CN113814717B - 一种齿轴柔性自动啮合方法、机构和变速箱轴系拼装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轴柔性自动啮合方法、机构和变速箱轴系拼装装置，用于轴系啮合，所述轴系包括A轴、D轴和T轴，本自动啮合方法包括：拾取A轴、D轴和T轴并提升至自由悬空状态；对自由悬空状态下A轴、D轴和T轴进行旋转啮合，其中令A轴和D轴处于啮合后的相对位置，令T轴围绕一设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置；获得在拾取状态下啮合在一起的A轴、D轴和T轴。本啮合机构包括D轴单元、A轴单元、T轴单元、以及支撑单元。本发明机构在解决自动化装配需求基础上，还解决了齿轴啮合过程中碰撞齿的问题，对于高产能装配线的效果非常明显。

Description

一种齿轴柔性自动啮合方法、机构和变速箱轴系拼装装置

技术领域

本发明涉及纯电动变速箱装配工艺，尤其涉及一种齿轴柔性自动啮合方法、齿轴柔性自动啮合机构和纯电动变速箱轴系拼装装置。

背景技术

纯电动车在电机输出轴后端配备的基本上都是称作“纯电动变速箱”的部件。

典型的纯电动变速箱包含有输入轴(记为A轴)、中间轴(记为T轴)、差速器轴(记为D轴)，其中，T轴为双联齿轮轴，与A轴和D轴均齿轮啮合，形成二级变速传动。为提高装配效率，制造厂商通常将A轴、T轴、D轴在啮合状态下整体压装至变速箱的壳体中。

在现有的装配线上，在轴系压装前设有轴系拼装工位，在轴系拼装工位中A轴、T轴、D轴要么是手动啮合，要么是气缸直线推动齿轴啮合，这两种方式都存在比较大的产品质量问题。

手动啮合效率较低，无法实现工厂自动化，也会造成在啮合过程中，操作力不同，使得齿与齿之间产生碰撞，可能造成齿损伤，继而造成严重的质量问题。气缸直线推动方式同样会造成齿与齿之间产生碰撞，同样造成严重的质量问题，而且气缸直线推动方式，在发生对顶时，无法一次性啮合到位的高节拍要求。

重要的是，现有拼装机构(例如中国专利文献CN106670797A披露的DCT变速箱轴系自动拼装装置)拼装的轴系不能直接压装至变速箱壳体中，另外还需要机械手转移工序，该拼装工艺已经不能满足目前装配线高精度高节拍要求的生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿轴柔性自动啮合方法，以满足高精度高节拍的生产需求。

本发明的目的还在于提供一种齿轴柔性自动啮合机构，以满足高精度高节拍的生产需求。

本发明的目的还在于提供一种纯电动变速箱轴系拼装装置，以实现在装配线上实现轴系在变速箱壳体上的自动拼装。

为此，本发明一方面提供了一种齿轴柔性自动啮合方法，用于轴系啮合，所述轴系包括A轴、D轴和T轴，包括：拾取A轴、D轴和T轴并提升至自由悬空状态；对自由悬空状态下A轴、D轴和T轴进行旋转啮合，其中令A轴和D轴处于啮合后的相对位置，令T轴围绕一设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置；获得在拾取状态下啮合在一起的A轴、D轴和T轴。

进一步地，在旋转啮合过程中，使T轴围绕自身中心轴线作旋转运动，并且使A轴和D轴围绕各自中心轴线摆动，以实现无碰齿啮合。

进一步地，使A轴、D轴和T轴在拾取前各自呈直立姿态，并且在拾取前后使A轴、D轴和T轴的相对位置保持不变。

进一步地，上述齿轴柔性自动啮合方法还包括以下步骤：使在拾取状态下啮合在一起的轴系整体移动、预装至变速箱壳体中。

进一步地，根据齿轴的构造特点选取齿轴的拾取方式，所述齿轴的拾取方式包括：(1)通过内孔卡爪对齿轴的轴孔自定位卡紧以实现齿轴的拾取；(2)通过涨套对齿轴的轴孔涨紧以实现齿轴的拾取；(3)通过定位芯与齿轴的轴孔插接定位配合并同时夹爪对齿轴外圆夹持以实现齿轴的拾取。

