CN102699670B - 基于速度与压力联合控制的铆装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于速度与压力联合控制的铆装装置，包括第一回路、第二回路、控制器和行程开关组，所述第一回路包括油箱、液压泵、第一换向阀和液压缸，实现冲头以一恒定速度下压；所述第二回路包括第二换向阀、蓄能器、第三换向阀，实现以恒定的设定压力驱动冲头下压，使得最终铆装压力恒定；行程开关组用于检测冲头位置。采用本发明提供的铆装装置能够避免由于零件加工误差所造成铆装过程中的铆装压力过大或者过小的现象，有效提高了轴承单元的可靠性和质量稳定性，降低了轴承单元的废品率。

Description

基于速度与压力联合控制的铆装装置

技术领域

本发明涉及一种轴铆轮毂轴承单元的液压铆装设备，更具体的说，是一种用于轴铆合轮毂轴承之中，基于速度和压力联合控制的铆装装置。

背景技术

汽车轮毂轴承的作用主要是用于承受汽车的重量以及为轮毂的传动提供精确的向导。轮毂轴承既需要承受径向载荷又需要承受轴向载荷，是一个非常重要的安全零部件。今年来，随着前置驱动汽车的飞速发展，轮毂轴承已经发生了很大的变化：从第一代的外圈整体型双列角接触轴承或者圆锥滚子轴承发展到目前普遍使用的第三代轮毂单元。第三代轮毂单元主要包括带凸缘的内圈和带凸缘的外圈、以及位于该内圈和外圈之间的滚球和保持架。轮毂轴嵌入该内圈之中后，通过锁紧螺母将轮毂轴与内圈压紧固定。

近年来，随着环保的要求越来越高，特别是对节能、提高可靠性和节省生产成本等要求日益强烈，轮毂轴的装配方式出现了以轴切合式取代螺帽卡紧式的趋势。新的装配方式在轮毂轴端部设置凸缘，然后对轮毂轴端的凸缘进行切合成形，使轮毂轴顶端的凸缘产生塑性变形，压迫在轮毂轴承的内圈上从而与内圈压紧。这种装配方式使车轮支架和车轮法兰不再是安装驱动轴之后才相互连接，而是经切合成形后将轮毂轴和轮毂轴承成为具有正常功能的轮载轴承单元，大大减轻了下一步的装配工作。同时，轴切合轮载轴承单元由于缺少了卡紧螺母，每个轮毂轴承单元可以实现减重200g，并且轮毂轴承单元位于悬架下方，因此轴切合轮榖轴承单元能够显著地降低汽车行驶过程中的能量消耗，达到节约能源目的，该技术代表了轮毂单元制造技术的发展方向。

如图1所示，切合成形采用的是旋转模锻工艺，倾斜的冲头1在轴承组上旋转时，轮毂轴2在冲头1压力下产生塑性变形，从而与内圈3铆合连接，直至与内圈3牢固地连接在一起。在成形过程中，轮毂轴2变形分为三个阶段：

第一阶段：冲头1下降与轮毂轴2接触，变形开始。在该过程中，冲头1的所有压力几乎都用于轮毂轴2的最初成形，内圈3载荷很小且恒定；

第二阶段：变形进一步开始，轮毂轴2沿径向扩展，与内圈3倒角接触。此时，冲头1压力传递到内圈3上，导致内圈3的载荷迅速增大；

第三阶段：铆合过程完成，由于冲头1的压力使内圈3的载荷逐渐增大直至饱和，旋压结束后，甚至冲头已经抬起，内圈3的载荷仍未消除，可以认为该残余载荷形成了卡紧力。

现有的铆装设备在铆装过程中冲头的下压速度和行程均是固定不变的。加工中的误差会导致轮毂轴或者内圈凸缘的厚度不均，导致铆装过程中冲头在厚度较大的地方出现铆装压力过大而导致的轮毂轴承单元卡死，而在厚度较小的地方则出现铆装力不足现象，严重影响轴铆的可靠性和轴承单元质量的稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种应用于轮毂轴承装配中的，能够保持最终的铆装压力恒定的基于速度和压力联合控制的铆装装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于速度与压力联合控制的铆装装置，包括：

