齿轮箱装配工艺分析（共5篇）
齿轮箱装配工艺分析 篇1
0 概述
齿轮机构是应用最为广泛的传动机构之一。可以用来传递空间任意两轴之间的运动和力, 具有传动功率范围大、效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点, 在各个行业得到了广泛的应用[1]。
CATIA是法国达索公司 (Dassault System) 推出的高级计算机辅助设计、制造和分析软件, 三维特征建模功能强大, 可以进行复杂的三维零件的特征参数化造型和有限元结构分析, 广泛应用于航空航天、机械制造和汽车交通等领域。
现以微型电动轿车变速箱二道轴总成为例来进行分析。根据不同齿轮之间高度相似性的特点和CATIA强大的参数化功能建立了标准渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化模型, 进行约束装配后导入CATIA分析和仿真模块进行CAE分析, 根据CAE分析结果验证理论计算和设计的合理性。
1 齿轮模型、齿轮装配体和有限元模型的建立
a) 参数化齿轮模型和装配体的建立[2]:利用Catia参数化功能建立斜齿轮和齿轮轴, 通过装配模块装配生成二道轴总成装配体。
b) 赋予齿轮装配体材料:赋予齿轮装配体总成为钢 (Steel) 材料。
c) 网格划分和有限元模型建立:转化齿轮装配体到CATIA分析与仿真模块, 利用其先进网格划分工具 (advanced meshing tool) 对齿轮装配体进行网格划分, 齿轮装配体有限元模型及网格划分信息如图1所示。
2 施加载荷和约束
根据各个齿轮的受力情况和装配体总成的固定位置对模型施加载荷和约束, 对装配体两端施加除绕齿轮轴向旋转之外其余自由度的约束, 如图2所示。
3 齿轮装配体总成CAE分析
3.1 求解和有限元结果
把网格划分后的齿轮装配体转化到Catia中的有限元分析模块 (generative structure analysis) 进行求解, 得到变形位移图、应力云图等, 如图3所示[3]。
3.2 有限元结果分析
由于文中分析主要针对静应力计算, 所以仅考虑齿轮弯曲疲劳和齿轮轴的疲劳强度。
a) 输入条件
本设计中, 材料选择为20CrMnTi, 并经渗碳, 淬火或碳氮共渗, 齿面硬度为57～63HRC;精度等级为6级。按硬度下限值, 由机械设计手册MQ级质量指标查得σHlim=1500MPa;由MQ级质量指标查得σFE=900MPa, σFlim=450MPa, 保证适当的有效层深, 心部硬度≥25HRC。
b) 齿轮轴强度分析及其轮齿弯曲疲劳强度分析
1) 齿轮轴强度分析:齿轮轴最大应力为σFlim=667MPa, 位于大齿轮与齿轮轴配合的齿轮轴外端, 齿轮轴两个不同大变形位置区域明显出现了与实际工作状态不符的情况, 这可能是由于算法问题导致计算无法收敛而造成的。根据实际工作情况和分析计算, 出现危险截面的位置在:与轴承内侧接触的齿轮轴过渡圆角区域 (过渡圆角和轴承配合产生应力集中引起的) , 与大齿轮接触的齿轮轴过渡圆角区域 (过渡圆角和齿轮安装配合产生应力集中引起的) , 齿轮中部位置 (齿根应力集中引起的) 。而在这些危险截面出现的最大弯曲疲劳应力为77.6MPa, 而20CrMnTi的弯曲疲劳极限为σ-1=480MPa, 最危险截面安全系数S达到6.18, 远大于静强度下的许用安全系数[S]=1.8。
2) 齿轮轴轮齿弯曲疲劳分析:齿轮弯曲疲劳极限应力为σFlim=450MPa, 安全系数取最高SFmin=2, 计算后的齿面应力为σFlim=158.76MPa, 齿轮许用应力422.6MPa, 从应力云图和位移变形图可以看出, 齿根最大应力为146MPa, 最大变形量为0.00702mm, 位于齿轮顶端。
