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        測(cè)量選墊技術(shù)在裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主減速器裝配中的運(yùn)用

        2010-02-20 07:43:02李明晟
        裝備制造技術(shù) 2010年6期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量機(jī)墊片減速器

        李明晟

        (柳工機(jī)械股份有限公司,廣西柳州545007)

        裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主減速器,是裝載機(jī)的核心零部件之一,是將輸入的轉(zhuǎn)速降低、扭矩增大和改變扭矩的傳遞方向,并將動(dòng)力傳給半軸及輪邊行星減速器的裝置[1]。影響主減速器裝配質(zhì)量和壽命的主要關(guān)鍵因素有兩個(gè):

        一是主動(dòng)螺旋錐齒輪(簡(jiǎn)稱主螺旋)組件軸承預(yù)緊力的大小。預(yù)緊力太大,會(huì)加速軸承的磨損;反之,會(huì)產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。

        二是主減速器主、從動(dòng)螺旋弧齒錐齒輪副的側(cè)隙。間隙太大,會(huì)產(chǎn)生噪音、振動(dòng);反之,會(huì)加劇齒輪的磨損,出現(xiàn)齒輪咬死甚至斷齒現(xiàn)象[2]。

        上述因素,都是由調(diào)整墊片的厚度來(lái)控制的。

        1 墊片選取工藝分析

        1.1 主錐齒輪組件軸承預(yù)緊力的調(diào)整

        把上下軸承外環(huán)裝入軸承套,組成軸承套組件P3;在主螺旋上裝入下端軸承內(nèi)環(huán)組成組件P6;裝P3進(jìn)P6到位;裝軸套P5,選裝一組調(diào)整墊片P4;裝上端軸承內(nèi)環(huán);裝法蘭P2及帶槽螺母P1,按圖紙擰緊力矩要求擰緊P1。

        用軟繩一頭纏繞在P3外圓上,另一頭用彈簧秤水平拉動(dòng)P3旋轉(zhuǎn),測(cè)量其旋轉(zhuǎn)力是否符合要求。若不符要求,則把P1擰開(kāi),取出P6。更換墊片再次進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖1)。

        圖1 軸承預(yù)緊力測(cè)量示意圖

        由于旋轉(zhuǎn)力矩的測(cè)量和墊片的選取,完全依賴工人的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度,更換墊片需要不定次的擰緊和松開(kāi)螺母,嚴(yán)重影響裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性,造成裝配效率低下,同時(shí)加大了勞動(dòng)強(qiáng)度。

        1.2 主、從動(dòng)螺旋錐齒輪嚙合位置的調(diào)整

        對(duì)于大螺旋P7的軸向位置調(diào)整,是通過(guò)調(diào)節(jié)大螺旋兩端的調(diào)整螺母P8的旋合長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于主螺旋的軸向位置調(diào)整,則通過(guò)更換調(diào)整墊片P9來(lái)實(shí)現(xiàn)(調(diào)整方法見(jiàn)表1)。

        表1 主螺旋的軸向位置調(diào)整方法表

        在從動(dòng)螺旋錐齒輪(簡(jiǎn)稱大螺旋)齒面上涂敷顏料,手工正反方向旋轉(zhuǎn)主減速器組件,觀察大螺旋齒面接觸區(qū)(見(jiàn)圖2)。

        圖2 主、從動(dòng)齒輪嚙合位置調(diào)整示意圖

        調(diào)整要求是,齒面接觸斑點(diǎn),沿齒高方向?yàn)楣ぷ鼾X高的40%~70%,沿齒長(zhǎng)方向?yàn)辇X長(zhǎng)的35%~65%,工作齒面的接觸斑點(diǎn)須控制在齒的中部偏向小端,距小端2~7 mm為宜,非工作齒面接觸斑點(diǎn)須控制在齒的中部[3]。

        在該組件裝配過(guò)程中,墊片的選取同樣完全依賴工人的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度,如果墊片不合適,零部件的拆裝更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

        2 測(cè)量選墊技術(shù)及其測(cè)量設(shè)備介紹

        為了解決主減速器在上述的裝配過(guò)程中遇到的種種困難,我們通過(guò)對(duì)汽車行業(yè)進(jìn)行考察,最后決定采用測(cè)量選墊技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備,對(duì)主減速器裝配工藝進(jìn)行改進(jìn)。

