组合压头在轮毂轴承单元分装中的应用

汪卫刚，王伟，闫金

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

引言

传统轮毂总成结构和轴承单元轮毂总成结构有所区别。传统结构装配一件油封，装配方向为一个方向；轴承单元结构装配两件油封，装配方向为两个方向。这导致了按照传统工艺方案，在整个轮毂总成分装过程中需要两次翻转动作，劳动强度极大；生产效率低；且采用手动浮动压头，定位、导向精度较差。公司也组织了通过设备投入改善该分装过程劳动强度的问题，但投入预算很高，仅翻转机投入约12万，加上相关自动化线体、自动注脂等设备，总额超过100万元。为降低劳动强度、提高生产效率、提高装配质量，同时降低制造成本，我们重点对装配工艺方案做了对应分析和改善，并应用了装配组合压头的方案，以达成预期效果。

1 轮毂轴承单元简介

轮毂轴承是汽车的关键零部件之一，它的主要作用是承载重量和为轮毂的转动提供精确引导，轴承不仅承受轴向载荷，同时承受径向载荷。

传统轮毂总成由两套圆锥滚子轴承（或球轴承）组合而成，轴承的安装、涂油、密封及游隙的调整在生产线进行。此结构装配困难、成本高、可靠性差。（见图1：传统轮毂总成示意图。图2：内侧圆锥滚子轴承）。

轮毂轴承单元将两套圆锥滚子轴承做在一体，具有组装性能好，可省略游隙调整、重量轻、结构紧凑、载荷容量大、为密封轴承事先装入润滑脂、省略外部轮毂密封及免于维护。（见图3：轴承单元结构轮毂总成示意图。图4：轴承单元）。

图1 传统轮毂总成示意图

图2 内侧圆锥滚子轴承

图3 轴承单元结构轮毂总成示意图

图4 轴承单元

2 工艺方案

2.1 原工艺方案简介

2.1.1 原工艺流程示意图

图5 原工艺流程示意图

原工艺方案分装轴承单元轮毂总成，整个分装工序包含11个主要工步。（见图5：原工艺流程示意图）。

2.1.2 工装方案介绍

原工艺方案分装轮毂总成中，外侧油封压装工装的受力面、定位面、导向面，分别为三个面（见图6：外侧油封工装）。内侧油封压装工装的受力面、定位面、导向面为两个面（见图7：内侧油封工装）。

图6 外侧油封工装

图7 内侧油封工装

2.1.3 原工艺方案存在的缺点

1）劳动强度大，操作动作频繁。共计11个主要工步，工序节拍106s。其中，每1件轮毂总成，就有2个翻轮毂总成的工步。轮毂总成重量约39kg，人工劳动强度极大。

2）工艺可靠性差。压头均为手动浮动压头，自定位效果差。特别是外侧油封的压装，具有压装深度深，同时与轮毂、轴承内圈两个零件配合，对工装定位、导向的要求高，手动浮动压头可靠性不够。

3） 工艺经济性差。装配方向有Z向两个方向，来回切换装配方向，产生两次翻转轮毂总成，不利于现场作业，若为必要工序，是需要采用机械设备来完成才是合理的。单侧两台翻转设备，成本约6万元，双侧12万元。

2.2 新工艺方案简介

2.2.1 新工艺流程示意图

新工艺方案分装轮毂总成。整个分装工序包含9个主要工步，和原工艺方案相比减少了2个工步（减少工步：轮毂翻转）。（见图8：新工艺流程示意图）。

图8 新工艺流程示意图

2.2.2 工装方案介绍

组合工装由6类零件组成：导向销，定位轴套，定位销，弹簧，下压头，轴用弹性挡圈。组合工装从第1个工步开始使用，主要完成下测油封的压装，实现上下油封的同时压装，并且辅助完成下轴承外圈的压装。定位面、受力面、导向面为四个面（见图9：组合工装）。

图9 组合工装

2.2.3 压装动作说明

新工艺方案中，分装轮毂总成时，减少轮毂总成2次翻转，具体工艺过程如下。（见图10：油封压装示意图）

图10 油封压装示意图

1） 组合工装与压机下缸配合，将轴承外圈压头套装在组合工装上，将下缸带组合工装退回到工作台以下。

2） 放置轴承外圈：在轴承外圈压头上，推入轮毂，放置好上侧轴承外圈，上缸下行，用上压头下压，上压头与上轴承外圈套正；下缸上行到下压头承载面高出工作台，顶起轮毂，将上下两侧轴承外圈压装到位。