c) 大齿轮弯曲疲劳分析
弯曲疲劳极限应力为σFlim=450MPa, 按照最高安全系数取SFmin=2, 计算后的齿面应力为σFlim=135.3MPa, 齿轮许用应力413.1MPa, 从应力云图和位移变形图可以看出:齿根最大应力为92MPa, 位于啮合大齿轮齿根部位;最大变形量为0.0141mm, 位于齿轮顶端, 与齿轮啮合中心距极限偏差、齿轮啮合间隙和齿面精度公差值基本保持一致, 能够与配对齿轮很好的啮合。
从上述数据可以看出, CAE分析数据要比利用经验公式求解的结果要小, 这主要是由于在做齿轮CAE分析时没考虑:齿向载荷分布系数、齿廓齿轮的应力修正系数、齿形系数、重合度系数、螺旋角系数等修正因素和斜齿轮多齿啮合特点, 所以与经验公式取得的数值有一定的差距, 如果综合考虑以上因素, 计算结果应该基本一致。由经验计算和CAE分析结果可以看出, 齿轮弯曲应力远小于齿轮许用应力, 齿轮轴危险截面安全系数远高于许用安全系数, 齿轮弯曲疲劳和齿轮轴疲劳强度设计结果满足设计要求。
3.3 改进措施
设计结果虽满足使用要求, 但大齿轮轮齿变形量较大, 最大载荷运行时有可能引起噪声和震动, 为此, 要进一步优化速比和齿轮参数, 可以采用以下措施来降低轮齿最大变形量:增大模数和节圆直径, 采用变位系数, 加大齿形螺旋角, 改变压力角, 增大齿根部位圆角, 齿形修正等。轴的破坏大多为疲劳破坏, 对于其他过渡圆角部位的应力集中现象, 应提高轴的疲劳强度, 要力求降低应力集中和提高轴的表面品质。降低应力集中的主要措施有:加大圆角半径, 减少直径差;用内凹圆角加大圆角半径;设中间环加大圆角半径;加退刀圆角等。提高轴表面品质的主要措施有:降低轴的表面粗造度、进行热处理或表面强化处理等。
4 结论
主要针对齿轮装配体进行有限元分析, 集中叙述了利用CATIA软件进行有限元分析过程, 并分析了结果和提出了改善薄弱部位的措施。
参考文献
[1]吴宗泽.机械设计使用手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[2]郭越.基于CATIA的渐开线齿轮参数化精确建模与应用[J].延边大学农学学报, 2007 (2) :141-144.
[3]CATIA.CATIA V5R16 Help.Dassault System Co., LTD., 2006.
齿轮箱装配工艺分析 篇2
齿轮泵是依靠密封在一个壳体中的两个或两个以上的齿轮, 在相互啮合过程中所产生的工作空间容积变化来输送液体的泵。利用Pro/E软件对齿轮泵进行三维设计及装配仿真优点很多, 既可以方便地设计出齿轮泵的立体图、爆炸图, 使得齿轮泵立体概念清晰, 又可以对齿轮泵进行运动仿真, 对齿轮泵进行干涉检验, 并制作出齿轮泵运动的动画。
1参数化实体建模
齿轮泵是由端盖、泵体、传动轴、齿轮、螺钉、垫片等组装而成的。对齿轮泵建模前, 首先要对齿轮泵进行结构分析, 将齿轮泵分解成若干个基本特征, 这些基本特征可以通过Pro/E建模生成。端盖、泵体等零件可借助Pro/E的基本实体特征、工程特征等进行建模设计;而齿轮零件的建模则比较复杂, 本文采用参数化的建模方法来完成齿轮的创建。
由于渐开线圆柱齿轮的尺寸参数比较多, 并且各参数之间还存在着一定的关系, 因此, 需要利用Pro/E的关系式功能, 将齿轮各参数之间的关系添加到如下关系式中。
分度圆直径:d=mz .
基圆直径:dｂ=zmcosα .
齿顶圆直径:dａ=zm+2m .
齿根圆直径:dｆ=zm-2.5m .