第一回路，所述第一回路包括油箱、液压泵、第一换向阀和液压缸，所述液压泵与所述油箱和所述第一换向阀连接；所述第一换向阀与所述液压缸连接；

第二回路，所述第二回路包括第二换向阀、蓄能器、第三换向阀，所述蓄能器分别与所述液压泵和液压缸连接，所述第二换向阀设于所述蓄能器与所述液压泵之间，所述第三换向阀设于所述蓄能器与所述液压缸之间；

控制器，与所述液压泵、第一换向阀，以及第二换向阀、第三换向阀连接，用于控制第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀的工作位。

行程开关组，与控制器连接，用于检测冲头位置并发出检测信号；

优选的，还包括顺序阀和节流阀，所述顺序阀的进油口与所述液压缸的下腔端口连接，出油口与所述节流阀的进油口连接，控制端与所述液压缸的上腔端口连接；所述节流阀的出油口与所述油箱连接。

进一步，还包括一液控单向阀，所述液压单向阀的出油口与所述液压缸的上腔端口连接，进油口与所述第一换向阀和第三换向阀的出油口连接，控制端与所述液压缸的下腔端口连接。

进一步，所述第一换向阀为三位四通换向阀；所述第二换向阀和第三换向阀为二位二通换向阀。

具体的，所述行程开关组包括第一行程开关、第二行程开关和第三行程开关，该第一行程开关设于泄压回程的终点处；该第二行程开关设于等速行程的终点处；该第三行程开关设于恒压行程的终点处。

进一步，还包括一延时器，该延时器分别与该第三行程开关和控制器连接，由第三行程开关触发时开始延时，满足计时时间后发送延时信号至所述控制器。

上述优选实施方式中，所述第一回路还包括第一溢流阀、第四换向阀和第一调压阀，所述第一溢流阀的进油口与所述液压泵的出油口连接，出油口与所述油箱连接，控制端与通过所述第四换向阀与所述第一调压阀的进油口连接；所述第一调压阀的出油口与所述油箱连接。

进一步，所述第二回路还包括压力继电器，所述压力继电器分别与所述蓄能器和控制器连接，用于监测所述蓄能器中的压力，并向该控制器发送压力信号。

进一步，所述第二回路还包括第二溢流阀和第二调压阀，该第二溢流阀的进油口与所述蓄能器连接，出油口与油箱连接，控制端与所述第二调压阀的进油口连接；该第二调压阀的出油口与所述油箱连接。

优选的，所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述第一溢流阀和第二溢流阀为带远程调压口的溢流阀或者电液比例溢流阀。

相对于现有技术，本发明所述的铆装装置通过第一回路使冲头以一恒定速度下压，然后通过第二回路以恒定的设定压力下压，实现了轴承单元铆装压力的恒定，避免了由于零件加工误差所造成铆装过程中的铆装压力过大或者过小的现象，有效提高了轴承单元的可靠性和质量稳定性，降低了轴承单元的废品率。而且，在铆装结束后继续提供一段保压时间，有效地防止轴承单元的逆变形而降低产品质量的现象。

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。

附图说明

图1是轴承单元的结构示意图；

图2是本发明所述铆装装置的结构示意图；

图中：

1—冲头；2—轮毂轴；3—内圈；101—油箱；102—液压泵；103—单向阀；104—第一换向阀；105—液控单向阀；106—液压缸；1061—上腔端口；1062—下腔端口；107—节流阀；108—顺序阀；109—第一溢流阀；110—第四换向阀；111—第一调压阀；201—第二换向阀；202—蓄能器；203—第三换向阀；204—压力继电器；205—第二溢流阀；206—第二调压阀；300—第一行程开关；301—第二行程开关；302—第三行程开关；303—延时器。

