摘要: 驱动桥主减总成装配质量直接影响汽车性能,而其中主减调整垫片选择是否合适则是控制装配质量的关键。通过对驱动桥结构及装配工艺的分析,提出了一种基于相对测量原理的主减垫片预选新方法,根据该方法研制了相应的垫片预选测量机,并分析了影响测量精度的因素,提出了应对措施。该设备具有较好的柔性,适应多品种垫片预选测量需求,大大提高了产品的装配质量。

　　0前言

　　汽车驱动桥主减速器的装配质量是影响汽车性能的一个重要因素。主减速器是汽车驱动桥的关键部件,它的主要功用是将输入的转矩增大并降低相应的转速[ 1]。轴承座的回转力矩是影响其性能的最重要因素,它通过控制支撑主动锥齿轮轴的一对圆锥滚子轴承的预紧力来实现。目前采用在主动锥齿轮轴的一对圆锥滚子轴承间加减垫片的方法调节预紧力的大小[ 3 -4 ]。因此,正确选择垫片的厚度是提高主减速器装配质量的关键。

　　目前,选片方法多采用手工试垫的方法[ 2],主减速器总成装配完成后检测预紧力矩大小是否符合装配工艺要求,不符合则拆开重新装配,根据经验增减垫片厚度再重新装配。这样反复拆装,直至满足装配要求为止,其过程烦琐、返工率高,工人劳动强度大。为了避免人工选垫试凑存在的不足,我们根据相对测量原理研制了一台新型的垫片预选测量机,通过对上下圆锥滚子轴承内圈之间间隙的精确测量对主减垫片进行预选,大大提高了汽车驱动桥主减速器的装配质量。

　　1　驱动桥主减垫片测量原理

　　1. 1　驱动桥主减速器主齿总成结构分析

　　图 1是汽车主减速器主齿总成,在主动齿轮上压入了两个配对的圆锥滚子轴承,上轴承和下轴承的两个内圈之间装隔套和调整垫片,油封外圆涂抹润滑脂后压装入轴承端盖 4孔内,外部再通过一个锁紧螺母拧紧主齿凸缘,主齿凸缘作用在上轴承的内圈上,轴承的预紧力由上轴承和下轴承内圈之间的隔套和调整垫片实现调节[ 5 ]。

　　1. 2　驱动桥主减垫片测量模型分析

　　通过对主齿总成的结构分析,我们提出了如图2所示的测量模型,测量分两步:

　　( 1) 把下轴承内圈放入测量芯棒,然后放上轴承座,再放上上轴承内圈,最后放上已知高度为 H 1 的辅助隔套,这次不放隔套( 为了测量准确,即模拟轴承的实际运行状态,这种状态必须使轴承座旋转一段时间再进行测量) ;

　　( 2) 把下轴承内圈放入测量芯棒,然后放上隔套,再放上上轴承内圈,最后放上已知高度为 H 2的辅助隔套,这次不放轴承座。

　　显然由图 2可知如果第一次( 放上轴承座) 能测量出测量芯棒台阶面到上轴承内圈上端面的距离 A 1 ,第二次( 不放轴承座,放上隔套) 能测量出 A 2 ,则装配时的预选垫片厚度则为 D e l t =A 1 -A 2。为了减小因传感器的非线性因数对测量精度的影响,设计时考虑公差范围使 H 1 +A 1 与 H 2 +A 2接近,并且比测量芯棒高3mm左右。

　　显然 A 1 , A 2 的高度难以直接测出,这里我们提出基于相对测量原理( 基准量加变化量) 利用辅助隔套间接测量其差值的新方法。具体是在测量的第一步用带有传感器的测量压环压住辅助隔套(参考图3) ,轴承座旋转一段时间后读取传感器的记录值 S A 1 。在测量第二步中带有传感器的测量压环压住辅助隔套后直接读取传感器记录读值 S A 2。

　　显然由图 2的尺寸关系(图2中芯轴高度未变) 可以得到如下公式:

　　A 1 +H 1 -D e l t A 1 =A 2 +H 2 -D e l t A 2 ( 1)

　　D e l t =A 1 -A 2 =H 2 -H 1 +D e l t A 1 -D e l t A 2 ( 2)

　　这里 D e l t A 1为第一步测量况时辅助隔套上端面到测量芯轴上端面的距离, D e l t A 2 为第二步测量况时辅助隔套上端面到测量芯轴上端面的距离。

　　由于辅助隔套 H 1 , H 2 的高度已知,显然要得到预选垫片厚度 D e l t =A 1 -A 2 ,转化为只要求得 D e l t A=D e l -t A 1 -D e l t A 2即可。

　　参考图 3可知:

　　D e l t A 1=S c -S A 1, D e l t A 2=S c -S A 2( 3)

　　这里 S c 为传感器与测量压环齐平时传感器的读数值。

　　由( 2) ( 3) 式可得:

