梁華鋒,莫國(guó)田
(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西 柳州 545007;2.柳州上汽汽車變速器有限公司,廣西 柳州 545006)
變速器總成為了增加嚙合齒輪的重合度,采用了大量的斜齒輪,變速器運(yùn)行過程中斜齒輪會(huì)產(chǎn)生軸向的力,基于圓錐軸承的特性[1],變速器中使用圓錐軸承承載軸向力,錐軸承需要選配墊片預(yù)緊錐軸承[2],否則會(huì)出現(xiàn)錐軸承晃動(dòng),加速軸承磨損,影響變速總成使用壽命。選配墊片需要測(cè)量錐軸承高度及前后殼體深度,計(jì)算間隙后選配墊片[3],但是錐軸承在測(cè)量過程中無法保證錐軸承絕對(duì)的水平,在測(cè)量過程中存在一定的傾斜。因此,控制錐軸承平行是一個(gè)很重要的過程。
測(cè)量?jī)慑F軸承端面高度時(shí)需要旋轉(zhuǎn)錐軸承內(nèi)圈,調(diào)平圓錐軸承外圈,在斜齒輪的作用下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)往外的作用力F1,在外力作用下會(huì)導(dǎo)致安裝軸承內(nèi)圈的軸線傾斜。如圖1所示。
圖1 軸線傾斜
測(cè)量過程中錐軸承外圈放置在錐軸承內(nèi)圈上時(shí),容易出現(xiàn)圓錐軸承外圈端面傾斜的情況。如圖2所示。
圖2 錐軸承外圈端面傾斜
對(duì)于內(nèi)圈軸線傾斜情況可采用中心定位,避免側(cè)向力作用時(shí)差速器內(nèi)圈軸線傾斜。如圖3所示。
圖3 中心頂針作用
測(cè)量錐軸承高度采用三個(gè)測(cè)量頭在錐軸承外圈上測(cè)量三個(gè)均布120°、作用在圓心的半徑R 上的點(diǎn),通過三個(gè)傳感器數(shù)值求平均值,得到圓錐軸承高度。如圖4所示。
圖4 傳感器布局
對(duì)于圓錐軸承外圈放置圓錐軸承內(nèi)圈上時(shí),為了保證錐軸承外圈平行無偏斜,在錐軸承外圈上緩慢增加預(yù)緊力從F2=0~400 N,并保持F2=400 N,同時(shí)在增加預(yù)緊力的情況下以ω=20 r/min 轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈,調(diào)平圓錐軸承外圈。盡管增加了差速器外圈預(yù)緊與差速器內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng),依然無法轉(zhuǎn)平差速器外圈,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。
外圈傾斜一個(gè)β 角度,當(dāng)β=0°時(shí),H1=H2=H3;傳感器最高點(diǎn)在β 夾角上投影角度α,如圖5 所示。根據(jù)余弦定理可得:
圖5 投影示意圖
其中α、β兩個(gè)角度為未知數(shù),H1、H2、H3為已知數(shù),可得:
即:C=ΔHmax/ΔHmin。
根據(jù)(1)、(2)公式可得:
根據(jù)表1,通過(3)、(4)公式可以計(jì)算測(cè)量機(jī)測(cè)量時(shí)α、β夾角值,如表2所示。
表1 錐軸承外圈三傳感器測(cè)量值及差值
當(dāng)出現(xiàn)測(cè)量錐軸承外圈傾斜,夾角β、α=0°時(shí),圓錐軸承外圈傾斜圖如圖6所示。
當(dāng)圓錐軸承接觸點(diǎn)下移H 時(shí),接觸點(diǎn)到測(cè)量水平距離L0=H*tan(78.2°),如圖7所示,傾斜后的1、2號(hào)傳感器的數(shù)值減少為:H1=H-tanβ*L2=H-tanβ*[L1+H*tan(78.2°)]
圖7 圓錐軸承尺寸圖
傾斜后的3號(hào)傳感器的數(shù)值減少為:
H1=tanβ* {[L1+H* tan(78.2°)]+L10}-H,其中L1、L2是一個(gè)常量值),如圖6所示。
傾斜后的傳感器相對(duì)于水平傳感器值:
ΔH=〖2H-2 tanβ* [L1+H* tan(78.2°)]+tanβ* {[L1+H*tan(78.2°)]+L10}-H〗/3(其中L1、L2、L10 是一個(gè)常量值)。
即可得:ΔH={H+tanβ*[L10-L1-H*tan(78.2°)]}/3
其中:L10-L1-H*tan(78.2°)>0;
由該公式可得,ΔH ≥0;當(dāng)H=0、β=0 時(shí),傾斜后的3個(gè)傳感器平均值與無傾斜3個(gè)傳感器平均值最小,因此需要控制β角度。
可以得出,當(dāng)錐軸承外圈放置傾斜時(shí),比水平測(cè)量數(shù)據(jù)值大。
同一個(gè)差速器小總成,傾斜不同角度,使用三坐標(biāo)測(cè)量三個(gè)傳感器值在外圈對(duì)應(yīng)的位置,如圖8所示。
圖8 圓錐軸承外圈測(cè)量
測(cè)量數(shù)據(jù)匯總后,根據(jù)公式(3)、(4)可以計(jì)算出α、β夾角,如表3所示。
表3 三坐標(biāo)測(cè)量值及傾斜角
對(duì)β與平均值-139.13數(shù)值進(jìn)行擬合繪制曲線圖[4],如圖9所示。
圖9 β 與平均值-139.13 曲線圖
根據(jù)擬合曲線可以得:y=0.348 7*X2-0.000 612 6;
當(dāng)x=0°時(shí);y=-0.000 612 6;
即x=0°時(shí);y=139.13-0.000 612 6=139.129 4;
當(dāng)x=0.1°,y=0.002 9;
當(dāng)x=0.2°,y=0.013 3。
根據(jù)圖示隨著β 角度增加數(shù)值逐漸增大,角度在0~0.2°之間,數(shù)值波動(dòng)在0.013 3 mm內(nèi)。
對(duì)ΔHmax與平均值-139.13數(shù)值進(jìn)行擬合繪制下圖曲線圖,如圖10所示。
圖10 ΔHmax 與平均值-139.13
根據(jù)擬合曲線可以得:y=-15.36*X2+5.495*X+0.084;
裝配線上按0.01控制,x=0.01時(shí);y=0.137 4;
根據(jù)圖示隨著ΔHmax增加數(shù)值逐漸增大,數(shù)值波動(dòng)在0.137 mm。
1)對(duì)于圓錐軸承內(nèi)圈傾斜情況,增加中心頂針,避免圓錐內(nèi)圈傾斜;
2)對(duì)于圓錐軸承外圈傾斜,施加預(yù)緊力預(yù)緊同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)圓錐軸承內(nèi)圈導(dǎo)正;
3)對(duì)于圓錐軸承外圈需要控制三個(gè)傳感器的差值在0.137以內(nèi),避免測(cè)量?jī)A斜導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的情況。
通過控制圓錐軸承內(nèi)圈、外圈的傾斜可以保證測(cè)量圓錐軸承高度測(cè)量準(zhǔn)確,保證變速器總成中選墊正確,避免了錐軸承外圈測(cè)量不準(zhǔn)確引起的變速器總成故障。