具体实施方式

如图2所示，一种基于速度和压力联合控制的铆装装置，包括控制冲头1等速下降的第一回路和控制冲头1进行恒压铆装的第二回路、以及控制器和行程开关组，控制器根据行程开关组的信号控制第一回路和第二回路之间相互转换，控制冲头1对轴承单元进行装配。本实施例中，通过液压缸106的活塞移动来驱动冲头1进行动作。

请参阅图2，该第一回路包括油箱101、液压泵102、第一换向阀104和液压缸106。该液压泵102的进油口与油箱101连接，出油口与单向阀103的进油口连接，用于为第一回路提供动力源。单向阀103只能够允许液压油从其进油口进入，从出油口流出。单向阀103的出油口与第一换向阀104的进油口连接。

该第一换向阀104为一个三位四通电磁换向阀，其四个接口分别与单向阀103、油箱101，以及液控单向阀105和液压缸106连接。该第一换向阀104具有左位、中位和右位三个状态，通过与控制器连接的电磁铁来控制该第一换向阀104的状态，即控制该第一换向阀104处于左位、中位或者右位状态。当该第一换向阀104位于左位时，单向阀103的出油口通过该第一换向阀104与液压缸106的下腔端口1062连接，油箱101通过该第一换向阀104与液控单向阀105的进油口连接；当该第一换向阀104处于中位时，其出油口和进油口相互隔断，互不导通；当该第一换向阀104处于右位时，油箱101通过该第一换向阀104与液压缸106的下腔端口1062连接，单向阀103的出油口通过该第一换向阀104与液控单向阀105的进油口连接。

该第一回路还包括第一溢流阀109、第四换向阀110和第一调压阀111，用于对第一回路的最高压力进行控制。该第一溢流阀109的进油口与液压泵102的出油口连接，出油口与油箱101连接，控制端与第四换向阀110连接。本实施例中，该第四换向阀110为一个两位四通的换向阀，具有上位和下位两种工作形态。当该第四换向阀110处于上位状态时，第一溢流阀109的控制端通过该第四换向阀110与第一调压阀111的进油口连接；当该第四换向阀110处于下位状态时，第一溢流阀109的控制端通过该第四换向阀110与油箱101连接。第一调压阀111为一个远程调压阀，其进油口与第四换向阀110连接，出油口与油箱101连接。

为了能够提高铆装装置的安全性能，该铆装装置还包括液控单向阀105、节流阀107和顺序阀108。

液控单向阀105是一种依靠控制流体压力，可以使单向阀反向流通的阀。本实施例中，该液控单向阀105的进油口与第一换向阀104的出油口连接，出油口与液压缸106的上腔端口1061连接，控制端与液压缸106的下腔端口1062连接。

顺序阀108用于根据回路压力来控制液压缸106的动作顺序，其进油口与液压缸106的下腔端口1062连接，出油口通过节流阀107与油箱101连接，控制端与液压缸106的上腔端口1061连接。

第二回路为第一回路上的一分支结构，包括第二换向阀201、蓄能器202和第三换向阀203，用于驱动冲头1以设定的恒定压力工作。

该第二换向阀201为一个两位两通的电磁换向阀，具有左位和右位两个工作位。当该第二换向阀201处于左位工作位时，液压泵102的出油口通过该第二换向阀201与蓄能器202的出油口连接；当该第二换向阀201处于右位时，其进油口与出油口相互隔绝，不再导通。

蓄能器202是该第二回路的动力源，用于吸收液压泵102的动力后，驱动液压缸106以设定的恒定压力动作。为了能够在蓄能器202的能量不足时，能够及时通过液压泵102补充能量，该第二回路还设有一压力继电器204，压力继电器204分别与蓄能器202和控制器连接，用于感知蓄能器202输出液压压力，并向控制器发出压力信号。一旦感知到蓄能器202输出压力不足，压力继电器204即向控制器发出压力信号，通过控制器来控制液压泵101向蓄能器202补充能量，具体动作过程将在后述进行论述。