根据本发明的另一方面，提供了一种齿轴柔性自动啮合机构，用于轴系啮合，所述轴系包括A轴、D轴和T轴，该自动啮合机构包括D轴单元、A轴单元、T轴单元、以及支撑单元，所述D轴单元包括D轴拾取机构，用于拾取D轴，所述A轴单元包括A轴拾取机构，用于拾取A轴，其中，A轴和D轴在拾取状态下处于啮合后的相对位置，所述T轴单元包括T轴拾取机构，用于拾取T轴，还包括T轴推动油缸，用于使T轴围绕一设定中心旋转，其中，T轴在拾取状态下处于非啮合位置，所述支撑单元能够升降移动，带动各单元移动至第一设定位置和第二设定位置，其中，各单元到达第一设定位置时能够对各轴进行拾取，各单元在到达第二设定位置时T轴能够围绕所述设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置。

进一步地，在上述齿轴柔性自动啮合机构中，所述D轴拾取机构包括D轴夹爪气缸和多个D轴内孔夹爪，其中，所述多个D轴内孔夹爪用于对D轴的轴孔进行自定位卡紧，所述A轴拾取机构包括A轴夹爪气缸、A轴定位芯、以及一对A轴夹爪，其中，所述A轴定位芯位于一对A轴夹爪的中部，与A轴的轴孔定位配合，所述一对A轴夹爪用于对A轴的外圆进行夹持；所述T轴拾取机构包括T轴拉紧气缸、T轴涨紧外套、以及T轴涨紧内芯，其中，T轴涨紧外套与T轴的轴孔配合，以对轴孔进行涨紧。

进一步地，上述D轴单元还包括用于驱动D轴拾取机构摆动的D轴摆动气缸，和/或所述A轴单元包括A轴拾取机构和用于驱动A轴拾取机构摆动的A轴摆动气缸，和/或所述T轴单元还包括中心转动组件，所述中心转动组件与T轴拾取机构二者之间通过同步带传动，以驱动T轴拾取机构围绕自身中心轴线旋转。

本发明还提供了一种纯电动变速箱轴系拼装装置，包括机架、齿轴啮合机构、用于驱动齿轴啮合机构升降移动的升降驱动机构、以及用于置放A轴、D轴和T轴的工件托盘，其中，所述自动啮合机构为根据上面所描述的齿轴柔性自动啮合机构。

进一步地，上述工件托盘支撑在装配线上，还用于置放变速箱壳体，其中，所述齿轴柔性自动啮合机构还用于将啮合后的轴系预装至变速箱壳体中。

本发明机构在解决自动化装配需求基础上，还解决了齿轴啮合碰撞齿的问题。用一边推动一边旋转的方式，柔性啮合，保证一次性啮合到位，且不会造成碰撞问题，对于高产能装配线的效果非常明显。其结构新颖简单，应用前景广泛。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合方法中齿轴啮合前的示意图；