其中:m为模数;z为齿数;α为压力角。
渐开线圆柱齿轮中渐开线的创建需要用到渐开线方程, 即:
2齿轮泵的装配
Pro/E提供的装配模块 (Assembly) 是专门用来组装零部件的, 用Pro/E进行装配时, 可以与产品实际的装配顺序相同, 也可以不同于实际装配顺序。可以将零件逐个装配, 最后组装成一个组件, 也可以先将各零件组装成子组件, 再将各子组件装配成完整的装配体。对于齿轮泵的装配, 可以先将主动齿轮和传动轴组装成一个子组件, 见图1, 最后将各子组件装配成完整的齿轮泵。齿轮泵最后的爆炸图见图2。
3齿轮泵的运动仿真
3.1运动仿真的实现方法
Pro/E软件的Pro/Mechanism模块是专门针对装配模型进行运动仿真的, 通过对装配模型的模拟仿真, 可以检查装配模型的运动是否满足设计要求, 检查装配体是否存在干涉现象, 也可以定性分析机构的运动特征。Pro/E软件对构件的运动仿真包括创建机构、定义伺服电动机、进行机构仿真、查看和分析仿真结果。在对机构进行仿真分析过程中, 上述步骤不是独立的, 而是相互关联的, 只有不断地完善装配模型, 改变机构的运动环境, 才会得到满意的仿真分析结果。
3.2齿轮泵的运动仿真
3.2.1定义齿轮副
齿轮泵装配之后进行运动仿真设计, 参与运动的零件或组件都是围绕某一轴线做圆周运动, 即齿轮泵运动的特征符合“销钉”连接定义, 所以在齿轮泵装配过程中可以采用“销钉”连接;另外它还符合一个高级连接定义“齿轮副”连接, 因此, 在设置仿真运动参数之前还需要设置一个“齿轮副”, 即齿轮泵的仿真运动实际是两齿轮的啮合。这里需要定义两啮合齿轮的连接轴, 并设定节圆直径为Φ42mm, 这样才能使得两齿轮以正确的传动比运动, 如图3所示。
3.2.2定义伺服电动机
定义伺服电动机的目的是对机构施加力或力矩的作用, 使机构产生指定的运动。本文齿轮泵系统的伺服电动机需要定义“连接轴”, 选取主动齿轮的连接轴; 另外需要定义运动函数, 即将“模”选项设置为常数, 在 “A”编辑框中输入10 (10代表主动齿轮轴的转速) , 完成伺服电动机的定义后, 机构中会显示出电动机的标志。
3.2.3建立运动分析并进行运动
对齿轮副和伺服电动机定义完成之后, 单击分析菜单下的“机构分析”按钮, 出现“分析定义”对话框 (见图4) , 将终止时间设置为40s, 单击“运行”按钮即可观察到齿轮泵机构的运动情况, 检验两齿轮啮合情况, 观察有无干涉现象。同时, 打开“动画”对话框, 对齿轮泵机构的运动情况进行回放, 单击“捕捉”按钮可以将齿轮泵的运动仿真情况制作成多媒体动画。
4结束语
利用Pro/E软件不仅实现了齿轮泵的三维实体建模, 而且也实现了齿轮泵的装配及运动仿真分析, 将分析结果输出, 并制作成视频格式的文件。这有助于用户更好地完成齿轮泵的设计, 能够大大简化齿轮泵机构的设计开发过程, 在提高工作效率的同时也提高了齿轮泵产品的质量。
参考文献
[1]吉宁, 张惠茹, 周超梅.Pro/Engineer的齿轮参数化设计系统[J].机械工程师, 2009 (3) :73-74.
[2]杨林建.基于Pro/E的新型齿轮泵设计[J].流体机械, 2009 (8) :34-36.