第三换向阀203为两位两通电磁换向阀，具有上位和下位两种工作位。当该第三换向阀203位于下位时，蓄能器202的出油口通过该第三换向阀203与液控单向阀105的进油口连接；当该第三换向阀203位于上位时，其进油口和出油口相互隔绝，不再导通。

为了提高该第二回路的安全性能，该第二回路还包括一第二溢流阀205和第二调压阀206。该第二溢流阀205的进油口与蓄能器202的出油口连接，出油口与油箱101连接，控制端与第二调压阀206的进油口连接。该第二调压阀206为一个远程调压阀，其进油口与第二溢流阀205的控制端连接，出油口与油箱101连接，用于控制该第二回路的最大工作压力。

为了能够检测该冲头1的行程，在冲头1的工作路径上还设有相应的行程开关组，该行程开关组包括第一行程开关300、第二行程开关301和第三行程开关302。该行程开关与控制器连接，冲头1在移动至行程开关组设置的位置时，就会触发该处的行程开关，该行程开关发送反馈信号至控制器，控制器控制第一回路或者第二回路中的换向阀或者液压泵102做出相应的动作，从而满足不同状态的工作需求。该第一行程开关300设置于泄压回程的终点处，第二行程开关301设置于等速行程的终点处，第三行程开关302设置于恒压行程的终点处。为了使冲头1完成恒压形成后，还能够以一定压力继续对轴承单元进行保压，防止轴承单元的逆变形而降低产品的质量，该铆装装置还包括一延时器303，该延时器303分别与第三行程开关302和控制器连接，当第三行程开关302被触发后，该延时器303立即启动计时，满足计时时间后发生延时信号至控制器，控制器控制换向阀做出相应动作以满足工作要求。

本发明所述的铆装装置的运动过程分为等速行程、恒压行程、保压阶段和泄压回程行程，以下分别详细描述该铆装装置的各行程过程：

(1)等速行程：驱动液压缸106通过第一回路来驱动冲头1等速下压。此时，第一换向阀104由中位切换为右位，液压泵102的油液顶开单向阀103通过液控单向阀105向液压缸106的上腔供油，液压缸106的活塞向下运动带动冲头1等速下压。此时系统的最高工作压力由第一调压阀111控制。在该行程中，第二换向阀201处于右位，第三换向阀203处于上位，包含蓄能器202的第二回路被切断；

(2)恒压行程：当冲头1移动到第三行程开关302处时，触动第三行程开关302发出信号，控制器控制第四换向阀110由上位切换为下位，液压泵102通过第一溢流阀109卸荷。第三换向阀203由上位切换到下位，蓄能器202通过第三换向阀203继续向液压缸106上腔供油。此时，系统的工作压力由第二调压阀206确定，第二溢流阀205始终处于溢流状态。

当蓄能器202的压力值不足时，压力继电器204发出压力信号给控制器，控制器控制第四换向阀110、第一换向阀104、第二换向阀201、第三换向阀203分别切换为上位、中位、左位、上位，使液压缸106暂时停止运动，液压泵102通过第二换向阀201向蓄能器202供油。当压力值恢复至设定值后，压力继电器204再次发出压力信号，控制器控制第一换向阀104、第二换向阀201和第三换向阀203分别恢复到右位、右位、下位。液压缸106继续在预定压力下恒压下降。

(3)保压行程：当冲头1触发第三行程开关302时，第一换向阀104回到中位，第三换向阀203回到上位，液压缸106静止不动并保持一定压力(第二调压阀206的调定压力)。保压时间由第三行程开关302所附带的延时器303决定。

(4)泄压回程：经过一定保压时间后，，控制器控制第一换向阀104切换到左位。第四换向阀110切换到上位。此时液压泵102的油液经过第一换向阀104向液压缸106的下腔供油。由于上腔的高压油作用，顺序阀108打开，液压泵102的油液通过节流阀107返回油箱101。

