自動變速箱換擋制動器墊片測量方法及設(shè)備的研究

陳甦欣，劉健，郭裕聰

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

汽車自動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器起著至關(guān)重要的作用［1］。制動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器裝配質(zhì)量的重要因素［2］。如裝配間隙過小，致使制動器在脫離時不完全，且發(fā)熱量過大;間隙過大，致使制動器接合時，反應(yīng)速度慢，換擋時間長［3］。一般采用調(diào)整法蘭墊片的厚度來實現(xiàn)制動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器裝配質(zhì)量的關(guān)鍵。

目前，換擋制動器的墊片測量方法是在裝配過程中先利用螺栓壓緊制動器的摩擦片組，再用塞規(guī)測量間隙，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，嚴重降低裝配效率。此外，測量過程中人為因素較多，精度及準確性不高，造成選用的墊片厚度與實際所需厚度存在誤差，嚴重影響了裝配質(zhì)量［6］。

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

1 墊片測量原理

1.1 換擋制動器的結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為某4AT自動變速箱殼體，其中位置I為制動器工作腔及摩擦片組。

圖1 自動變速箱殼體

制動器由摩擦片、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)油道口推動活塞，鋼片和摩擦片在活塞推動下緊壓在一起，制動器即接合［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 制動器腔內(nèi)主要零件圖

1.2 墊片測量模型分析

圖3為工件測量原理圖，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的疊加厚度，A即為法蘭墊片、卡環(huán)的厚度與制動器分離間隙之和。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，選墊時選取最接近分離間隙的中間值1.0 mm。所以，如果測量出A的高度就能計算出適合的墊片厚度，即:

圖3 工件測量原理圖

考慮到直接測量出A非常困難。故作者采用基于相對測量原理的測量方法［10］，即分別測量一個與工件具有相似卡槽形狀且尺寸相近的標定件與工件，進而得出A的精確尺寸的測量方法。標定件測量原理圖如圖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 標定件測量原理圖

具體的測量方法為:第一步，先對標定件進行測量 (參考圖4)，通過3個圓周均勻分布的位移傳感器分別測得標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個圓周均勻分布的位移傳感器測得標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，對工件卡槽進行測量(參考圖3)，用與第一步相對應(yīng)位置的傳感器、相同的測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 測量機構(gòu)設(shè)計

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

圖5 墊片測量機構(gòu)

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

3 測量結(jié)果分析

3.1 測量穩(wěn)定性分析

在設(shè)備測量過程中，由于實驗氣壓、測量形式、摩擦片和鋼片擺放形式的不同都會對測量結(jié)果的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。根據(jù)以上幾種影響測量結(jié)果穩(wěn)定性的因素，設(shè)計了4種實驗形式分別進行測量，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析出穩(wěn)定性最高的測量方式。

4種實驗形式下的各組測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4種實驗形式下的測量數(shù)據(jù)

分別計算各組數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差，得到第2種測量形式的差值最小，證明該種測量方式最穩(wěn)定，故設(shè)備測量時選擇第2種實驗形式進行測量。

3.2 測量準確性分析

采用檢具隨機誤差的驗收評定方法，以測量能力指數(shù)Cg值作為評定指標 (Cg≥1.33可判定被評定測量器具具有測量能力)［11］。計算公式為:

式中:K為縮小系數(shù)，一般取K=0.2;

KT為允許的測量結(jié)果分布寬度;

4S為實際達到的測量結(jié)果分布寬度;

T為工件被檢項目公差 (此次實驗T＞10 μm);

Xi為第i次測量值;

X為平均測量值;

n為測量次數(shù) (此次實驗次數(shù)n=10)。

確定實驗方式后，對測量設(shè)備進行調(diào)試并記錄實驗數(shù)據(jù)，代入測量數(shù)據(jù)得重復(fù)精度為 Cg=5.441≥1.33，如表2所示，證明測量系統(tǒng)合格。

表2 測量數(shù)據(jù)處理

綜上所述，通過實驗證明，該測量方法及測量設(shè)備能夠保證墊片選擇的準確性和測量的穩(wěn)定性。

4 總結(jié)

實踐證明，作者研制出的檢測設(shè)備檢測節(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。換擋制動器墊片測量設(shè)備的研制成功將對變速器總成裝配技術(shù)的發(fā)展起到推動作用。

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