轿车合装技术开发及运用

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本文作者：梅世保作者单位：神龙汽车有限公司

1概述

轿车合装是指车身与底盘、发动机的装配。在规模生产模式下，轿车合装在流水生产线上完成。目前，国内外主要汽车企业的同一流水生产线基本只能完成同一系列车型的合装。在新车型频繁推出的今天，这种单一系列车型的合装模式显然不适应企业的良态经营与发展。在该背景下，柔性化合装模式越来越受到企业的重视，各种制约着柔性化合装模式的装备技术的创新将势在必行。

2柔性化合装模式的功能要求

柔性化合装模式是指在同一生产流水线上完成不同系列车型的车身与底盘、发动机的随机混流装配模式。因车型差异变化大，该模式生产线需满足以下功能要求。a.不同轴距车型的合装。b.不同动力配置车型的合装。c.不同底盘结构车型的合装。d.生产节拍98s。e.生产操作方便，安全可靠。

3柔性化合装关键技术的方案设计

实现柔性化合装模式功能要求，其核心问题是必须设计开发出实时可变的合装工艺装备，该装备通常称为柔性化合装托盘。经过对合装线输送系统的特点及各系列车型的差异性进行研究与分析，柔性化合装托盘的设计必须要解决以下关键技术问题。a.地面上底盘、发动机输送系统和空中车身输送系统是两个独立的输送系统，在动力总成与车身合装时，因系统误差大，装配困难。b.实现多系列车型的动力总成与车身的定位。c.实现不同轴距系列车型的后桥与车身的定位。d.人机工程技术因素。

3.1多系列车型动力总成共线柔性化装配快速定位技术方案

设计半正弦机构及分体导轨机构满足动力总成的X向位置变化要求。设计快换定位模块及浮动定位机构满足多系列车型的动力总成与车身共线柔性化装配定位要求。

（1）动力总成模块化定位技术及其设计原理

动力总成模块化定位技术，是指将发动机及变速器的定位装置分别设计成可迅速更换的定位模块，不同发动机模块与不同变速器模块可实现不同的定位组合，以实现不同动力总成与不同车身的共线柔性化装配的技术。采用集成化设计原理，将一种部件的定位功能集中在一个模块单元上。用一个模块实现发动机的定位，一个模块实现变速器的定位。用2个模块即可实现一种车型动力总成的准确定位。通过对17种系列车型动力配置的研究及分析，确定12种发动机模块、13种变速器模块即可满足其装配定位要求。为了便于快速更换模块，实现不同车型动力总成的定位要求，模块在浮动底板上的定位方式设计成两销一面式。模块上设计为定位孔，浮动底板上设计为有导向功能的模块用定位销（图1），以满足模块更换时间的要求。经试验，模块采用聚氨酯合成材料浇铸成形，其强度、韧性及硬度（邵氏95度）充分满足动力总成的定位及防碰伤要求，而且其质量轻，便于快速更换模块。

（2）浮动装配技术及其设计原理

浮动装配技术是指在产品装配过程中，使较重的部件处于浮动状态，在较小的外力作用下，使该部件与另一装配部件能迅速地寻到良好的装配位置关系。浮动装配技术适于尺寸链长、系统误差大的产品部件装配，尤其适用于空中与地面输送定位系统的车身与动力总成的合装。浮动技术设计原理：带模块定位销的浮动底板，支撑在X向移动底板上均匀布置的6个平面万向滚动球轴承上，在XY平面内能灵活移动与转动。在两个浮动限位销与限位孔的作用下，浮动底板的移动与转动被限制在Φ10mm的范围内（图2），以满足动力总成与车身合装时的连接点浮动对位安装要求。

（3）快速定位方案

图3左侧模型为雪铁龙品牌系列车型的动力总成合装位置图，此时半正弦机构处于自锁状态。通过更换发动机模块和变速器模块，在浮动机构的作用下，能快速实现雪铁龙系列车型动力总成共线柔性化浮动对位的合装要求。图3右侧模型为标致品牌系列车型的动力总成合装位置，在左图位置状态下，半正弦机构操作手柄，以逆时针方向绕回转轴旋转180°，在分体式导轨副的作用下，X向移动底板向后移动112mm。安装在X向移动底板上的浮动底板也移动112mm，进入标致品牌系列车型动力总成合装位置，此时半正弦机构处于自锁状态。通过更换发动机模块和变速器模块，在浮动机构的作用下，能快速实现标致系列车型动力总成共线柔性化浮动对位的合装要求。