上腔油液通过液控单向阀105泄压。当液压缸106的上腔压力值小于顺序阀108的调定压力值时，顺序阀108关闭，液压缸106开始回程。当冲头1运动至触动第一行程开关300时，第一行程开关300发出信号至控制器，控制器控制第一换向阀104回到中位，第四换向阀110切换到下工位，液压缸106停止运动，液压泵102通过第一溢流阀109卸荷。

相对于现有技术，本发明所述的铆装装置通过第一回路能够实现冲头以一恒定速度下压，然后通过第二回路以恒定的设定压力下压，实现轴承单元铆装压力的恒定，避免了由于零件加工误差所造成铆装过程中的铆装压力过大或者过小的现象，有效提高了轴承单元的可靠性和质量稳定性，降低了轴承单元的废品率。而且，通过在铆装结束后继续提供一段时间的保压时间，能够有效地防止轴承单元的逆变形而降低产品质量的现象。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于速度与压力联合控制的铆装装置，其特征在于，包括：

第一回路，所述第一回路包括油箱、液压泵、第一换向阀和液压缸，所述液压泵与所述油箱和所述第一换向阀连接；所述第一换向阀与所述液压缸连接；

第二回路，所述第二回路包括第二换向阀、蓄能器、第三换向阀，所述蓄能器分别与所述液压泵和液压缸连接，所述第二换向阀设于所述蓄能器与所述液压泵之间，所述第三换向阀设于所述蓄能器与所述液压缸之间；

控制器，与所述第一换向阀，以及第二换向阀、第三换向阀连接，用于控制第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀的工作位；

行程开关组，与控制器连接，用于检测冲头位置并发出检测信号。

2.如权利要求1所述的铆装装置，其特征在于，还包括顺序阀和节流阀，所述顺序阀的进油口与所述液压缸的下腔端口连接，出油口与所述节流阀的进油口连接，控制端与所述液压缸的上腔端口连接；所述节流阀的出油口与所述油箱连接。

3.如权利要求2所述的铆装装置，其特征在于，还包括一液控单向阀，所述液压单向阀的出油口与所述液压缸的上腔端口连接，进油口与所述第一换向阀和第三换向阀的出油口连接，控制端与所述液压缸的下腔端口连接。

4.如权利要求3所述的铆装装置，其特征在于，所述第一换向阀为三位四通换向阀；所述第二换向阀和第三换向阀为二位二通换向阀。

5.如权利要求4所述的铆装装置，其特征在于，所述行程开关包括第一行程开关、第二行程开关和第三行程开关，该第一行程开关设于泄压回程的终点处；该第二行程开关设于等速行程的终点处；该第三行程开关设于恒压行程的终点处。

6.如权利要求5所述的铆装装置，其特征在于，还包括一延时器，该延时器分别与该第三行程开关和控制器连接，由第三行程开关触发时开始延时，满足计时时间后发送延时信号至所述控制器。

7.如权利要求1至6任一项所述的铆装装置，其特征在于，所述第一回路还包括第一溢流阀、第四换向阀和第一调压阀，所述第一溢流阀的进油口与所述液压泵的出油口连接，出油口与所述油箱连接，控制端与通过所述第四换向阀与所述第一调压阀的进油口连接；所述第一调压阀的出油口与所述油箱连接。

8.如权利要求7所述的铆装装置，其特征在于，所述第二回路还包括压力继电器，所述压力继电器分别与所述蓄能器和控制器连接，用于监测所述蓄能器中的压力，并向该控制器发送压力信号。

9.如权利要求8所述的铆装装置，其特征在于，所述第二回路还包括第二溢流阀和第二调压阀，该第二溢流阀的进油口与所述蓄能器连接，出油口与油箱连接，控制端与所述第二调压阀的进油口连接；该第二调压阀的出油口与所述油箱连接。

10.如权利要求9所述的铆装装置，其特征在于，所述蓄能器为气囊式蓄能器，所述第一溢流阀和第二溢流阀为带远程调压口的溢流阀或者电液比例溢流阀。