        測(cè)量選墊技術(shù),是采用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制專用測(cè)量機(jī),在線對(duì)待測(cè)工件進(jìn)行裝配模擬加載,間接測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù),參數(shù)經(jīng)聯(lián)機(jī)計(jì)算和優(yōu)化后,提出調(diào)整墊片備選方案的技術(shù)[4]。該技術(shù)在汽車行業(yè)已經(jīng)得到了相當(dāng)程度的應(yīng)用。

        2.1 設(shè)備主要測(cè)量?jī)?nèi)容及原理

        主錐齒輪軸承座的下軸承內(nèi)圈上端面到上軸承內(nèi)圈下端面之間的距離稱作A1;軸承隔套的高度稱作A2;軸承座安裝結(jié)合面到下軸承內(nèi)圈下端面距離稱作S1;托架大螺旋安裝圓弧面的軸線到托架與主螺旋組件安裝結(jié)合面的距離稱作S2(見(jiàn)圖 3)。

        圖3 測(cè)量間隙計(jì)算的示意圖

        數(shù)據(jù)A1、A2、S1的測(cè)量基準(zhǔn)均為平面,設(shè)計(jì)在一臺(tái)測(cè)量設(shè)備(稱為E1)進(jìn)行;S2的測(cè)量選擇托架的兩個(gè)半圓弧面和托架與主動(dòng)螺旋錐齒輪總成的安裝結(jié)合面為測(cè)量基準(zhǔn),設(shè)計(jì)應(yīng)用另一臺(tái)測(cè)量設(shè)備(稱為E2)。兩臺(tái)設(shè)備能對(duì)所選墊片的厚度進(jìn)行實(shí)測(cè),并能實(shí)現(xiàn)相互間數(shù)據(jù)交換[4]。

        根據(jù)主減速器結(jié)構(gòu)形式,建立如下尺寸鏈:

        軸承調(diào)整墊片厚度L=A1-A2;

        托架調(diào)整墊片厚度H=S+S1-S2。其中S為軸承座下軸承下表面到從動(dòng)螺旋錐齒輪軸線的理論尺寸(如圖4)[5]。

        圖4 測(cè)量尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

        根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)和裝配工藝特點(diǎn),該測(cè)量技術(shù)采用相對(duì)測(cè)量方法,即首先制造出零件的標(biāo)定件,該零件的所有尺寸均為標(biāo)準(zhǔn)值。獲得測(cè)量標(biāo)定件時(shí)的傳感器壓縮量,再獲取測(cè)量待測(cè)件時(shí)的傳感器壓縮量。兩者的差值加上標(biāo)定件的標(biāo)準(zhǔn)值,即得到對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)數(shù)值[6]。

        2.2 E1測(cè)量機(jī)的測(cè)量過(guò)程

        當(dāng)進(jìn)行A1的測(cè)量時(shí),將標(biāo)定隔套放在測(cè)量基準(zhǔn)件上,控制測(cè)量機(jī)在隔套平面加載,使傳感器安裝架貼平隔套平面,此時(shí)傳感器產(chǎn)生壓縮量△A1標(biāo)定;然后將待裝隔套放在測(cè)量基準(zhǔn)面上,獲取傳感器壓縮量△A1實(shí)際。△A1標(biāo)定和△A1實(shí)際的差值,反映了標(biāo)定隔套和待裝隔套的高度差。由公式A1實(shí)際=A1標(biāo)定+△A1標(biāo)定-△A1實(shí)際可求出A1的實(shí)測(cè)數(shù)值(測(cè)量過(guò)程見(jiàn)圖 5)。

        圖5 A1的測(cè)量過(guò)程示意圖

        標(biāo)定尺寸和待測(cè)尺寸的測(cè)量,均要進(jìn)行兩次,比較前后兩次的傳感器壓縮量。如差值>0.005 mm,則舍棄第一次壓縮量,將第二次壓縮量作為第一次壓縮量,再次進(jìn)行測(cè)量;如差值<0.005 mm,取兩次壓縮量的平均值作為測(cè)量數(shù)值。這樣是為了消除傳感器的隨機(jī)誤差。

