu)有效解決了產(chǎn)品尺寸差異問題，為產(chǎn)品性能的準確測試提供了保障。

1測試設(shè)備和產(chǎn)品測試端口相對浮動的必要性

因測試產(chǎn)品連接端口的結(jié)構(gòu)較為復雜，在測試過程中，測試設(shè)備需分別抱緊端口的輪廓側(cè)壁及3個連接柱。然而，3個連接柱之間的空間極為有限，導致測試設(shè)備連接困難。此外，每個產(chǎn)品測試連接口的位置公差較大，測試設(shè)備接頭無法兼容產(chǎn)品間的最大尺寸差異。若強行連接，易造成產(chǎn)品測試端口損壞，影響測試結(jié)果準確性，增加產(chǎn)品報廢率與生產(chǎn)成本。因此，通過浮動機構(gòu)連接測試設(shè)備和產(chǎn)品測試端口是解決該問題的關(guān)鍵。

2 浮動機構(gòu)及工作原理

2.1復位時找正浮動機構(gòu)

復位時找正浮動機構(gòu)主要用于抱緊連接器測試端口外輪廓側(cè)壁的測試設(shè)備連接器的浮動導正，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。測試設(shè)備連接器安裝在連接板上，該浮動機構(gòu)通過連接板與機架運動部件相連，導正柱連接板通過螺栓固定在機架上。連接板與連接器連接板通過等高螺栓連接，兩板中間設(shè)置3個用于張緊的彈簧。當機架運動部件通過連接板帶動機構(gòu)運動至理論水平工作位置時，兩個導正柱與連接器連接板上的兩個錐形孔精準配合，使連接器位置恢復至設(shè)定的初始位置。工作時，機架運動部件通過連接板帶動機構(gòu)下移至工作位置，此時3個彈簧施加在等高螺栓上的張緊力及連接器的重力，會在等高螺栓和固定板接觸面產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力用于維持連接器的理論水平工作位置。當連接器移動至實際工作位時，由其端頭設(shè)計的導向結(jié)構(gòu)引導，順利插入測試產(chǎn)品的連接端口。

圖1復位時找正浮動機構(gòu)

該浮動機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于：3個彈簧壓緊時的彈力F1與連接器連接板的總體重力G在等高螺栓與連接板處產(chǎn)生的摩擦力F2需精確平衡。F2需克服機構(gòu)下移過程中因振動等因素產(chǎn)生的理論水平工作位置偏移，同時不能使連接導正過程中接觸面的摩擦力大于產(chǎn)品連接口能承受的最大力。經(jīng)多次模擬計算與實際調(diào)試，確定了彈簧的最佳彈性系數(shù)與安裝位置，以確保機構(gòu)穩(wěn)定可靠工作。

該浮動機構(gòu)的特點為：連接器可在水平面前后左右及豎直面內(nèi)自由浮動，具體浮動量由等高螺栓與連接板的孔間隙精確決定。該設(shè)計使連接器能在復雜工況下精準對接，提高了測試的準確性與可靠性。

2.2 工作位解鎖后浮動的浮動機構(gòu)

工作位解鎖后浮動的浮動機構(gòu)用于抱緊連接器測試端口3個連接柱的測試設(shè)備連接器的浮動導正，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。機構(gòu)的固定件與測試設(shè)備的運動部件連接，工作時，設(shè)備運動部件帶動機構(gòu)至工作部件導正解鎖組件底部。與產(chǎn)品表面接觸后，彈簧壓縮，連接器組件解鎖，隨后由連接器上的導正部位引導，與產(chǎn)品測試端口精準連接。測試完成后，運動部件帶動機構(gòu)離開測試產(chǎn)品，兩個復位彈簧張開，導正解鎖組件自動將連接器導正至理論水平工作位置。為便于連接器在水平面移動，機構(gòu)增設(shè)兩組滾動組件，減小了移動摩擦力。

圖2工作位解鎖后浮動的浮動機構(gòu)

1.機構(gòu)固定組件2.復位彈簧13.導正解鎖組件14.連接器

5.滾動組件16.導正解鎖組件27.復位彈簧28.連接器連接板

該浮動機構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是復位彈簧的壓緊力不大于產(chǎn)品表面允許的最大壓力。設(shè)計中通過分析產(chǎn)品表面材質(zhì)與結(jié)構(gòu)，利用有限元分析軟件精確計算與優(yōu)化復位彈簧的壓緊力，確保機構(gòu)不損傷產(chǎn)品表面。

該浮動機構(gòu)的特點是：連接器可在水平面前后左右及豎直面自由浮動，浮動量取決于連接器連接板和機構(gòu)固定組件間的間隙。該設(shè)計使機構(gòu)能適應不同尺寸的產(chǎn)品，具有通用性與靈活性。

3浮動機構(gòu)試驗驗證

3.1復位時找正浮動機構(gòu)

針對等高螺栓與連接板孔間隙為單邊 1mm 的浮動機構(gòu)進行測試。選取4組連接器（每組10個）進行對接試驗，試驗中控制環(huán)境，確保每次對插的力度與角度一致，其測試結(jié)果如表1所示。測試表明，該浮動機構(gòu)兼容最大范圍為 0.4mm ，當尺寸偏差超過 0.4mm 時，連接器對接效果變差，出現(xiàn)劃痕甚至無法對接。

表1復位時找正浮動機構(gòu)測試結(jié)果

3.2 工作位解鎖后浮動的浮動機構(gòu)

采用等高螺栓與連接板孔間隙為單邊 0.4mm 的浮動機構(gòu)進行測試。選取4組連接器（每組10個）進行對接試驗，控制試驗變量，確保結(jié)果準確，其測試結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，該浮動機構(gòu)兼容最大范圍為 0.2mm 超過 0.2mm 時，對接成功率下降，表面損傷加劇。

表2工作位解鎖后浮動的浮動機構(gòu)測試結(jié)果

4結(jié)論

本文所設(shè)計的兩種浮動機構(gòu)具有以下特點： ① 機構(gòu)采用機械模塊式組合，利用錐面配合和彈簧復位，使工作后的連接器精準回到理論工作位置。該設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，能在復雜工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運行。② 浮動機構(gòu)設(shè)計簡單，可在水平面和豎直面內(nèi)自由浮動，降低了制造與維護成本，且能適應多種測試需求。③ 機構(gòu)結(jié)構(gòu)可通過合理改變，應用于類似場景，具有良好的通用性與可擴展性。

參考文獻

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（編輯林子衿）