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。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[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）：1832-1832

[5]  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。