主減速器墊片測量檢測系統(tǒng)

張 龍

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

汽車行業(yè)經(jīng)過多年快速的發(fā)展，主機(jī)廠不斷認(rèn)識(shí)到其中微小零件的尺寸誤差同樣會(huì)影響車輛關(guān)鍵部分的性能，甚至整車的用戶體驗(yàn)。主減速器總成是汽車驅(qū)動(dòng)橋的重要部件之一，是傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。其中的印跡墊片和調(diào)整墊片的尺寸精度直接影響著主減速器總成的性能及質(zhì)量。這樣對主減器總成的裝配也提出了更高的要求[1]。

針對主機(jī)廠的要求，設(shè)計(jì)了主減速器總成印跡墊片和調(diào)整墊片同工位測量檢測及智能存儲(chǔ)系統(tǒng)。測量系統(tǒng)通過液壓力模擬主螺母預(yù)緊力，達(dá)到墊片的同工況狀態(tài)下精確測量。重復(fù)精度能達(dá)到±0.005mm。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)分析

1.1 主減速器總成

示意圖如圖1所示。

1.2 產(chǎn)品力矩參數(shù)

參數(shù)如表1所示。

根據(jù)主螺母參數(shù)表1，計(jì)算出壓緊力[2]。

Fm：壓緊力；

P：螺距；

μg：螺紋副摩擦系數(shù)；

d2：螺紋中徑；

Dkm：（dw+dh）/2；

μk：摩擦系數(shù)

則Fm≈（2312.625～2627.983）N。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本套系統(tǒng)為半自動(dòng)設(shè)備，需人工參與。采用油缸施力，壓裝保壓時(shí)壓力穩(wěn)定，能大大提升測量精度。顯示屏顯示測量結(jié)果，并上傳主機(jī)。主機(jī)獨(dú)立控制每個(gè)智能料盒的指示燈，便于存放同精度的墊片。

2.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

根據(jù)圖2系統(tǒng)總體簡圖所示，顯示屏鑲嵌在電控柜表面，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)；壓緊測量機(jī)構(gòu)2用于測量墊片厚度；智能料架3用于存放不同精度等級的墊片；液壓站5主要為壓緊機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力源。

圖2 系統(tǒng)總體簡圖

2.2 壓緊測量機(jī)構(gòu)

圖3 壓緊測量機(jī)構(gòu)簡圖

根據(jù)圖3壓緊測量機(jī)構(gòu)簡圖所示，此機(jī)構(gòu)工作流程如下。

印跡墊片測量：首先手動(dòng)把主動(dòng)錐齒輪軸15和印跡墊片16放入U(xiǎn)型卡爪8中，外軸承內(nèi)圈14放到主動(dòng)錐齒輪軸上，而后上行頂緊油缸10伸出，U型卡爪夾緊主動(dòng)錐齒輪軸與印跡墊片。下行壓緊油缸1伸出，壓頭6壓裝外軸承內(nèi)圈到位，保壓，高精數(shù)字傳感器3讀數(shù)并上傳數(shù)據(jù)，下行壓緊油缸縮回到原位。

調(diào)整墊片測量：首先手動(dòng)把隔套13和調(diào)整墊片12放入到主動(dòng)錐齒輪軸上，下行壓緊油缸1伸出，壓頭6壓緊到位，保壓，高精數(shù)字傳感器3讀數(shù)并上傳數(shù)據(jù)，下行壓緊油缸縮回到原位，上行頂緊油缸縮回到原位。取出工件，測量完成。

上述步驟測量完成后，進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算，得出印跡墊片與調(diào)整墊片厚度，上傳至系統(tǒng)。浮動(dòng)頂尖組件9采用彈性定位銷結(jié)構(gòu)，有利于定位、壓裝及測量的精確性。高精數(shù)字傳感器讀數(shù)前應(yīng)確保油缸已保壓2～3s，利于讀數(shù)的穩(wěn)定與準(zhǔn)確。

2.3 液壓系統(tǒng)

整臺(tái)設(shè)備的機(jī)械部分完成后，必須通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的相關(guān)動(dòng)作。其液壓原理如圖4所示。

圖4 液壓原理簡圖

液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：油箱容量不小于50L；流量12.5L/min；壓力3～7Mpa；（正常使用壓力4MPa）；系統(tǒng)溫升＜30℃；電機(jī)50Hz，220～380V；電磁閥DC24V。根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，油缸的選用原則需滿足加緊壓力F在Fm的1.5～1.6倍之間。因此下行壓緊油缸選用Rexroth-CDT3/40/18/150型號(hào)，輸出壓力約5027.5N；上行頂緊油缸選用Rexroth-CDT3/50/28/50型號(hào)，輸出壓力約7855N。

控制系統(tǒng)主要通過PLC來實(shí)現(xiàn)，主要完成以下的功能：實(shí)現(xiàn)輸入輸出的控制，用來控制機(jī)械機(jī)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)作，信號(hào)的傳輸，液壓缸的升降等；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合分析、處理；實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集，記錄，存儲(chǔ)并上傳服務(wù)器。

2.4 關(guān)鍵零部件的力學(xué)仿真分析

設(shè)備中的關(guān)鍵部件壓頭材料選用Cr12MoV。彈性模量2.18×1011N/m2，泊松比0.28，屈服強(qiáng)度7.50×108N/m2，工作8小時(shí)，重復(fù)使用105次。使用ABAQUS軟件對此關(guān)鍵零件壓頭進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果云圖如圖5、圖6所示。

圖5最大應(yīng)力3.049×10MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度極限，圖6最大應(yīng)變2.217×10-3，均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 Mises應(yīng)力云圖（MPa）

圖6 Magnitude應(yīng)變云圖

3 結(jié)束語

本套主減速器墊片測量檢測系統(tǒng)通過液電的配合，實(shí)現(xiàn)了調(diào)整墊片與印跡墊片的同工位精確檢測，及墊片的分級分類智能存儲(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，對受力的計(jì)算分析，液壓動(dòng)力系統(tǒng)的原理及關(guān)鍵零件的仿真模擬，有利于提升檢測的精度等級，可靠性及壽命。該系統(tǒng)已通過了在線生產(chǎn)，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常，滿足用戶的生產(chǎn)節(jié)拍和質(zhì)量要求。