　　D e l t =H 2 -H 1 +S A 2 -S A 1 ( 4)

　　由此基于相对测量原理经简单的两步测量即可得到预选垫片厚度。

　　2　汽车主减垫片预选机测量机构设计及测量过程

　　根据以上原理研制了相应的垫片预选机,该机由机身、上测量系统和传动系统三部分组成,结构如图3所示。

　　在上测量系统的传感器保持器 11内装有位移传感器 10,在初始状态传感器也处于预压缩,压簧 8使辅助测头 17下阶梯端面与垫环完全接触,这时辅助测头伸出测量压环 16一小段( 4m m左右) ,显然测量状态测量压环 16与辅助隔套 2压平接触时,辅助测头抵上在测量芯轴的上端面上,辅助测头 17下阶梯端面与垫环脱离接触,这时压簧及传感器被进一步压缩。

　　轴承座通过固定在机身上的芯轴定位,通过电机传带动轴承座转动,来消除轴承内圈和轴承座之间的间隙,以确保所测间隙的精度。上气缸带动上测量系统做上下运动。

　　具体测量过程如下:

　　( 1) 基于测量定位芯轴 18,依次放上下轴承内圈、轴承座、上轴承内圈及辅助隔套 H 1。

　　( 2) 按测量按钮,上测量系统下降, 测量压环 16压上辅助隔套 H 1 后,电机带动轴承座转动,待消除轴承内圈和轴承座间的间隙, 读取此时的传感器读数S A 1 ,然后上测量系统上升,完成第一次测量。

　　( 3) 依次取下辅助隔套 H 1 、上轴承内圈和轴承座,再放上隔套、上轴承内圈和辅助隔套 H 2。

　　( 4) 按测量按钮,上测量系统下降,测量压环 16压上辅助隔套 H 2 , 读取此时的传感器读数 S A 2。上测量系统上升,完成第二次测量。

　　( 5) 计算机根据公式( 4) 即可得到预选垫片厚度,最后根据实际情况加上垫片补偿量即为实际所需的垫片厚度。

　　3　影响测量精度的因素及采取的措施

　　在测量过程中,由于某些原因将会引起测量误差,从而降低测量精度。实验结果表明在正确装配状态下,主齿总成预紧力矩对装配垫片厚度的敏感度约为20N m/mm 。因此要提高装配效率,就必须提高选垫精度。影响测量精度的误差因数主要有测量量具(传感器、放大器等) 的精度等级、测量环境( 环境温度、环境震动、环境清洁度) 、工件本身的位置及配合精度、测量机构有关端面的加工精度等。

　　针对以上原因我们采用了以下措施:

　　( 1) 提高被测零件的清洁程度,特别是测量面的清洁程度,保证测量面上无污垢;

　　( 2) 提高主齿轮轴颈的加工精度,尽量减小主轴颈与轴承配合面的轴径公差带宽,以控制轴承压装时的径向变形分散度;

　　( 3) 提高测量压环 16和测量测头 17的硬度。测量压环经淬火的处理的硬度应保证到 H R C 45,表面粗造度应达到 R a 0. 8。测量测头经淬火处理硬度达到HR C 50。表面粗造度应达到 R a 0. 8;

　　( 4) 由于传感器是精密仪器,为避免传感器测头在测量过程中因碰撞对测头产生损伤,我们通过辅助测头 17与工件接触,传感器测头不直接和被测工件接触。

　　4　结束语

　　该预选机已批量应用我国卡车生产企业的主减总成装配线上,实践表明该机大大提高主减速器的选垫效率,降低了选垫返工率,提高了汽车驱动桥主减速器的装配质量,同时配合装配线上其他的配套设备协同工作,使主减总成的装配质量和装配效率提高到了一个新的水平。

　　参考文献

　　[ 1 ] 刘世恺.汽车的传动系[ M] .北京: 人民交通出版社, 1978.

　　[ 2] 何元祥, 林巨广,任永强. 汽车后桥主减速器壳体垫片预选机的研制[ J ] . 合肥工业大学学报 ( 自然科学版 ) , 2002, 25( 3) : 447-450.

　　[ 3] 吉林工业大学汽车教研室. 汽车设计[ M] . 北京: 机械工业出版社, 1982.

　　[ 4] 李珍华,丁杰雄, 王丛岭, 等.一种改进的通用型主锥选垫机原理及实现[ J ] . 汽车技术, 2004( 1) : 35-37.

　　[ 5] 安吉阁. 汽车驱动桥主减装配工艺研究[ D ] . 合肥: 合肥工业大学, 2008.

　　[ 6] 何元祥.汽车后桥主齿轴总成隔套垫片预选机的研制 [ J ] .合肥工业大学学报( 自然科学版) , 2001, 24( 6) : 168-172.

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