3）压装车轮螺栓。

4）退回下缸到工作台以下，拉出轮毂。

5）在下压头上放置油封到位，在定位轴套上放置下侧轴承内圈到位；装内圈密封圈。

6）推入轮毂，下缸上行，拖起轮毂，放置上侧轴承内圈，安装卡箍；

7）放置内侧油封及其油封压头，下缸上行至下压头承载面高出工作台，上缸下行同时压装内、外侧油封到位。

2.2.4 设计思路说明

1）定位基准设计思路

下压头5的面与压力机下缸配合，确保与设备连接精度，采用小间隙（约0.1～0.2）配合。

下压头5的面与定位轴套2的面配合，采用小间隙（约 0.08～0.16）滑动配合，确保轴承内圈的定位和压装导向精度。导向销1连接下压头5和定位轴套2，其和下压头5为过盈配合，确保联接可靠。导向销1和定位轴套2为小间隙（约 0.15～0.25）滑动配合，确保导向精度；并且采用两个导向销1，防止轴向滑动时发生径向转动。

2）导向结构设计及密封压力处理

将下侧轴承内圈套装在定位轴套台阶面上，轴承孔与定位轴套小间隙配合，将轴承和工装定位。压头上行至轴承内圈与轴承外圈接触的过程，通过轴承的内、外圈配套关系将轮毂导向，导向的空间尺寸较大，约10mm左右，操作性强。将轮毂托起后，定位精度可达到轴承自身配合精度，整体综合精度满足装配过程要求。

定位轴套和下压头为滑动配合，在两个零件之间形成一个空腔，在压装过程中，两个零件对空腔有往复运动，不断重复压缩排气和扩张吸气，因为空气阻尼作用，动作响应较慢，影响压装节拍。最终采用在定位轴套上增加2个Φ6通气孔的设计，确保压装过程中，空腔与外界气压相通，消除空气阻尼作用。

3）受力分析及弹性元件选用

组合工装在空载上行过程中，因轮毂自重压缩弹簧，而导致定位轴套和下压头相对位移靠近。为确保在压头上行弹簧压缩过程中，油封不和轮毂安装油封孔口配合或接触，需确保弹簧压缩量小于下压头到油封安装孔口的距离，且有安全余量。

4）弹簧受力校核

（1）轮毂总成质量m=39kg。则要求弹簧受力要求如下：

F——弹簧的弹力（N）。

m——轮毂总成的质量（kg）。

g——重力加速度（m/s^2），近似取g为9.8 m/s^2。

（2）弹簧选取（见图11：弹簧），材料：碳素弹簧钢65Mn。

图11 弹簧

弹簧的弹力：

Z——弹簧数量。

P——弹簧刚度N/mm。

h——弹簧压缩量mm。

G——切变模量，碳素弹簧钢65Mn，G=79GPa。

d——弹簧线径，d=3mm。

n——有效匝数，n=5.5。

根据以上（1）（2）（3）公式，当轮毂总成质量m=39kg时，弹簧选取4件，则每件弹簧的压缩量h为：

所以，组合压头不受外力情况下，托起轮毂总成，每件弹簧压缩量为12.3mm。

轮毂安装油封孔口距轮毂端面距离为 23.1mm，组合压头放置轮毂总成压装油封，未拖起轮毂总成时，油封进入端面距离为6mm，拖起轮毂总成后，弹簧压缩量为12.3mm，所以，设计预留安全余量约4.8mm（即23.1-6-12.3=4.8）。避免组合压头在不受外力的导向情况下，拖起轮毂总成后，油封与轮毂安装油封孔口接触的情况发生，减少装配变形风险。（见图12：轮毂总成自重弹性压缩行程模拟图）。

图12 轮毂总成自重弹性压缩行程模拟图

5）新工艺方案的优点

（1）工艺可行性、可靠性好

下压头和压机下缸接口为小间隙配合，定位准确。下压头和定位轴套为滑动配合，导向性好。下缸上行过程中，轴承内圈与外圈导向结构利用轴承外圈锥面结构及其大角度锥角，导正功能远远优于普通工装的导向角设计。总之，工艺可行性、可靠性高于原方案。

（2）操作性强，劳动强度低

相比原工艺方案，每1件轮毂总成，减少2个翻轮毂总成的工步，减少工序作业时间18s（原106s，现88s）；减轻劳动强度，将翻转转化为简单的推拉动作，翻转重量约为39kg，翻转次数为2次；消除了翻转磕碰的质量风险。

（3）体现了工艺的经济性

装配方向沿轮毂轴线两个方向来回切换装配方向，产生两次翻转轮毂总成，不利于现场作业，若为必要工序，是需要采用机械设备来完成才是合理的。两台翻转设备，成本约6万元。组合工装的应用，相对原计划的设备投入小得多，约1000元/套，单侧分装线，节约成本约5.9万元，双侧分装线，节约成本约11.8万元。

3 结束语

在该例工艺改善中，有其工艺方案设计优点以及可以借鉴的设计思路或理念。

工艺方案优点有如下四点：减少了装配方向，易于实现自动化；定位导向更准确，利于装配质量控制；工艺动作简单化，降低劳动强度，提升装配的可行性；作业效率提高，工艺动作有效整合、集中作业，符合精益生产理念。

可借鉴设计思路或理念：装配工装设计，要考虑组合工装的设计和与借用工件导向、定位的方法，设法减少装配方向，使装配过程简单化；好的工艺方案设计要围绕提高效率、产生效益开展，践行工艺人员的天职——为效率而战。

参考文献

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