汽车装配工艺规划及相关技术分析 篇3
关键词：汽车装配,工艺规划,装配技术
交通行业的不断发展拓宽, 车辆的使用量大幅提升。材料、电子设备和能源是汽车产品的必备要素, 在社会的不断发展中, 推动着制造产业的发展。社会经济水平的不断提升, 人们对汽车产品有着更高的要求, 逐渐向个性化、多样化发展。这种情况下, 为了满足人们的需求, 出现了批量生产的理念。批量生产流程, 更加注重工位的准确性与流畅性, 能够灵活运作, 满足市场的个性化需求。
1 汽车装配工艺的规划
1.1 装配前的处理工艺
在汽车装配的生产流程中, 首先要进行装配前处理, 这是总装模型的基础。在这个模块中, 要了解安装的准则与条件, 可以针对后续的装配工艺进行指导。虚拟装配工艺规划中, 要以单元为基础, 然后就是计算装配工作可能产生的误差, 并判断整个装配工艺是否合理, 通过这种方法, 能够检验汽车的虚拟装配的完整性, 保证其智能性功能。
1.2 虚拟装配工艺规划
虚拟装配工艺规划是汽车虚拟装配的核心内容。工作人员要利用计算机技术, 实现汽车的零部件配置, 保证汽车的特性和精准性都得到发挥[1]。整个过程中, 要注重汽车配件逐渐的约束关系。如果虚拟计算不能一次得到要求, 要进行多次设计, 通过汽车产品的数据管理, 统一融合计算机辅助设计、计算机辅助工艺规划和计算机辅助制造。
1.3 装配工艺卡与资源管理
在工艺卡与资源的管理中, 工作人员需要保持两者的数据与现场相一致, 从而发挥预期的效果。在设计工作中, 要对装配工艺卡管理进行交互模式设计, 该过程主要包括工艺卡浏览、编辑修改以及查询输出等, 除了这些内容, 还能够进行实时更改[2]。通过规划结构, 与企业的实际装配情况, 工作人员要对装配进行结果化工, 完成工艺卡的装配和示意图绘制, 结束装配作用。最后是资源的管理, 工作人员明确资源的管理单位, 做好分配和流动, 发挥其使用价值。
2 汽车装配技术分析
2.1 柔性装配系统
在人们的个性化需求中, 汽车产品的功能也逐渐增加, 在此影响下, 市场的生命周期有减小趋势。工作人员对这种现状进行分析, 明确汽车装配人员需要较高的技术水平, 在实际装配工作中, 可以适应复杂的环境, 熟练应对多种车型的生产要求。从结构分析的基础上, 柔性装配系统, 主要能够分为两个内容, 一是柔性装配单元, 二是柔性装配系统。针对柔性装配单位, 工作人员主要借助一台或是多台机器人就可完成装配工作, 而针对柔性装配系统, 则需要固定传送机构, 并同步多工位的柔性装配系统。
2.2 计算机辅助技术
计算机的技术发展, 在多个行业得到了较好的运用, 先对其在汽车产品装配中的运用进行阐述。计算机辅助技术是装配工艺中主要使用的技术, 能够较好的协调各个阶段的设计工作。其中影响力最大的技术是CAD, 这种技术手段主要是计算机辅助设计与制图, 通过计算机系统, 完善设计, 有针对性的分析。
目前计算机技术得到了较好的运用, 汽车装配的工具和软件都得到较好的发展, 能够解决装配工艺中存在的问题。计算机辅助技术的应用, 能够简化计算图形, 将工作人员从繁琐的结构设计解放出来。从目前的应用情况分析, 我国CAD制图软件得到了有效的开放, 工作在这种技术应用下, 更加高效且高量的完成装配工艺[3]。一般情况下, CAD系统由硬件和软件组成发, 其中硬件设备发挥着重要功能, 主要内容有运算设备、图形显示设备以及外音设备等, 软件主要是由系统支撑, 通过专业和系统的应用软件构成。从功能上分析, CAD软件具有强大且多样化的功能, 容易丰富系统不足, 更好的满足汽车的装配工艺需求。
2.3 人工智能技术
汽车生产与制造业的发展, 我国汽车装配工艺, 在技术取得较为成功的进步。人工智能的运用, 较好的提升技术应用效果, 更快的完成装配工作。在汽车装配过程中, 人工智能技术可以降低生产强度, 提高整体的生产水平, 保持安全生产[4]。在生产事故的预防中, 这项技术也发展着较大的影响力。从目前的情况分析, 我国针对人工智能的使用, 仍与国外存在一定差异, 但也会不断进度, 汽车的安全车轮、车门等简单的操作, 都可以通过人工智能完成, 未来技术更加完善后, 可以完成更复杂的装配工作。
3 结束语
汽车装配工艺规划与技术是汽车生产中的重要工作, 工作人员要掌握工艺流程, 然后选取有效的技术。整个过程要避免出现失误, 以免造成经济损失。随着技术水平的不断提升, 装配工艺与技术都得到改善, 汽车生产更高效、高质, 为人们提供多样化的服务。
参考文献
[1]徐志佳, 李原, 余剑峰, 等.复杂产品三维装配工艺微规划层进对象模型[J].计算机集成制造系统, 2011, 17 (4) :701-710.
