驱动桥壳焊接夹具定位设计

1、    驱动桥壳焊接夹具定位设计    吴程远 刘憬贤 张恒语 敬屹阳 吴祚尧摘  要：驱动桥壳是属于驱动桥的一部分，驱动桥壳的作用是支承并保护主减速器、差速器、半轴，使左右驱动车轮的轴向相对位置固定。在驱动桥的生产制造中，焊接夹具是保证焊接精度和防止焊接变形的重要设备。焊接夹具定位设计是夹具设计的重要环节。本文以驱动桥壳焊接夹具为对象，采用solidworks软件对夹具主要定位组件进行虚拟定位设计，为相关机械产品定位设计提供借鉴意义。关键词：焊接夹具，驱动桥壳，定位设计1.绪论在驱动桥的生产制造中，焊接是一项十分重要的工艺。在焊接中，普遍存在

2、焊接构件变形、应力集中、精度难以达到设计要求等问题，因此需要应用焊接夹具来解决这类焊接问题。一套合格的焊接夹具可以提升焊接质量和焊接效率，这对提高整个驱动桥壳焊接工艺的效率有着很大的帮助1。在国内，随着汽车制造技术的不断提升，汽车焊接夹具的设计形式也丰富多样化。但和一些发达国家对比，特别是汽车工业发达的德国、日本等国家，我国的科技水平相对落后，而且焊接夹具的设计也留有很多问题，比如焊接夹具定位设计等问题2。初期的夹具大多数是以手动为主，因为那时夹具的自动化程度比较低。随着机械化程度的提升，自动化夹具逐渐代替了手动夹具。气动夹具的使用，使得工作效率提高，并且使得劳动强度也大大降低，因此被广泛推广

3、和使用。目前，在一些制造业发达的国家，例如美国、德国、日本等，已经开始应用工业机器人的柔性自动化了，并且在一些大型的国际汽车制造商，全自动焊接生产线已经开始被应用3，4。这使得夹具定位设计更应具有稳定性和无人干预性。本文考虑到以上两点，针对全自动焊接生产线驱动桥焊接夹具组件进行定位设计。2.设计软件及坐标系选择本文所述的驱动桥壳焊接夹具定位设计主要采用solidworks软件完成，所使用的模块是零件建模、装配体5。对于零件建模，可以通过特征工具进行拉伸、旋转、阵列、扫描等操作完成零件的建模;对于装配体，是将已设计完成的零件模型，按约束关系进行虚拟装配，形成夹具组件。需要说明的是是根据基准一致性

4、要求，在零件特征设计初期就应该考虑后期装配关系，即配合关系;在虚拟装配形成组件中，就要考虑组件的定位关系。对于所有设计都应该遵循整体的坐标系统，本文设计焊装夹具整体坐标系统，横坐标为x轴、纵坐标为z轴，y轴作为高度坐标6。建立整体坐标系统可以方便后续夹具组件定位设计。3.夹具主要组件定位设计驱动桥壳焊接夹具由定位器、夹具体以及夹紧机构组成。定位器大多是固定式的，并以手动、液压、气动等驱动方式为主;夹紧机构相对复杂，而且结构形式很多;夹具体大多根据焊接结构进行专门设计。本文所述的设计中，主要使用到的定位组件包括端头定位组件、工件支撑架、浮动卡盤和方形侧顶等。设计思路采用六点定位原理，即通过六个适

5、当分布的支撑点来分别限制工件的六个自由度（其中三个移动自由度、三个转动自由度），从而使工件在空间得到确定定位。如果违反，则不能确定工件在夹具中的位置。（1）端头定位组件：主要用定位心轴（长销）对驱动桥壳进行定位。定位心轴用来支承转动零件并且只承受弯矩而不传递扭矩，主要用于以内孔表面为定位基准的工件。以第2节定义的坐标系统为标准，该定位心轴（长销）限制了z轴的移动自由度、y轴的移动自由度、z轴的转动自由度、y轴的转动自由度。（2）工件支撑架组件：主要用于承受物体重量以及固定工件。由短v型块、护杆、工件支撑架垫片以及工件底支撑架等组成。一般定位设计是采用在两端各放置一个短v型块，组成了一个长v型块

6、。这种设计限制了驱动桥壳的y轴的移动自由度、z轴的移动自由度、y轴的转动自由度、z轴的转动自由度。这种设计会造成降低定位精度、定位质量不稳定等影响，但对提高工件的稳定性和刚性有一定的好处。（3）浮动卡盘组件：主要用在定位桥壳中段，由三爪卡盘进行定位。三爪卡盘定位分为相对夹持长和相对夹持短，这里采用相对夹持短的定位，主要限制了两个自由度，为x轴的移动自由度、z轴的移动自由度。（4）方形侧顶组件：主要用于定位和夹紧桥壳中段。主要由油缸安装座、顶紧组件、底座组成。该组件主要限制了x轴的转动自由度和z轴的转动自由度。4.夹具整体布局夹具主要组件定位设计完成后，将各组件虚拟装配为整体焊装夹具，再通过其他

7、装配定位分析软件进行校核，例如vis-vsa或3dcs软件。整体夹具虚拟装配示意图，如图1所示。5.总结本文以驱动桥壳焊接夹具为对象，建立夹具整体坐标系统，采用solidworks软件对夹具主要定位组件（端头定位组件，工件支撑架组件，浮动卡盘组件和方形侧顶组件）进行了定位虚拟设计，最后给出夹具整体布局。本文所述的设计思路对相关机械产品定位可以起到借鉴作用。期望后期工作能够继续采用vis-vsa或3dcs软件对整体装配体进行3d定位设计与优化。参考文献1  李念冲. 重型汽车驱动桥壳焊装夹具设计研究d. 青岛理工大学，2016.2  尹明英，张振. 汽车焊接夹具的结构设计研究

8、j. 科技创新与应用，2016，000（030）：159-159.3  刘瑞娟. 汽车焊接夹具的设计研究分析j. 科技创新与应用，2016（35）：121-121.4  田占永. 白车身尺寸控制与夹具工艺设计分析j. 城市建设理论研究：电子版，2016（15）：1832-18325  李润，邹大鹏，徐振超等. solidworks软件的特点、应用与展望j. 甘肃科技，2004，20（5）：57-58.6  何甘林. 关于一种卡车轻量化桥壳优化设计方法j. 低碳世界，2018（8）：299-300.资助情况：本文受到上海工程技术大学校级大学生创新训练项目（cx1901015）资助。科学导报·