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

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摘要：一款新型發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)過程需要經(jīng)過非常多的步驟，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)可維修性差等問題。文章通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)常見裝配類問題系統(tǒng)分析及查核，能夠有效減少問題流入到實(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)問題查核

引言

一款新型的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，是從無到有，從零到整的過程。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)、結(jié)構(gòu)都是在經(jīng)過無數(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://m.saumg.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發(fā)工作中的裝配成本，縮短開發(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，研究制訂了問題查核方法。

2裝配性問題查核方法研究

裝配性問題主要包括零部件干涉問題、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多、零部件設(shè)計(jì)尺寸不符合規(guī)定、較重零件無吊裝位置。

2.1零部件干涉問題

零部件干涉問題主要分為三類：（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)過程中與其他零件存在干涉。該類問題在最終裝配環(huán)節(jié)無問題，但零件在裝配過程或者運(yùn)轉(zhuǎn)過程會(huì)與其它零件干涉。此類問題在發(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，零件制作過程時(shí)則易造成干涉問題。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裝配效率類問題

該類問題不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配及試驗(yàn)，但是該類問題若不進(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，若未提前采購相關(guān)套筒等工具，造成發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)時(shí)無工具可用，耽誤裝機(jī)進(jìn)展。該類問題查核方法為根據(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）裝配空間過小影響裝配效率裝配空間過小問題，即發(fā)動(dòng)機(jī)在零部件裝配過程中工具或者工裝無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法裝配。如圖3中，因螺栓的裝配空間過小，造成套筒無法放入。該問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程，查核是否存在因空間過小造成零部件無法裝配。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性問題

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的可靠性問題主要體現(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)的可靠性問題主要分為四類：（1）關(guān)鍵零件的力矩?zé)o法控制問題螺紋連接是發(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)行過程極易出現(xiàn)重大的安全事故。該類問題在發(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，無法用力矩扳手裝配。（2）零件不能滿足工作環(huán)境的問題該類問題主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程時(shí)的高溫區(qū)域、過油區(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

目前，機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件愈來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)品開發(fā)成功率。

參考文獻(xiàn)

[1]趙勇,徐誠.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 李江南 李丹 單位：濰柴動(dòng)力股份有限公司