图2示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合方法中齿轴自动啮合动作示意图；

图3示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合方法中齿轴啮合后的示意图；

图4示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合机构的立体结构示意图；

图5a示出了根据本发明的D轴单元的立体结构示意图；

图5b示出了根据本发明的D轴单元的内部结构；

图6a示出了根据本发明的A轴单元的立体结构示意图；

图6b示出了根据本发明的A轴单元的内部结构；

图7示出了根据本发明的T轴单元的轴侧图一；

图8示出了根据本发明的T轴单元的轴侧图二；

图9示出了根据本发明的T轴单元的中心转轴的内部结构；

图10示出了根据本发明的T轴单元的T轴组件的内部结构；

图11示出了图10所示T轴组件的夹持部的放大结构；

图12示出了根据本发明的T轴单元的平面布局示意图；

图13示出了根据本发明的拼装装置的初始状态；

图14示出了根据本发明的拼装装置的轴系拾取状态；

图15示出了根据本发明的拼装装置的自动啮合状态；

图16示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合机构在轴系啮合前的示意图；

图17示出了根据本发明的齿轴柔性自动啮合机构在轴系啮合后的示意图；

图18示出了根据本发明的轴系与变速箱壳体初装的示意图；

图19示出了根据本发明一实施例的齿轴柔性自动啮合方法的流程图；以及

图20示出了根据本发明另一实施例的齿轴柔性自动啮合方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据装配线的使用特点，本发明提供了一种能够实现高精确高柔性高节拍需求的轴齿啮合方法和啮合机构，且能够有效避免齿尖的直接碰撞，保证产品的啮合过程高质量要求。

本齿轴柔性自动啮合方法用于轴系啮合，所述轴系包括A轴、D轴和T轴，如图19所示，包括以下步骤：

S1、拾取A轴、D轴和T轴并提升至自由悬空状态；

S2、对自由悬空状态下A轴、D轴和T轴进行旋转啮合，其中令A轴和D轴处于啮合后的相对位置，令T轴围绕一设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置；S3、获得在拾取状态下啮合在一起的A轴、D轴和T轴。

优选地，如图20所示，本齿轴柔性自动啮合方法用于轴系啮合包括以下步骤：

S1、拾取A轴、D轴和T轴且提升至自由悬空状态；

S2、对自由悬空状态下A轴、D轴和T轴进行旋转啮合，其中令A轴和D轴处于啮合后的相对位置，令T轴围绕一设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置；

S3、获得在拾取状态下啮合在一起的A轴、D轴和T轴；

S3、使在拾取状态下啮合在一起的轴系整体移动、预装至变速箱壳体中。

优选地，在旋转啮合过程中使T轴围绕自身中心轴线作旋转运动，并且使A轴和D轴围绕各自中心轴线摆动，以实现无碰齿啮合。

优选地，使A轴、D轴和T轴各自呈直立姿态被拾取，并且在拾取前后使A轴、D轴和T轴的相对位置保持不变，T轴处于非啮合位置。

优选地，根据A轴、D轴和T轴的结构特点，可选择的拾取方式包括：通过内孔卡爪对齿轴的轴孔自定位卡紧以实现齿轴的拾取；通过涨套对齿轴的轴孔涨紧以实现齿轴的拾取；通过定位芯与齿轴的轴孔插接定位配合并结合夹爪对齿轴外圆夹持以实现齿轴的拾取。

在本发明中，在A轴、D轴和T轴拾取的状态下进行旋转啮合，其啮合后的轴系可直接预装至变速箱壳体中，与现有技术轴系拼装后再利用其他夹具转移的方式相比，本发明对于提高装配线产能的效果非常明显。

本轴齿啮合机构包括支撑单元1、D轴单元2、A轴单元3、以及T轴单元4。

支撑单元1用于所有其他部分安装的基础，D轴单元2用于D轴的拾取和摆动，A轴单元3用于A轴的拾取和摆动，T轴单元4用于T轴的拾取、转动、以及机构啮合的驱动。

支撑单元1主要包括支撑座，用于所有其他部分安装的基础。该支撑座为升降滑台，沿竖直方向能够升降滑移。

D轴单元2主要包括D轴摆动气缸5、D轴单元轴承座6、D轴传动轴7、D轴夹爪气缸8、以及D轴内孔夹爪9。

D轴的拾取采用D轴内孔夹爪9，其三爪在D轴夹爪气缸8作用下自定位卡紧轴孔，同时，D轴摆动气缸5在啮合过程中摆动。

D轴摆动气缸5用于D轴的啮合过程中的摆动，D轴单元轴承座6用于D轴单元的径向固定，D轴传动轴7用于D轴摆动气缸5动作的传递，D轴夹爪气缸8用于夹紧D轴的驱动，D轴夹爪9用于定位和夹紧D轴的内孔。