        當(dāng)進(jìn)行A2和S1的測(cè)量時(shí),首先依順序?qū)⑾螺S承內(nèi)圈、軸承座、測(cè)量基準(zhǔn)盤(pán)和上軸承內(nèi)圈放在測(cè)量平臺(tái)上,然后控制測(cè)量機(jī)在上軸承內(nèi)圈模擬加載。加載力為圖紙要求的軸承預(yù)緊力。從而壓實(shí)各個(gè)零件,并使傳感器被壓縮。這樣就模擬出軸承套裝配完成時(shí)的受力情況(測(cè)量過(guò)程見(jiàn)圖6)。

        圖6 模擬加載過(guò)程示意圖

        標(biāo)定尺寸和待測(cè)尺寸的模擬加載,同樣進(jìn)行兩次。取前后兩次壓縮量的平均值,作為測(cè)量數(shù)值,以消除可能的壓合變化和傳感器隨機(jī)誤差。

        模擬加載后,△A2標(biāo)定和△A2實(shí)際的差值,反映了在實(shí)際工作情況下標(biāo)定軸承軸向距離和待裝軸承軸向距離的高度差。設(shè)標(biāo)定高度為A2標(biāo)定,通過(guò)計(jì)算公式A2實(shí)際=A2標(biāo)定+△A2標(biāo)定-△A2實(shí)際,可得到待裝隔套的高度。

        同理,得到 S1標(biāo)定、△S1標(biāo)定、△S1實(shí)際等一系列數(shù)值,由公式S1實(shí)際=S1標(biāo)定+△S1標(biāo)定-△S1實(shí)際求出S1實(shí)際。

        將 A1實(shí)際和 A2實(shí)際代入公式 L墊片=A1實(shí)際-A2實(shí)際+△L補(bǔ)償值(△L補(bǔ)償值為墊片厚度補(bǔ)償值),可以得出所需墊片的理論厚度值L墊片。

        計(jì)算機(jī)對(duì)L墊片進(jìn)行圓整優(yōu)化后,顯示出所需墊片的種類和數(shù)量組合方案。

        由于墊片的制造精度問(wèn)題,選好的墊片組合往往與理論值有所偏差,所以需對(duì)墊片進(jìn)行實(shí)測(cè)。

        選墊結(jié)束后,該測(cè)量機(jī)還可在對(duì)軸承進(jìn)行模擬加載的情況下,驅(qū)動(dòng)軸承座旋轉(zhuǎn),實(shí)測(cè)旋轉(zhuǎn)力矩,確保力矩符合圖紙要求。

        該測(cè)量機(jī)在進(jìn)行測(cè)量時(shí),軸承預(yù)緊力由液壓系統(tǒng)模擬加載,墊片測(cè)量數(shù)據(jù)由高精度的傳感器獲取,墊片的優(yōu)化計(jì)算和選取以及軸承座旋轉(zhuǎn)力矩的測(cè)量,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。避免了人工打緊鎖緊螺母提供軸承預(yù)緊力,墊片的測(cè)量和選取完全依靠工人經(jīng)驗(yàn)的情況,減少了由于墊片不合適的反復(fù)拆裝。

        2.3 E2測(cè)量機(jī)的測(cè)量過(guò)程

        由于S2的測(cè)量,是以圓弧中心為基準(zhǔn),無(wú)法直接獲得。因此,制造一個(gè)測(cè)量圓棒,測(cè)量開(kāi)始前,將之放置于圓弧上。采用動(dòng)力裝置使測(cè)量機(jī)的傳感器沿水平方向向圓棒前進(jìn),當(dāng)傳感器觸碰到圓棒后,將沿圓棒表面爬升。當(dāng)傳感器爬升到最高點(diǎn)時(shí),壓縮量最大,取此時(shí)的壓縮量為測(cè)量數(shù)值(測(cè)量過(guò)程見(jiàn)圖7)。

        圖7 E2測(cè)量機(jī)的測(cè)量過(guò)程示意圖

        在標(biāo)定過(guò)程中,測(cè)量機(jī)上放置標(biāo)定托架。標(biāo)定托架的理論尺寸稱為S2標(biāo)定。獲取測(cè)量傳感器對(duì)應(yīng)于S2標(biāo)定時(shí)的兩次最大壓縮量,取平均值后得到△S2標(biāo)定。

        在測(cè)量時(shí),工作臺(tái)上放置待安裝的托架。獲取測(cè)量傳感器的兩次最大壓縮量,取平均值后得到△S2實(shí)際。由公式S2實(shí)際=S2標(biāo)定+△S2標(biāo)定-△S2實(shí)際,算出S2實(shí)際。