[2]严舰.虚拟制造技术在汽车装配工艺中的应用研究[J].电脑编程技巧与维护, 2013, (20) :83-84+105.
[3]贾晨辉, 李云峰, 夏新涛.数字规划验证在汽车装配规划中的应用[J].制造业自动化, 2009, 31 (4) :37-41.
飞机制造企业中机械装配工艺分析 篇4
关键词：飞机制造,装配内容,工艺装备,生产线
飞机的完成需要一个机械装备的过程, 但是对于一些企业来说想独立完成飞机的机械装备是比较困难的。一般企业很少拥有完整的装配设备, 而所有的设备技术不够新颖, 因为飞机制造需要涉及许多方面的知识, 对于设备的研发耗时又耗力, 但是时代的发展对于飞机的结构与功能也有了更多要求, 所以需要投入更大的资金与精力来研发飞机制造的设备与技术, 但是对于机械装备的工艺也需要改进。
1 飞机制造机械装配工艺现状
1.1 我国关于机械制造的技术还不够先进。
现在的机械制造大多采用自动化技术, 但是我国的自动化技术发展的不是很理想。飞机制造的产量相比于汽车少了很多, 在自动化装备过程中更是没有汽车先进, 我国的飞机机械制造自动化还有很大的进步空间。这些年来技术不断的创新, 而我国的工程机械发展的也非常快, 虽然照以前进步了许多, 但是机械装备的工艺水平相比于国外来说还很落后, 整体水平也比较低。
1.2 在机械制造中所使用的设备计较落后。
工欲善其事必先利其器, 这说明在机械制造工艺中使用的设备是非常重要的, 即使很先进的技术没有相应的设备能够把技术体现出来那也没有用。应用先进的工艺设备配合先进的工艺手段, 飞机机械制造速度会提升很多, 而且在装配中焊接技术对提高装配的速度非常重要。焊接设备是在机械加工中比较常用的设备, 但是在装配的过程中焊接等设备是不包括在内的。
1.3 工人劳动量过多, 劳动强度大。
造成工人劳动量多、劳动强度大的原因是因为在飞机机械装配中工艺技术的低下和自动化程度低的原因。在进行工程机械装配的时候工人需要进行工件的搬运还需要对工件进行配合调整, 这也是工人劳动的内容。一些大型的工件利用起重设备来协助完成, 但是因为起重设备的自动化程度不高所以主要劳动力还是来自于工人。一些比较轻的工件就需要人工来完成, 虽然工件轻但是量多, 所以工人劳动量还是很大的。
2 飞机机械装配内容和工艺基础
2.1 飞机机械装配的内容。
飞机机械装配工艺是整个制造企业的核心过程, 制造企业制造各种器械包括飞机的制造。在农业、运输等行业中所需的机械产品也是制造产业所制造出来的。制造产业与国民经济关系紧密, 化工、冶金等设备都需要制造企业来制造。机械装配是机械装配工艺中的核心, 然而机械装配的合理性更是核心的重中之重。
2.2 飞机机械装配工艺基础。
机器装备是整个机器制造过程中的最后一个步骤, 而装备的好坏也直接影响到机器的质量。即使是合格的工件但是因为装配的不恰当, 装配出的机器也可能是不合格的。而一般的工件利用高超的装配工艺来装配, 装配后的机器质量可能会很好。机器装配并不单指把散碎的部件组装成整体也有对部件进行检查的作用, 如在装配过程中发现存在设计上或者质量上问题的部件要及时更换, 这样也可以保证最后装配的成品是合格的。所以机器装配工艺也可以说是机器生产检验的最后一个环节。而在装配工艺的过程中还包括:校正、调整与配作、清洗、连接、平衡、验收试验、油漆及最后的包装等方面的工作。
3 飞机机械装配中的工艺改进