A轴单元3主要包括A轴摆动气缸10、A轴单元轴承座11、A轴传动轴12、A轴夹爪气缸13、A轴定位芯14、以及一对A轴夹爪15。

A轴的拾取采用A轴定位芯14定位，在A轴夹爪气缸13作用下，一对A轴夹爪15对A轴外圆夹紧固定；同时，A轴摆动气缸10在啮合过程中摆动。

A轴摆动气缸10用于A轴的啮合过程中的摆动，A轴单元轴承座11用于A轴单元的径向固定，A轴传动轴12用于10-A轴摆动气缸动作的传递，A轴夹爪气缸13用于夹紧A轴的驱动，A轴定位芯14用于径向定位A轴，A轴夹爪15用于夹紧A轴。

T轴单元4主要包括驱动电机16、驱动电机联轴器17、驱动电机轴承座18、驱动轴19、驱动带轮轴承座20、驱动带轮21、驱动同步带22、T轴拉紧气缸23、T轴单元轴承座24、T轴拉杆25、T轴带轮轴承座26、T轴带轮27、T轴涨紧外套28、T轴涨紧内芯29、调节惰轮30、T轴推动气缸31、T轴推动气缸安装座32、原位缓冲固定挡块33、啮合位缓冲固定挡块34、以及T轴推动气缸活动挡块35。

上述驱动电机16、驱动电机联轴器17、驱动电机轴承座18、驱动轴19、驱动带轮轴承座20、以及驱动带轮21构成中心转动组件。

上述T轴拉紧气缸23、T轴单元轴承座24、T轴拉杆25、T轴带轮轴承座26、T轴带轮27、T轴涨紧外套28以及T轴涨紧内芯29构成T轴拾取机构。

T轴的拾取采用T轴拉紧气缸23拉T轴涨紧内芯29涨紧T轴涨紧外套28的方式。T轴的啮合驱动包括驱动电机16的自旋转驱动和在T轴推动气缸31的推动下T轴拾取机构以中心转动组件的轴心为中心的旋转运动。

驱动电机16用于提供啮合过程的旋转驱动力，驱动电机联轴器17用于16驱动电机的连接，驱动电机轴承座18用于驱动轴19的径向固定，驱动轴19用于啮合过程的旋转驱动力的传递，驱动带轮轴承座20用于驱动轴19的径向固定，驱动带轮21用于固定22驱动同步带，驱动同步带22用于啮合过程的旋转驱动力的传递。

T轴拉紧气缸23用于提供T轴涨紧固定的拉力，T轴单元轴承座24用于T轴单元的径向固定，T轴拉杆25用于T轴涨紧固定的拉力传递，连接T轴拉紧气缸23和T轴涨紧内芯29。

T轴带轮轴承座26用于25T轴拉杆的径向固定，T轴带轮27用于固定驱动同步带22，T轴涨紧外套28用于T轴的定位和固定，T轴涨紧内芯29，连接T轴拉杆25，拉力从拉杆传到内芯，使T轴涨紧外套28和T轴相对固定。

调节惰轮30用于22驱动同步带松紧的调节，T轴推动气缸31用于提供啮合过程的水平啮合驱动力，T轴推动气缸安装座32用于T轴推动气缸31的固定。

原位缓冲固定挡块33用于啮合机构初始位置的调节和限位，啮合位缓冲固定挡块34用于啮合机构啮合位置的调节和限位，T轴推动气缸活动挡块35用于啮合机构啮合前后T轴单元的阻挡。

本发明还提供了一种变速箱轴系拼装装置，如图13至图15所示，包括机架100、齿轴啮合机构200、用于驱动齿轴啮合机构升降移动的升降驱动机构300、以及用于置放A轴、D轴和T轴的工件托盘400，其中，齿轴啮合机构200的结构如上。

