陳甦欣，劉健，郭裕聰

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥230009)

汽車自動(dòng)變速箱以其乘坐舒適性及操作便捷性已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而在其換擋過程中多摩擦片式換擋制動(dòng)器起著至關(guān)重要的作用［1］。制動(dòng)器裝配的好壞直接影響到變速箱換擋的性能，而摩擦片組的裝配間隙是影響制動(dòng)器裝配質(zhì)量的重要因素［2］。如裝配間隙過小，致使制動(dòng)器在脫離時(shí)不完全，且發(fā)熱量過大;間隙過大，致使制動(dòng)器接合時(shí)，反應(yīng)速度慢，換擋時(shí)間長(zhǎng)［3］。一般采用調(diào)整法蘭墊片的厚度來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器摩擦片組間隙的控制。因此，正確選用墊片厚度是提高制動(dòng)器裝配質(zhì)量的關(guān)鍵。

目前，換擋制動(dòng)器的墊片測(cè)量方法是在裝配過程中先利用螺栓壓緊制動(dòng)器的摩擦片組，再用塞規(guī)測(cè)量間隙，根據(jù)此間隙選擇合適的墊片厚度［4-5］。采用這種測(cè)量方法，需要經(jīng)常拆卸工裝，影響整條裝配線的節(jié)拍平衡，嚴(yán)重降低裝配效率。此外，測(cè)量過程中人為因素較多，精度及準(zhǔn)確性不高，造成選用的墊片厚度與實(shí)際所需厚度存在誤差，嚴(yán)重影響了裝配質(zhì)量［6］。

作者針對(duì)4AT變速箱制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，基于相對(duì)測(cè)量原理提出了一種對(duì)工件型腔槽上表面與型腔內(nèi)摩擦片上表面的間隙值進(jìn)行精確測(cè)量的方法，從而實(shí)現(xiàn)墊片厚度的在線檢測(cè)，大大提高變速箱的裝配精度及效率。

1 墊片測(cè)量原理

1.1 換擋制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為某4AT自動(dòng)變速箱殼體，其中位置I為制動(dòng)器工作腔及摩擦片組。

圖1 自動(dòng)變速箱殼體

制動(dòng)器由摩擦片、鋼片、復(fù)位彈簧、卡環(huán)和活塞等組成。摩擦片與單向離合器的外圈連接，鋼片與殼體連接。液壓油經(jīng)油道口推動(dòng)活塞，鋼片和摩擦片在活塞推動(dòng)下緊壓在一起，制動(dòng)器即接合［7-9］。在裝配過程中，工件的I型腔內(nèi)主要有摩擦片、鋼片、法蘭墊片和卡環(huán)等，如圖2所示。

圖2 制動(dòng)器腔內(nèi)主要零件圖

1.2 墊片測(cè)量模型分析

圖3為工件測(cè)量原理圖，可得尺寸鏈公式:

式中:L為工件型腔I總高度，B為摩擦片和鋼片被壓緊時(shí)的疊加厚度，A即為法蘭墊片、卡環(huán)的厚度與制動(dòng)器分離間隙之和。由于卡環(huán) (為工件)厚度已知C=1.6 mm，分離間隙的參考范圍為0.806～1.206 mm，選墊時(shí)選取最接近分離間隙的中間值1.0 mm。所以，如果測(cè)量出A的高度就能計(jì)算出適合的墊片厚度，即:

圖3 工件測(cè)量原理圖

考慮到直接測(cè)量出A非常困難。故作者采用基于相對(duì)測(cè)量原理的測(cè)量方法［10］，即分別測(cè)量一個(gè)與工件具有相似卡槽形狀且尺寸相近的標(biāo)定件與工件，進(jìn)而得出A的精確尺寸的測(cè)量方法。標(biāo)定件測(cè)量原理圖如圖4所示，A0的尺寸接近A的尺寸范圍并保證很高的加工精度。

圖4 標(biāo)定件測(cè)量原理圖

具體的測(cè)量方法為:第一步，先對(duì)標(biāo)定件進(jìn)行測(cè)量 (參考圖4)，通過3個(gè)圓周均勻分布的位移傳感器分別測(cè)得標(biāo)定件摩擦片組上表面位置的讀數(shù)并取平均值得到M0，用另外3個(gè)圓周均勻分布的位移傳感器測(cè)得標(biāo)定件卡槽上表面位置的讀數(shù)并取平均值得到N0;第二步，裝入摩擦片組，對(duì)工件卡槽進(jìn)行測(cè)量(參考圖3)，用與第一步相對(duì)應(yīng)位置的傳感器、相同的測(cè)量方法分別得到工件摩擦片組上表面位置的讀數(shù)M1和工件卡槽上表面位置的讀數(shù)N1。根據(jù)尺寸鏈可得工件卡槽的深度:

再把測(cè)量得到的A值代入式 (2)中，即可得到法蘭墊片的厚度D。

2 測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上測(cè)量原理，研制出變速箱換擋制動(dòng)器墊片預(yù)選測(cè)量機(jī)，其中關(guān)鍵的墊片測(cè)量機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 墊片測(cè)量機(jī)構(gòu)