机器装配工艺是机械制造的最后一个过程, 也是最重要的一个环节, 而这个环节直接决定机械制造成功与否。机械装配工艺决定了机械制造后产品的质量, 所以对于飞机机械装配的工艺进行改进是非常有必要的。加入所有的部件都是合格的, 但是在最后的装配过程中没有装配好, 装配后的产品质量可能就是不合格的。所以提高制造企业机械装配工艺精湛度即加以改进, 才能引导企业可持续的发展。
3.1 输送过程实现自动化。
输送过程中的全程自动化是指在质量能够得到保障的前提下, 来提高装配效率和减轻工件操作者的劳动强度, 是生产企业的一种追求。因此所采用的输送技术是最比较关键的步骤。机械自动化输送的发展, 会逐步运用到工程机械的部装生产线与轻型零部件装配工序, 并形成生产流水线, 从而大大降低劳动者的劳动量, 进而降低企业的成本。一些大型工程机械的操作则一定要借助机械的操作, 所以笨重固定式的工件装配还将长期存在。
3.2 设备具有流动性。
自动化的装配生产线大大的提高了效率和产能, 但多种类小批量却是工程机械生产的固定式装配的特点。具有流动性设备的自动化设备能改善效率低的缺点, 采用装配生产线可提高效率, 但应采用流动性的, 一定的流动性, 能够实现不同产品或不同批量的装配。另外在设计装配生产线时, 应尽量考虑企业所生产的不同产品在结构上的一些特点, 从而可使生产线最大程度的满足多产品的装配需要, 或通过所配置的更换支架、工装等来实现不同产品的装配需要。最后还要考虑生产线的生产节拍应一定范围内是可以调整的, 以此来满足不同产品的装配时间。
3.3 操作过程中人性化的体现。
在机械装配中, 通过输送的自动化, 使操作实施更加人性化, 从而减少操作者对工件的搬运, 减轻操作者的劳动强度, 这是人性化的一种体现。自动化机械的应用提高了效率的同时也降低了操作者的劳动强度。但操作系统对环境清洁度的要求也是较高的, 所以装配车间配置空调也是很现实的, 这使工人的操作环境也有所改善, 这种人性化的应用也使工人更加舒适, 从而使生产的产品质量会处于更好的状态。由此看来人性化是企业发展的一种必然趋势。
3.4 机械装配效率提高。
机械装配效率的提高, 即设计工艺与手段的提高, 可使机械工件的加工精度和配合精度不断提高。机械装配过程中零件加工要达到设计要求, 避免或减少了选配修配配焊等耗费时间的工序, 在加流水线的应用可使装配生产效率有很大的提高。合理的工艺是提高装配机械效率的基础和保障。所以, 机械装配效率的提高是企业增加核心竞争力的有利手段, 也是发展的必然趋势。
结束语
飞机制造企业的生产与管理方式代表着制造业的先进发展水平, 而我国现阶段制造业还面临着诸多问题, 发展形势严峻, 这就要求我国要应用现代化的技术力量, 快速军机研制与批量生产能力也是很重要的。所以, 在飞机制造的过程中, 引进国内外高水平的先进的生产发展水平和管理技术。这也是实现飞机制造机械整体水平保证的前提基础性工作。而且能够降低制造的成本, 带给企业更大的经济效益。我国在此方面的发展还有很长的路要走。
参考文献
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[2]张大治, 田锡天, 贾晓亮, 李洲洋.飞机典型装配工艺挖掘技术研究[J].机械与电子, 2006, 7.
[3]丘宏俊, 陶华, 高晓兵.飞机数字化装配若干问题的思考[J].航空制造技术, 2006, 10.