工件托盘400支撑在装配线上，还用于置放变速箱壳体500，其中，所述齿轴柔性自动啮合机构还用于将啮合后的轴系600预装至变速箱壳体500中。

本自动啮合机构工作流程如下：

如图13所示，在装配线的小车托盘上置放有A轴、D轴、T轴，其中T轴远离啮合位置。变速箱壳体在轴系的一侧居边布置。

如图14所示，支撑单元1位置下移，D轴单元、A轴单元、T轴单元分别拾取A轴、D轴、T轴。

如图15所示，本机构在拾取A轴、D轴、T轴后，支撑单元1位置提升，A轴、D轴、T轴呈悬空布置。

如图16所示，是啮合前的，D轴单元、A轴单元、T轴单元均在各自上述机构作用下定位和固定；通过驱动电机16的旋转驱动和T轴推动气缸31的水平啮合驱动，T轴会围绕中心转轴O一边旋转一边往A轴和D轴中心点处移动，D轴和A轴在各自摆动气缸作用下小角度摆动；这样三个齿轴在各自动态的情况下，实现齿轮间的啮合，最终结果如图17所示。

如图18所示，变速箱壳体随小车托盘移动至轴系的正下方，且位置对准，支撑单元1下移，将啮合后的轴系整体初步压装至变速箱壳体中，然后释放轴系、提升，等待下一次操作循环。初装后的变速箱壳体移动至下一压装工位，以对轴系总成进行压装。

本发明通过上述机构，实现了齿轴间的高效柔性啮合；且整体结构模块化设计，维护拆装简单；另外机构也满足产线高精度和高节拍的要求，对于高产能的装配线尤其重要，能够极大提高定位精度和装配质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种齿轴柔性自动啮合机构，用于轴系啮合，所述轴系包括A轴、D轴和T轴，所述A轴、D轴、T轴依次为输入轴、差速器轴、中间轴，其特征在于，包括D轴单元、A轴单元、T轴单元、以及支撑单元，

所述D轴单元包括D轴拾取机构，用于拾取D轴，所述A轴单元包括A轴拾取机构，用于拾取A轴，其中，A轴和D轴在拾取状态下处于啮合后的相对位置，

所述T轴单元包括T轴拾取机构，用于拾取T轴，还包括T轴推动油缸，用于使T轴围绕一设定中心旋转，其中，T轴在拾取状态下处于非啮合位置，

所述支撑单元能够升降移动，带动各单元移动至第一设定位置和第二设定位置，

其中，各单元到达第一设定位置时能够对各轴进行拾取，各单元在到达第二设定位置时T轴能够围绕所述设定中心旋转，由非啮合位置旋转至啮合位置，

所述D轴拾取机构包括D轴夹爪气缸和多个D轴内孔夹爪，其中，所述多个D轴内孔夹爪用于对D轴的轴孔进行自定位卡紧，

所述A轴拾取机构包括A轴夹爪气缸、A轴定位芯、以及一对A轴夹爪，其中，所述A轴定位芯位于一对A轴夹爪的中部，与A轴的轴孔定位配合，所述一对A轴夹爪用于对A轴的外圆进行夹持；

所述T轴拾取机构包括T轴拉紧气缸、T轴涨紧外套、以及T轴涨紧内芯，其中，T轴涨紧外套与T轴的轴孔配合，以对轴孔进行涨紧，

所述D轴单元还包括用于驱动D轴拾取机构摆动的D轴摆动气缸，和/或所述A轴单元包括A轴拾取机构和用于驱动A轴拾取机构摆动的A轴摆动气缸，和/或所述T轴单元还包括中心转动组件，所述中心转动组件与T轴拾取机构二者之间通过同步带传动，以驱动T轴拾取机构围绕自身中心轴线旋转。

2.一种纯电动变速箱轴系拼装装置，其特征在于，包括机架、齿轴啮合机构、用于驱动齿轴啮合机构升降移动的升降驱动机构、以及用于置放A轴、D轴和T轴的工件托盘，其中，所述齿轴啮合机构为根据权利要求1所述的齿轴柔性自动啮合机构。

3.根据权利要求2所述的纯电动变速箱轴系拼装装置，其特征在于，所述工件托盘支撑在装配线上，还用于置放变速箱壳体，其中，所述齿轴柔性自动啮合机构还用于将啮合后的轴系预装至变速箱壳体中。

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