一种离合器自动装片机的研制

0引言

离合器是汽车动力传动系统中的一个重要部件,其作用是在发动机和变速器之间实现动力的切断和连接,从而保证汽车的平稳起步、换挡和制动。离合器的工作原理主要是利用摩擦力来传递或中断动力,因此,离合器的结构和性能直接影响汽车的性能和寿命,需要及时维保。油浸式多片式离合器尺寸小,通过多组摩擦片和钢片共同作用提高摩擦力(图1),在变速箱油的润滑和散热保护下使用寿命较长。该汽车离合器拆解后,其再次组装必须要将摩擦片、钢片交替套入带花键的从动轴上,不得错位。国内汽车离合器装配线的摩擦片组装工位是生产线上生产节拍最长、不合格率最高的工位^[1]。该工位的主要问题如下:装配零件规格的选择以及装配结果的判断都是人工完成,极易因工人疲劳或不认真而出错。实际工作中,常常因装错顺序(正常顺序是:摩擦片、钢片、摩擦片、钢片……摩擦片)、装片错位而导致不入槽、不到位等现象出现,造成了返工,降低了工效。如果错误的装配流入下道工序乃至最后工序,将很难被发现,从而带来缺陷产品,甚至造成巨大的损失^[2]。

鉴于此,研发一种自动装片机很有必要,一能避免装错顺序,二能避免装片错位,可以节省时间,提高工效。

1 离合器正常上片顺序

将内齿毂、活塞、回位弹簧、弹簧支撑板按顺序装好后,正常上片顺序如下:摩擦片、钢片、摩擦片、钢片……摩擦片。而且一组摩擦片周边内孔都要一致对准,其中心孔齿槽要与从动轴花键齿槽对应,钢片外缘齿与内齿毂要相配合^[3]。

2 装片机结构设计

整个装片机由底座、龙门式机械手、摩擦片承托台、钢片承托台、定位装置、气动吸盘、多台驱动电机、限位开关、可编程序控制器及控制面板等组成,如图2所示。

2.1整体结构

整个装片机底座内部装有摩擦片托台和钢片托台的驱动电机和电路,其上从左到右布设有钢片托台、内齿毂及活塞组件、摩擦片托台三个盘片放置位。这三个放置位后方是龙门式机械手,它由步进电机驱动做横向移动,由气压驱动气缸带着吸盘做升降运动。为使摩擦片、钢片准确装入内齿毂,在组装体的后方设有内齿毂组件的定位装置(图2之13)。

2.2摩擦片托台

如图3所示,摩擦片托台 由托盘 (中心孔开螺纹)、传动螺杆等组成。直流电机经蜗轮蜗杆减速后驱动传动螺杆使承载一组摩擦片的托盘上下运动,其运动范围由上、下限位开关决定。三根导杆(其直径略小于摩擦片边孔)固定在底座上,从托盘的三个孔穿过,导杆上端是圆锥状的,将摩擦片边孔大致对准导杆即可轻易装入托盘。

2.3钢片托台

如图4所示,钢片托台也是由托盘(中心孔开螺纹)、传动螺杆等组成。直流电机经蜗轮蜗杆减速后驱动传动螺杆使承载一组钢片的托盘上下运动,其运动范围由上、下限位开关决定。三根导杆(其构成的外圆直径略小于钢片内孔直径)固定在底座上,从托盘的三个孔穿过,导杆上端也是圆锥状的,还有一根定齿槽用的小导杆位于外侧一些。将钢片外齿槽大致对准小导杆、内孔对准三根导杆即可轻易装入托盘。

3控制程序设计

自动装片机的控制程序是为完成正确的组装工艺流程服务的,所以首先要明确组装工艺流程。

3.1组装工作流程

自动装片机正常运行流程如图5所示,装片机首先处于待机状态即复位状态,此时机械手在X轴A点、Z轴上限位置(X14),两托台均在下限位置。按下启动开始按钮,两承托台在电机驱动下上升到上限位;机械手沿X轴从A点移动到B点位置;然后气压驱动双气缸推杆下降到Z轴的下限位(X15),摩擦片气压吸盘Y13得电并保持,吸住摩擦片,与此同时钢片气压吸盘失电释放钢片;然后上升至B点;机械手从B点移动到A点,沿Z轴向下运行到下限位(X15)停,摩擦片气压吸盘失电释放摩擦片,与此同时钢片气压吸盘得电吸住钢片;然后上升至Z轴上限位(X14);再判断一下摩擦片是否达到组装数,如果没有,机械手接着沿X轴从A点移动到B点位置……如此周而复始进行,如果达到组装数,则等待启动按钮再次按下,开始新的一组安装。每一组循环动作,最后确保摩擦片在最上层。

3.2程序流程图

根据工作流程图5中IO端口配置,可以制定如图6所示PLC程序流程图,其中手动控制程序是调试用的。X3是自动、手动选择开关,置1为手动,置0为自动;X0/X1/X2分别对应开机、停机、启动按钮。在自动流程上,机械手先返回A点(即归零位),然后依次是右移到B点、下降到Z轴下限位(X15),吸摩擦片、放钢片,上升到B点,左移到A点,下降,释放摩擦片、吸住钢片;然后上升到Z轴上限位(X14),此时判断放摩擦片次数(C0),如达到设定次数(10次)则返回自动归零态(S1),否则右移到B点,下降,吸摩擦片、放钢片,上升,右移到A点,下降,释放摩擦片、吸住钢片……如此循环不已。

为了精准控制盘片投放位置,X轴方向的移动使用步进电机控制,到位与否使用光电式行程开关来判断。此外,使用步进电机也方便调整X轴向速度,从而控制一整套动作周期时长。

4研制效果

本新型设计通过导杆的引导,很容易将摩擦片、钢片装入相应的托台,它们在龙门式机械手的抓取、释放过程中只做平移运动,保证按正确姿态和顺序装入内齿毂等组件中,不会被卡住。经过试验检测,该自动装片机克服了装片装错顺序或装片错位而导致的不入槽、不到位等问题,消除了返工现象,提高了工效,减少了人工使用。经实测,一般组装一台离合器摩擦片组用时为50多秒,是人工用时的1/3不到,速度大大提高。

5结束语

本次研制的自动装片机达到了预期效果,解决了离合器装配生产线摩擦片组装工位上的自动化问题,但离合器装配生产线还未实现完全自动化,还需要针对离合器装配生产线其他未自动化的工位开展研究和试制,争取实现更多环节的自动化。

[参考文献]

[1] 时海阳,程金石,亓登海,等.离合器装配线摩擦片组装工位改进设计 [J].大连工业大学学报 ,2017,36 (4):304-308.

[2]黄泽民.防错技术在摩擦片组装配中的应用[J].理代制造工程,2014(11):97-99.

[3]刘利胜,刘成.汽车自动变速器原理与维修[M].2版.北京:中国劳动社会保障出版社,2009.

2024年第20期第9期