[4]贾晓亮, 田锡天, 黄利江, 张振明, 高强.飞机制造工艺信息系统关键技术研究与实现[J].航空制造技术, 200.
齿轮箱装配工艺分析 篇5
随着科学技术的不断发展,机械装配工艺的自动化水平日益提高,精细化管理越来越得到重视。下面笔者将结合自身的工作经验,就机械装配现代化工艺的经验进行总结。
1 将精益六西格玛运用于装配线的改进
精益六西格玛是精益生产与六西格玛管理的结合,其本质是消除浪费。首先要明确开展精益六西格玛活动的根本目的在于通过精益六西格玛活动来降低企业成本。质量问题越早被发现,修复问题的企业成本就越低,具体要重点关注如下3个方面:
(1)消除质量缺陷。传统装配方式大量使用冲击式工具和手动扭矩扳手(即卡嗒扳手),在装配线上由于人员操作等因素可能会出现如下问题:1)装配时使用错误的紧固件导致的质量问题。装配或者说拧紧的根本目的在于获得合格的夹紧力,扭矩控制只是获得夹紧力的一种方式而不是最终目的,扭矩合格不等于夹紧力合格,不同的紧固件由于摩擦系数、有效螺纹个数等因素导致即使扭矩一样夹紧力也会有很大的区别。2)操作人员在达到目标扭矩前过早松开工具扳机导致的扭矩偏低。传统装配方式中经常使用气动或手动工具,这种生产方式实际上将质量依赖于操作者的技能水平和责任心。3)使用错误的工具或未正确校准的工具。如冲击式工具,由于其无反作用力且价格便宜,在装配工艺中大量使用,拧紧结果无精度可言。正确的装配首先要确保使用了合适的生产工具。4)忘记安装连接部件,如垫圈等。垫圈或密封圈等小部件漏装在装配中是较常见的现象。5)操作人员漏拧螺钉。在螺栓数量较多或需要操作者按固定顺序跳拧螺栓的时候尤其容易发生这类问题。6)使用了不合格的螺栓或部件导致的假扭矩问题。螺纹中经常会混进杂质或有毛刺,在拧紧过程中如果不注意清理会导致摩擦系数增加,对应的实际获得夹紧力就会减少。扭矩合格而夹紧力不合格的现象,就是我们常说的假扭矩现象。以上6大装配错误是最典型的装配问题,因上述错误而导致的产品质量缺陷,均可以通过采用角度监控方法来侦测。角度监控是指通过使用带扭矩传感器与角度传感器的电动工具,对拧紧过程实现实时监控,一旦有上述几类问题发生,工具马上自动报警。第一时间发现问题,就能以最小的企业成本解决问题。
(2)提高生产效率。生产效率强调的是整个生产过程,传统的装配工艺一般分为几个阶段:首先,使用快速的冲击式工具进行预拧紧,然后通过手动扭矩扳手进行扭矩的确认,最后使用记号笔标记。这其中对单个螺栓实际上需要操作3次,为了获得机械装配工艺的高效率,重点是尽可能地避免多步操作。通过使用先进的装配手段完全可以实现“一次拧紧合格”,先进的装配手段指的是高级的拧紧工具与科学的质量控制流程。其次,根据工位的特点来选择尽可能快速的工具。并不是转速越快的工具生产效率就越高,如在高预制扭矩的工位上(如自锁螺母和尼龙螺母),采用冲击式工具往往适得其反,需要花费更多的节拍时间,而直接驱动工具所需的拧紧时间远远少于采用脉冲式工具。最后,是生产现场的合理规划。车间的布局是否科学也起关键的作用,如物料摆放是否合理、操作人员在工作区域的移动等,这些因素都会对生产节拍产生影响。如何尽可能地减少工作场所内多余的活动,最大程度提高生产节拍是规划布局时最重要的原则。
(3)人机工程。人机工程不仅有利于预防工伤事故的发生,减少企业员工职业病的医疗支出,更重要的是有利于提高生产效率和产品质量。如果工位设计符合人机工程特点,那么将会使操作人员感觉到操作舒适,并且将会提高产品质量和劳动效率。具体说来,好的人机工程设计需要考虑诸多因素,如何选择适用于工位的最佳工具无法一概而论。工具种类繁多,有手枪式、直柄式、弯头式、固定式等,在选择时要考虑工人的操作习惯。
