全自动汽车离合器盖总成综合性能检测设备设计

王占礼，刘 亮

（长春工业大学 机电工程学院，长春 130012）

0 引言

汽车离合器是实现和切断汽车动力传递的关键部件，其性能的优劣直接影响到汽车的负载能力、安全性以及汽车的平稳性[1,2]。离合器盖总成是汽车离合器的最主要部分，按照汽车行业标准规定，盖总成在出厂前必须经过性能检测。汽车行业的飞速发展使得盖总成的需求量大大增加，人们生活水平的不断提高使得消费者对汽车的平稳性提出更高的要求，劳动力成本的不断上涨，使得传统人工生产线的利润快速下滑，综合以上因素，盖总成市场急需高效率、高精度、低成本的自动生产线来满足市场需求[3,4]。

最近两年，国内才开始开发盖总成自动生产线，还没有相关的产品研发成功。通过对自动生产线盖总成综合性能检测工位的研究，设计了检测设备的机械系统、控制系统和检测系统。机械系统主要包括柔性抓取机械手和主机两大部分，柔性抓取机械手可抓取直径φ275~φ430之间的所有产品，解决了原一种产品或少数几种产品就需要一种专用机械手的浪费问题。通过自动代分离轴承及锁帽结构避免了人工放置代分离轴承、锁帽的繁重劳动；同时，以代分离轴承及锁帽结构与工件同时放置的方式取代了原先放工件再放分离轴承最后放锁帽的操作流程，极大地提高了检测效率[5~7]。

1 检测设备的总体结构与工作原理

1.1 总体结构

检测设备由主机、搬运机构、控制系统、检测系统组成。主机主要实现对盖总成综合性能的在线检测；搬运机构完成盖总成在生产线托盘与主机工作台板之间的自动搬运；控制及检测系统分别完成试验动作的控制与性能检测。检测设备总体结构如图1所示。

柔性抓取机构通过可在径向及圆周方向任意移动位置的拉脚抓取不同型号盖总成；电动缸实现盖总成在竖直方向的往复移动，定位精度可达0.01mm；无杆气缸完成盖总成在水平方向的往复运动；液压缓冲器起水平方向缓冲及限位作用；压盘加载机构动力由伺服电机提供，传动方式为同步带加滚珠丝杠，滚珠丝杠通过推板把负载加到压盘上，完成对压盘力的加载；分离指加载机构同样为伺服电机通过同步带传动到滚珠丝杠，丝杠带动分离拉杆把力传到自动代分离轴承及锁紧螺母机构上，完成对分离指的加载。

1.2 工作原理

负荷特性曲线、分离特性曲线和升程特性曲线为盖总成综合性能检测最主要的三组特性曲线。

图1 检测设备总体结构

离合器盖总成在自动生产线上通过托盘运输，止动气缸及托盘定位机构将其准确定位至设备前方固定位置，无杆气缸带动柔性抓取机构运动至托盘正上方，电动缸将其准确停至最佳抓取位置，柔性抓取机构抓取完成后，经由电动缸、无杆气缸将盖总成准确定位至检测设备工作台板中心处；夹紧装置将盖总成夹紧，负荷电机将压盘加载至实际装车状态，固定连接于气缸安装板上的直流吸盘式电磁铁断电，自动代分离轴承及锁紧螺母机构与气缸安装板分离，落在分离拉杆上；锁紧螺母的气缸伸出，锁紧螺母合二为一卡住分离拉杆的颈部与其合为一体；分离电机带动分离拉杆向下运动，同时检测系统采集、记录数据并完成分离特性曲线和升程特性曲线的绘制，负荷、分离电机复位，分离试验结束。检测系统采集、记录负荷电机将压盘加载至设定行程过程中的数据，并绘制负荷特性曲线，负荷试验结束。工控机通过对该型号盖总成的所测值与合格指标进行比较，即可判断该工件是否合格，并通过人机界面进行显示，完成一次完整试验。

2 检测设备控制与检测系统设计

2.1 硬件系统设计

为满足生产线检测节拍、检测精度要求，需要检测设备不仅能够准确快速的控制位移和负荷，同时可实时采集位移和负荷信号，对系统的可靠性、实时性要求较高。结合上述要求及检测设备实际工况，硬件系统主要构成设计为：工控机、PLC、数据采集卡、位移传感器、负荷传感器、伺服驱动器和伺服电机。硬件系统结构框图如图2所示。

图2 硬件系统结构框图

工控机可提供良好的人机界面，完成数据处理，存贮被检测汽车离合器的参数[8]。每次检测时，工控机读取加载程序，通过I/O板通信将命令发送给PLC，PLC通过与工控机的通信控制伺服电机、气动元件等执行器件，使这些设备按照检测要求发出动作。数据采集卡采集位移传感器、负荷传感器的数据并传递给工控机，工控机经过数据分析后，将试验结果以曲线的形式实时输出。

2.2 软件系统设计

Visual C++作为可视化开发软件，为软件开发提供了强大的图形界面功能，在数据采集领域得到了广泛应用[9,10]。软件系统采用VC++作为开发平台，对采集到的数据进行必要的处理，同时将数据存入数据库。检测设备抓取过程软件流程图如图3所示，检测过程软件流程图如图4所示。图3、图4可以清楚的表达检测设备的整体工作流程。检测设备人机交互界面如图5所示，在该界面中，用户可以直观地观察测试曲线和各测量参数的实时值，而且可以方便地对系统进行控制。

图3 抓取过程软件流程图

图4 检测过程软件流程图

图5 人机交互界面

3 检测结果

按照检测要求对检测设备进行了检验和使用，其技术指标达到：

压盘负荷：0～50kN 检测精度：±1.0%(F.S)；

压盘位移：0～20mm 检测精度：±1.0%(F.S)；

分离指负荷：0～10kN 检测精度：±1.0%(F.S)；

分离指位移：0～20mm 检测精度：±1.0%(F.S)。

盖总成负荷特性曲线和分离特性曲线具体试验结果如图6所示，由试验结果可以看出，系统控制精度较高，满足检测要求。

图6 负荷特性曲线及分离特性曲线

4 结论

设计的全自动汽车离合器盖总成综合性能检测设备能够完成直径从φ275~φ430之间多种型号盖总成的自动检测，大大降低了盖总成检测过程的劳动强度，提高了检测精度，同时，自动代分离轴承及锁帽结构实现了与工件的同时放置，极大地提高了检测效率。

[1]徐石安.汽车离合器[M].北京:清华大学出版社,2005.

[2]王占礼,郑泽斌,李静,邵春平.汽车离合器盖总成检测试验台设计[J].制造业自动化,2012,(10):49-52.

[3]王巨涛.汽车离合器盖总成综合性能检测机结构误差分析与综合[D].天津理工大学,2010.

[4]王天然,刘海波.自动化制造系统的产生与发展[J].信息与控制,2000,(06):481-487.

[5]张俊权.关于工业自动化控制的现状及其应用趋势的分析[J].科技创新与应用,2014,(04):70.

[6]王建军.搬运机械手及PLC控制系统设计[J].液压气动与密封,2010(10):16-18.

[7]孙振燕.气动搬运机械手的机械结构设计思考[J].装备制造技术,2014(03):126-127.

[8]王起.论PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法[J].广西轻工业,2011,(01):60-61.

[9]孙鑫,余安萍.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社,2006.

[10]张邦成,张玉玲,王占礼,杨慧香.汽车离合器从动盘拖曳分离测试机软件设计[J].机械设计与制造,2011,(09):203-205.