        E2和E1聯(lián)機(jī)讀取相應(yīng)軸承座的S1實(shí)際。由公式H=S理論+S1實(shí)際-S2實(shí)際,得到托架調(diào)整墊片的厚度H。計(jì)算機(jī)優(yōu)化處理數(shù)據(jù)后顯示選墊方案。

        由于墊片的制造精度問(wèn)題,選好的墊片需要組合迭加好后進(jìn)行實(shí)測(cè)。

        采用該測(cè)量機(jī),實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)螺旋軸向位置的自動(dòng)測(cè)量和調(diào)整控制,避免了人為因素的影響,減少了零件返工。

        3 零件設(shè)計(jì)的更改

        為了配合測(cè)量選墊技術(shù)的運(yùn)用,在結(jié)合汽車廠的經(jīng)驗(yàn)并對(duì)公司裝載機(jī)產(chǎn)品的分析后,我們對(duì)零件設(shè)計(jì)做了相應(yīng)的更改。

        3.1 軸承預(yù)緊力調(diào)整件

        原來(lái)采用鋼質(zhì)軸套和銅質(zhì)墊片的組合。由于銅質(zhì)材料比較軟,而且裝載機(jī)的工況是低速重載的,主減速器在工作時(shí),調(diào)整件承受的動(dòng)態(tài)載荷和沖擊載荷均比較大。造成裝配中調(diào)整合格的墊片發(fā)生變形使預(yù)緊力達(dá)不到要求。

        基于上述原因,我們將調(diào)整件更改為鋼質(zhì)隔套和鋼質(zhì)墊片的組合。兩者的硬度和耐磨性均類似。這樣就減小了動(dòng)載時(shí)墊片變形對(duì)裝配精度的影響,保證了主減速器工作的穩(wěn)定性。

        由于主螺旋軸承預(yù)緊力對(duì)調(diào)整墊片厚度的敏感度為0.01 mm,隔套分組以0.01 mm一檔;墊片分組以0.1mm、0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm為檔次。兩者組合可以實(shí)現(xiàn)在公差范圍內(nèi)的預(yù)緊力調(diào)整。

        3.2 主螺旋軸向位置的調(diào)整件

        原來(lái)采用紙墊。密封性能較好,但是比銅墊更加容易變形,而且紙制墊片的公稱尺寸很難測(cè)量準(zhǔn)確,嚴(yán)重影響了裝配精度。

        因此,我們采用不易變形的鋼墊取代紙墊。螺旋錐齒輪嚙合間隙的調(diào)整幅度比較大,墊片分組以0.1mm為檔次。另外,在鋼墊兩面涂敷密封膠后再進(jìn)行裝配,也可得到理想的密封效果。

        4 采用測(cè)量選墊技術(shù)前后的對(duì)比(見(jiàn)表2)

        表2 采用測(cè)量選墊技術(shù)前后對(duì)比表

        5 結(jié)束語(yǔ)

        公司投產(chǎn)的基于測(cè)量選墊技術(shù)的主減速器測(cè)量選墊機(jī),首次實(shí)現(xiàn)了測(cè)量選墊這一先進(jìn)技術(shù)在工程機(jī)械的運(yùn)用,改變了傳統(tǒng)的測(cè)量選墊工藝,提高了裝配效率,穩(wěn)定了裝配質(zhì)量,降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

        [1]JB/T 9717.1-1999,輪式工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)橋術(shù)語(yǔ)[S].

        [2]張燕飛,等.弧齒錐齒輪傳動(dòng)齒輪副側(cè)隙調(diào)整[J].機(jī)械傳動(dòng),2005,29(4):9-11.

        [3]JB/T 6041-92,輪式工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)橋·主減速器齒輪副技術(shù)條件[S].

        [4]何元祥,等.汽車后橋主減速器殼體墊片預(yù)選機(jī)的研制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,25(3):447-450.

        [5]謝鐵邦,等.互換性與技術(shù)測(cè)量(第三版)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,1998.

        [6]林巨廣,等.汽車分動(dòng)器齒側(cè)間隙調(diào)整優(yōu)化技術(shù)[J].裝備制造技術(shù),2007,(4):6-7.

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