2 扭矩衰减的减少和拧紧工艺的确定
扭矩衰减是发生在微观层面的塑性形变导致的,无法避免,但可以通过一些手段减少对装配质量的影响。当装配过程中确定拧紧工艺时,必须考虑衰减带来的影响,一般可以采取如下方法来减少扭矩的衰减,如二次拧紧、使用多步拧紧策略、零速保持等。要注意的是,使用弹性垫片或防松胶并不能减少扭矩衰减造成的影响,这涉及螺栓松动的另一个问题。影响摩擦力的因素较多,这就要求设计部门在确定拧紧工艺时,将影响摩擦力的多种因素都考虑进去,如是否使用垫片、螺纹的加工误差、是否有油污等。
3 拧紧策略的选择
不同的拧紧策略适用范围和优缺点不同,这就需要具体情况具体分析:(1)扭矩控制。扭矩控制具有使用经验丰富、容易实现不同精度等级的控制、过程和设备的有效校验过程比较容易等优点,但同时也具有夹紧力的精度很差、螺栓能力利用率低、没有根本办法防止螺栓断裂等不足。(2)角度控制。角度控制又分为弹性区域的角度控制和塑性区域的角度控制2种,它具有过程和产品的有效性相对容易检查、螺栓利用率较高、相对容易实现、现场维修成本和精度可以接受等优点,但同时也具有无法使用扭力扳手复紧来校验、必须做一些连接分析/实验室分析工作等不足。
4 装配系统联网的实现方法
目前实现装配系统联网的方法(下转第79页)主要有以下几种:通过专业工具厂商提供的数据采集软件单独构建拧紧数据采集网络;通过现场总线技术;通过使用厂商提供的开放协议进行二次开发;通过控制器的配套软件中包含的报告形式进行文本的存储;通过人工连入控制器中下载历史数据。
5 动静态扭矩的差别与检测手段
由于惯性或扭矩衰减的影响,导致静态扭矩和动态扭矩存在一定的差异,这就要求工艺制定人员对两者的差别进行准确区别和掌握,从而选择合适的拧紧策略。静态扭矩的测定方法是用力矩扳手直接测量螺栓上的扭矩,动态扭矩的测定方式是使用在线式传感器连接在工具输出头上直接测量。工艺人员有时会将两者的差异混淆。对于装配线来说,最重要的是保证合格的静态扭矩。动态扭矩是作为控制静态扭矩的参考,毕竟静态扭矩检测是一种破坏性检测,无法全检,因此建议采用静态扭矩抽检与动态扭矩检测相结合的方式。
6 装配工具精度与认证
不同种类的装配工具具有不同的实验方法与检测标准,不能笼统地以精度来比较。这其中会有一定的误区,比如某工位要求静态扭矩精度为±5%,而手动扳手厂家提供的精度认证为±3%,一般工艺人员就认为可以在该工位使用手动扳手。要分析这个问题首先要搞清楚两者谈的精度是否基于同一检测条件。手动扳手的认证标准为JJG997,是将手动扳手置于实验台上通过手轮缓慢加载,比较传感器与手动扳手设定值得出精度。而实际生产中人为误差的影响是非常大的,不可能像测试时缓慢加载,所以一般手动扳手实际精度往往会达到±10%左右,具体可以参考VDI2230等国外标准对拧紧系数的定义。动力工具在ISO5393测试标准下的精度往往会显得比较差,最好的拧紧轴类产品也只有±2.5%,但是动力工具不受人为因素等影响,最贴合现场实际情况。
7 结语
总之,装配工艺是一项复杂的系统工程,传统的装配方式已难以满足企业的需要,科学的装配手段和质量控制方式是装配发展的必然趋势。如上文所述,装配工艺是否合理受诸多因素影响,因此需要我们进行更深入的研究和分析。
参考文献