（4）半正弦机构设计原理及其技术方案

a.半正弦机构设计原理。由半正弦机构往复运动原理图（图4）可推导出活动导轨上m点的运动方程：x=rsinθ+b(-π/2≤θ≤π/2)（1）该正弦函数图形如图5。将半正弦机构曲柄半径r设计为56mm，当θ=±π/2时，滑块行程为112mm，满足两大品牌系列车型的动力总成X向的位置变化要求。若以匀角速度ω操纵摆动杆，则m点的运动方程为：x=rsinωt+bm点的速度v为：=dx/dt=rωcosωtm点的加速度a为：a=dv/dta=-rω2sinωt（2）m点的速度v和加速度a的函数曲线如图6。从图6看出，当θ=±π/2时，滑块速度为零，但加速度最大，需要作用在手柄上的力也最大，滑块处于自锁状态。增加拉簧，使滑块自锁状态更加可靠。b.半正弦机构技术方案（图7）。操作手柄，使摇臂绕旋转轴O转动180°，固定在摇臂上的曲柄也绕旋转轴O转动180°，同时带动安装在滑块上的连接板在X向移动2r距离。

3.2适应不同轴距车型的可快速移动自定位平台技术方案

设计分体式导轨与偏心轮式半自动定位机构等部件，组成适应不同轴距车型的可快速移动自定位的平台系统（图8），保证4种轴距车型的后桥及油箱与车身共线柔性化合装的位置变化要求。在该平台的活动底板上，设计布置多功能组合定位机构，组成不同后桥与油箱的快速转换定位系统（图9）。通过变形组合，保证17种系列车型5种后桥及油箱与车身的快速、准确定位，满足其共线柔性化合装要求。

（1）分体式导轨机构原理及功能

为了满足17种系列4种轴距车型的后桥及油箱与车身共线柔性化装配功能要求，考虑到人工操作换位及设备系统刚性差等因素，经过底板载荷受力及导向功能分析，将导轨系统设计为分体式（图10）。上、下导轨仅起侧向导向作用，而不承受载荷的压力，导轨滑动面间的摩擦阻力几乎为零。平面承载轨由一定数量、均匀布置在固定底板上的驻点万向滚动球轴承和活动底板下平面组成，其功能是承担100%的重力载荷。该承载轨运动副间的运动是滚动，其滚动摩擦阻力小，保证了活动底板在人工作用下的灵活移动。分体式导轨的特点：结构新颖；移动摩擦阻力小，运动灵活；活动底板承载力大，受力均匀；导向精度及使用寿命高，运行可靠；具有安装精度自补偿功能，尤其适宜于刚性差的装备安装系统；制造成本低，安装、使用维护方便。

（2）偏心轮式半自动定位机构原理及功能

a.偏心轮式半自动定位技术方案（图11）

在图11c中，连接在固定底板上的下导轨上有4个轴距定位孔，用于4种轴距系列车型的后桥及油箱的位置定位。连接在活动底板上的轴距定位销在弹簧压力的作用下进入轴距定位孔中，使活动平台处于某种轴距车型的位置状态。右手操作固定在偏心轮上的手柄绕回转轴顺时针转动90°，在偏心轮的作用下，轴距定位销弹簧力退出轴距定位孔（图11b）。此时，左手快速移动活动底板至需要装配的轴距系列车型的位置（如图8中的车型轴距位置标识），松开偏心轮操作手柄，轴距定位销在弹簧压力的作用下自动进入轴距定位孔中，此时活动平台处于另一种轴距系列车型的位置状态。

b.偏心轮式半自动定位机构设计原理

由图11a可推导出定位销（或偏心轮回转孔中心）上M点轨迹的运动方程为：S=r（1-cosωt）（3）其中，回转轴中心至偏心轮中心之间的距离r=10mm，0°≤θ≤90°。当θ=0°时，定位销的行程S=0。当θ=45°时，定位销的行程S≈3mm，如图11a。当θ=90°时，定位销的行程S=10mm，此时定位销退出定位孔之外4mm，如图11b。在分体导轨的作用下，仅需很小的作用力即可移动活动底板，到达需要的轴距指示位置（如图8中的车型轴距位置标识）后松开手柄，在弹簧的作用力下定位销自动进入定位孔中（如图11c）。