談發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)品可裝配性問(wèn)題

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摘要：一款新型發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程需要經(jīng)過(guò)非常多的步驟，包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)階段、樣件制作階段、首臺(tái)樣機(jī)裝配、性能樣機(jī)裝配、道路試驗(yàn)等等環(huán)節(jié)。在發(fā)動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)階段，可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致零件尺寸設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、緊固件選取錯(cuò)誤、裝配空間狹小、發(fā)動(dòng)機(jī)可維修性差等問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)常見(jiàn)裝配類問(wèn)題系統(tǒng)分析及查核，能夠有效減少問(wèn)題流入到實(shí)物裝配環(huán)節(jié)，大幅的縮減發(fā)動(dòng)機(jī)首臺(tái)樣機(jī)裝配時(shí)的周期，同時(shí)減少了問(wèn)題樣件的制作成本浪費(fèi)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)裝配；設(shè)計(jì)問(wèn)題查核

引言

一款新型的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，是從無(wú)到有，從零到整的過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)、結(jié)構(gòu)都是在經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的討論后制定的，每一種零件都需要進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)、選取。故發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)工作量巨大且極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳌?a href="http://www.baojiexiang.com/lunwen/cpsjlw/164363.html" target="_blank">產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是采用并行設(shè)計(jì)。而并行設(shè)計(jì)的實(shí)施，要求設(shè)計(jì)初期綜合考慮產(chǎn)品生命周期中的工藝規(guī)劃、制造、裝配、測(cè)試、維護(hù)、可靠性等環(huán)節(jié)的影響。在這眾多的影響中，裝配是影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要因素之一[1]。一款成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)要有良好的裝配性、可維修性以及可靠性。加強(qiáng)面向裝配環(huán)節(jié)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有效性分析和查核研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1面向裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段全面確定整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，是決定產(chǎn)品總成本的重要階段。面向裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一種兼顧產(chǎn)品實(shí)物裝配的設(shè)計(jì)方法，總體需要考慮以下影響因素：（1）裝配時(shí)各零部件干涉問(wèn)題；零部件在裝配時(shí)的操作空間是否充足；（2）盡量減少使用專用的工具、工裝；（3）容易裝錯(cuò)的零部件是否具有防錯(cuò)設(shè)計(jì)；（4）設(shè)計(jì)的零部件是否符合相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；（5）發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中的日常維護(hù)、保養(yǎng)是否方便；（6）選用的零部件是否符合工作環(huán)境的使用要求；（7）產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的工藝水平、制造能力相一致。對(duì)產(chǎn)品的可裝配性分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能有效減少后期開(kāi)發(fā)工作中的裝配成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品成功率。本文在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)針對(duì)后期裝配工作需要提前考慮的影響因素，研究制訂了問(wèn)題查核方法。

2裝配性問(wèn)題查核方法研究

裝配性問(wèn)題主要包括零部件干涉問(wèn)題、零件裝配空間小裝配困難、選取的螺栓對(duì)應(yīng)的工具為非標(biāo)工具、同一工序螺栓種類過(guò)多、零部件設(shè)計(jì)尺寸不符合規(guī)定、較重零件無(wú)吊裝位置。

2.1零部件干涉問(wèn)題

零部件干涉問(wèn)題主要分為三類：（1）零件在最終裝配位置的靜態(tài)干涉造成此類干涉有兩方面原因：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)兩個(gè)零件已發(fā)生干涉；零件加工尺寸不符合設(shè)計(jì)要求。如發(fā)動(dòng)機(jī)兩根油管在裝配環(huán)節(jié)時(shí)發(fā)生干涉。該類問(wèn)題在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)階段較容易發(fā)現(xiàn)?？筛鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配流程對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行查核，能夠有效避免該類問(wèn)題的發(fā)生。當(dāng)日后續(xù)可以借用更先進(jìn)的虛擬裝配技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就模擬進(jìn)行裝配，提前將此類問(wèn)題暴露。（2）零件在最終裝配位置的動(dòng)態(tài)干涉動(dòng)態(tài)干涉即曲軸等運(yùn)動(dòng)零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與其他零件存在干涉。該類問(wèn)題在最終裝配環(huán)節(jié)無(wú)問(wèn)題，但零件在裝配過(guò)程或者運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)與其它零件干涉。此類問(wèn)題在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)階段不易發(fā)現(xiàn)，可重點(diǎn)關(guān)注零件在安裝行程或者周圍的零部件是否存在距離較近的情況，利用三維軟件模擬零部件的安裝，確認(rèn)是否存在干涉問(wèn)題。案例：某機(jī)器濾清器上兩個(gè)卡套式彎通管接頭需旋轉(zhuǎn)安裝，但因兩個(gè)安裝孔設(shè)計(jì)距離太近，在一個(gè)卡套式彎通管接頭安裝后，另一個(gè)管接頭因空間不足而無(wú)法安裝，如圖1。（3）鑄造類零件與整機(jī)上其他零件間未預(yù)留足夠間隙因鑄造零件的零件公差較大，若設(shè)計(jì)階段預(yù)留間隙不足，零件制作過(guò)程時(shí)則易造成干涉問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)該類零件進(jìn)行設(shè)計(jì)布置時(shí)，應(yīng)注意預(yù)留較大間隙，必要時(shí)增加機(jī)加工尺寸控制，如圖2。