在該機(jī)構(gòu)中，傳感器7、彈簧9、摩擦片測(cè)量桿10和摩擦片壓板12形成一支測(cè)量分路。為了提高測(cè)量精度，這樣的測(cè)量分路沿圓周均布了3處，摩擦片壓板通過6個(gè)圓周均布的矩形彈簧11壓緊在摩擦片組上。傳感器2、指狀測(cè)桿5和測(cè)量頭6形成另一支測(cè)量分路，測(cè)量頭與卡槽的上表面壓緊，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，這樣的測(cè)量分路也沿圓周均布了3處。由于測(cè)量頭需要進(jìn)入凹槽內(nèi)，因此需增設(shè)輔助旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)氣缸8的水平運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸和棘輪組件3旋轉(zhuǎn)，棘輪邊緣的棘輪撥動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)卡爪4繞指狀測(cè)桿的軸線旋轉(zhuǎn)，再通過升降氣缸1的伸縮和彈簧的作用來實(shí)現(xiàn)測(cè)量頭與卡槽上表面的分離與壓緊。

3 測(cè)量結(jié)果分析

3.1 測(cè)量穩(wěn)定性分析

在設(shè)備測(cè)量過程中，由于實(shí)驗(yàn)氣壓、測(cè)量形式、摩擦片和鋼片擺放形式的不同都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。根據(jù)以上幾種影響測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性的因素，設(shè)計(jì)了4種實(shí)驗(yàn)形式分別進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出穩(wěn)定性最高的測(cè)量方式。

4種實(shí)驗(yàn)形式下的各組測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4種實(shí)驗(yàn)形式下的測(cè)量數(shù)據(jù)

分別計(jì)算各組數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差，得到第2種測(cè)量形式的差值最小，證明該種測(cè)量方式最穩(wěn)定，故設(shè)備測(cè)量時(shí)選擇第2種實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行測(cè)量。

3.2 測(cè)量準(zhǔn)確性分析

采用檢具隨機(jī)誤差的驗(yàn)收評(píng)定方法，以測(cè)量能力指數(shù)Cg值作為評(píng)定指標(biāo) (Cg≥1.33可判定被評(píng)定測(cè)量器具具有測(cè)量能力)［11］。計(jì)算公式為:

式中:K為縮小系數(shù)，一般取K=0.2;

KT為允許的測(cè)量結(jié)果分布寬度;

4S為實(shí)際達(dá)到的測(cè)量結(jié)果分布寬度;

T為工件被檢項(xiàng)目公差 (此次實(shí)驗(yàn)T＞10 μm);

Xi為第i次測(cè)量值;

X為平均測(cè)量值;

n為測(cè)量次數(shù) (此次實(shí)驗(yàn)次數(shù)n=10)。

確定實(shí)驗(yàn)方式后，對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行調(diào)試并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，代入測(cè)量數(shù)據(jù)得重復(fù)精度為 Cg=5.441≥1.33，如表2所示，證明測(cè)量系統(tǒng)合格。

表2 測(cè)量數(shù)據(jù)處理

綜上所述，通過實(shí)驗(yàn)證明，該測(cè)量方法及測(cè)量設(shè)備能夠保證墊片選擇的準(zhǔn)確性和測(cè)量的穩(wěn)定性。

4 總結(jié)

實(shí)踐證明，作者研制出的檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)節(jié)拍為45 s、選墊一次性通過率為98%，大大提高了裝配效率和裝配精度，為變速箱的裝配質(zhì)量提供了可靠的保證。換擋制動(dòng)器墊片測(cè)量設(shè)備的研制成功將對(duì)變速器總成裝配技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

【1】陳寧，趙丁選，于微波.改善動(dòng)力換擋變速箱換擋品質(zhì)的研究［J］.機(jī)床與液壓，2004(11):29-31.

【2】黃澤民.防錯(cuò)技術(shù)在摩擦片組裝配中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造工程，2004(11):97-99.

【3】劉建.變速箱圓錐滾子軸承間隙測(cè)量與調(diào)整［J］.金屬加工，2008(7):52.

【4】賀大松.汽車底盤構(gòu)造與維修［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

【5】張世興.介紹一種簡(jiǎn)潔實(shí)用的間隙測(cè)量尺［J］.機(jī)械，2000，27:179.

【6】馬健萍，潘磊，周新建.基于變速箱裝配線的虛擬規(guī)劃建模與仿真［J］.機(jī)床與液壓，2007，35(2):202-204.

【7】陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

【8】湯定國(guó).汽車自動(dòng)變速箱教學(xué)圖冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

【9】SONG Xingyong，WU Chien-Shin，SUN Zongxuan.Design，Modeling，and Control of a Novel Automotive Transmission Clutch Actuation System［J］.IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2012，17(3):582-587.

【10】任永強(qiáng)，景興淇，陳清紅.汽車驅(qū)動(dòng)橋主減墊片測(cè)量方法研究及應(yīng)用［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2008，12(7):59-61.

【11】朱正德.測(cè)量能力Cg的本質(zhì)及其實(shí)際應(yīng)用［J］.工具技術(shù)，2000，34(11):37-39.