2.2裝配效率類問(wèn)題

該類問(wèn)題不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配及試驗(yàn)，但是該類問(wèn)題若不進(jìn)行優(yōu)化流入到生產(chǎn)，則會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配節(jié)拍，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配效率。裝配效率類問(wèn)題主要分為三類：（1）同一工序螺栓種類較多發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配效率體現(xiàn)在很多方面，若發(fā)動(dòng)機(jī)裝配某一零件時(shí)，使用的螺栓種類過(guò)多，造成發(fā)動(dòng)機(jī)批量生產(chǎn)時(shí)要使用多種不同的套筒，操作人員要來(lái)回更換裝配用的套筒，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配效率。如某一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼需用五種螺栓安裝，其中有兩種螺栓（包含一種）的對(duì)邊尺寸為15mm，其余的另外三種螺栓均為M10（長(zhǎng)度不一）的標(biāo)準(zhǔn)螺栓（Q184），其對(duì)邊尺寸為13mm，造成裝配飛輪殼時(shí)需使用兩種規(guī)格的套筒。若將其余三種M10的螺栓更換為Q186標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，則對(duì)邊全部同一為15mm，即套筒規(guī)格統(tǒng)一，減少了飛輪殼裝配的時(shí)間，提高了裝配效率。該問(wèn)題的查核方法為，著重查看安裝螺栓較多的零件，如：飛輪殼、齒輪室、前端蓋等零件，查看裝配該類零件的螺栓對(duì)邊尺寸在不更改等級(jí)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量統(tǒng)一。（2）選取的螺栓需使用非常規(guī)工具該問(wèn)題為部分螺栓選取時(shí)未使用標(biāo)準(zhǔn)螺栓，導(dǎo)致螺栓對(duì)邊即套筒尺寸為非標(biāo)工具，若未提前采購(gòu)相關(guān)套筒等工具，造成發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)時(shí)無(wú)工具可用，耽誤裝機(jī)進(jìn)展。該類問(wèn)題查核方法為根據(jù)整機(jī)BOM篩選出非標(biāo)螺栓，著重查核非標(biāo)螺栓的對(duì)邊尺寸，對(duì)照套筒的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，查核是否存在選取的螺栓對(duì)邊需使用非標(biāo)套筒的情況。如當(dāng)選取某一M12的螺栓時(shí)，應(yīng)選擇對(duì)邊為18mm的螺栓，盡量不能選取對(duì)邊為19mm、20mm的螺栓。（3）裝配空間過(guò)小影響裝配效率裝配空間過(guò)小問(wèn)題，即發(fā)動(dòng)機(jī)在零部件裝配過(guò)程中工具或者工裝無(wú)法放入及空間不滿足工具最小的轉(zhuǎn)動(dòng)行程，導(dǎo)致零部件難裝配或無(wú)法裝配。如圖3中，因螺栓的裝配空間過(guò)小，造成套筒無(wú)法放入。該問(wèn)題的查核方法為利用裝配工具、工裝的三維，模擬各零部件的裝配過(guò)程，查核是否存在因空間過(guò)小造成零部件無(wú)法裝配。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性問(wèn)題

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的可靠性問(wèn)題主要體現(xiàn)在零部件是否符合該零件規(guī)定的工作環(huán)境，零部件是否可靠耐用以及某一零件的選取、設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范及要求。發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性問(wèn)題主要分為四類：（1）關(guān)鍵零件的力矩?zé)o法控制問(wèn)題螺紋連接是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的聯(lián)接方式之一，螺紋聯(lián)接的質(zhì)量直接關(guān)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、安全性和各聯(lián)接部位的泄漏情況[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)的一些關(guān)鍵螺栓及零件，如：主軸承螺栓、飛輪螺栓、排氣管螺栓、高壓油管等，該類零件在裝配時(shí)都有特殊的安裝要求，若裝配環(huán)節(jié)未按照相關(guān)的裝配要求進(jìn)行控制，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程極易出現(xiàn)重大的安全事故。該類問(wèn)題在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)借用工具的三維模型，提前驗(yàn)證關(guān)鍵零件的力矩能否使用力矩扳手把緊。如圖4中，高壓油管螺母處空間較小，無(wú)法用力矩扳手裝配。（2）零件不能滿足工作環(huán)境的問(wèn)題該類問(wèn)題主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程時(shí)的高溫區(qū)域、過(guò)油區(qū)域的零部件。如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管螺栓、增壓器安裝螺栓螺母是否為耐高溫零件，油路中的O型橡膠密封圈是否耐油，排氣管等高溫零部件周圍是否有不耐高溫的塑料零部件等。（3）選取的零件不符合設(shè)計(jì)規(guī)范該類問(wèn)題主要集中在螺栓、膠圈、墊圈等通用零件。該類零件選取時(shí)需符合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，如組合密封墊圈金屬圈的壓緊部分是否大于2/3金屬圈總面積。該類零件選取若不合適，則可能造成螺栓斷裂、墊圈密封失效等問(wèn)題。如圖5中，螺塞壓緊在組合密封墊圈金屬圈部分遠(yuǎn)小于規(guī)范要求2/3。

3結(jié)束語(yǔ)

目前，機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件愈來(lái)愈趨向虛擬化和智能化，發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)時(shí)若能夠利用有效工具，通過(guò)空間精準(zhǔn)建模，基于產(chǎn)品整體零部件間的相關(guān)裝配關(guān)系分析，系統(tǒng)的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)查核，則能夠大大減少問(wèn)題流入到實(shí)物裝配環(huán)節(jié)。不僅能夠節(jié)省研發(fā)費(fèi)用，也能進(jìn)一步縮短研發(fā)周期，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功率。

參考文獻(xiàn)

[1]趙勇,徐誠(chéng).產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)的干涉檢查[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù).1998.

[2]林湖.發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵螺栓緊固理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].2002.

作者：張陽(yáng) 李江南 李丹 單位：濰柴動(dòng)力股份有限公司