一種后取力器設(shè)計(jì)開發(fā)與改進(jìn)

焦治波，馬一鳴

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一種后取力器設(shè)計(jì)開發(fā)與改進(jìn)

焦治波，馬一鳴

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，用戶對(duì)與之匹配的變速器總成產(chǎn)品的使用可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求是越來越高。文章針對(duì)某公司目前的一種后取力器使用中存在的問題，對(duì)取力器結(jié)構(gòu)以及使用的軸承，油封等進(jìn)行優(yōu)化，以滿足客戶的更高要求。

后取力器；軸承；O型圈；油封

引言

隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，用戶對(duì)與之匹配的變速器總成產(chǎn)品的使用可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求是越來越高。取力器作為變速器總成的選裝部件是越來越多，使用環(huán)境越來越復(fù)雜，地位也越來越重要。

1 新后取力器的介紹

國(guó)內(nèi)A公司在其開發(fā)的25噸起重機(jī)上采用B公司的C款變速器，其中變速器需配后取力器，而B公司的C款變速器只能匹配底（側(cè)）取力器。雙方簽訂技術(shù)協(xié)議，專門針對(duì)該公司開發(fā)滿足其要求的后取力器。但由于該公司限定了安裝空間，使得新取力器在設(shè)計(jì)上可借鑒同類成熟產(chǎn)品的方面不多，因此需全新的設(shè)計(jì)。

根據(jù)A公司的要求，新后取力器是針對(duì)B公司的C款變速器開發(fā)的一款后取力器，安裝于變速器副箱中間軸后部，動(dòng)力由取力器空心軸從變速器加長(zhǎng)中間軸上取出，經(jīng)嚙合齒套傳給輸入齒輪，再經(jīng)輸出齒輪軸、輸出法蘭盤將動(dòng)力輸出。

該取力器為單向氣操縱，輸入齒輪和嚙合套的結(jié)合齒均為倒錐齒，可以起到防止脫檔的作用。另外，在空心軸上裝有支撐彈簧總成，可以使撥叉在彈簧張力下保持在嚙合套叉槽的中間位置，與兩邊不接觸，減少了摩擦，同時(shí)可以在掛檔和摘擋時(shí)起到助力作用。

由于該取力器在整車上安裝條件比較差，在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)氣缸卡滯和輸出油封漏油等故障，所以現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

該取力器主要性能參數(shù)如下表：

表1 取力器性能參數(shù)表

該取力器的外形見圖1：

2 新后取力器的設(shè)計(jì)改進(jìn)

為了提高客戶的滿意度，減少產(chǎn)品故障，根據(jù)不同的故障源我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2.1 針對(duì)取力器氣缸故障的設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.1.1關(guān)于活塞與撥叉軸配合

根據(jù)前期設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際使用情況的反饋，我們對(duì)活塞與撥叉軸之間的配合進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)結(jié)果如下圖2：

圖2 活塞與撥叉軸配合改進(jìn)前后對(duì)比

改進(jìn)后加長(zhǎng)活塞和撥叉軸的配合長(zhǎng)度。通過大量的數(shù)據(jù)采集，改進(jìn)前裝配后軸端跳動(dòng)為0.04-0.25，大多數(shù)處于0.16左右，跳動(dòng)很不穩(wěn)定；改進(jìn)后裝配的軸跳動(dòng)為0.02-0.06，跳動(dòng)明顯減少。

2.1.2關(guān)于氣缸O型圈

O型圈是一種截面為圓形的橡膠密封圈，因其截面為O型，故稱其為O型密封圈。O型圈適用于各種機(jī)械設(shè)備上，在規(guī)定的溫度、壓力、以及不同液體和氣體介質(zhì)中，于靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下起密封作用。O型圈一般安裝在外圓或內(nèi)圓上截面為矩形的溝槽內(nèi)起密封作用。O型密封圈可靜態(tài)或動(dòng)態(tài)密封，具有適合多種密封形式；適合于多種材料，并且尺寸、溝槽都已標(biāo)準(zhǔn)化，具有很好的互換性；可密封旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)或組合運(yùn)動(dòng)，具有適合多種運(yùn)動(dòng)方式。

圖3 撥叉軸改進(jìn)前后對(duì)比

由于氣缸O型圈的損壞，引起氣缸串氣，導(dǎo)致取力器不能及時(shí)換擋。通過故障原因分析，前期的撥叉軸倒角小，且無粗糙度要求，在裝配時(shí)容易劃傷，也有早期磨損的。針對(duì)早期磨損故障，我們更改為采用新的材質(zhì)；針對(duì)裝配時(shí)的劃傷，我們對(duì)撥叉軸進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)改進(jìn)，見圖3。

首先將撥叉軸的倒角由原來的1.5改為2，其次將撥叉軸的表面粗糙度由原來的3.2改為1.6，最后在撥叉軸倒角處增加圓角過渡，圓角半徑是1，表面粗糙度為1.6，這樣大大降低了在裝配過程中對(duì)O型圈的劃傷，降低故障點(diǎn)。

2.1.3關(guān)于取力器氣缸卡滯

由于前期設(shè)計(jì)的撥叉軸是懸臂梁結(jié)構(gòu)式的，這樣在運(yùn)動(dòng)過程中容易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偏離，引起零件間相互摩擦，易導(dǎo)致O型圈磨損和活塞卡滯。現(xiàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)成雙支撐式結(jié)構(gòu)，這樣加強(qiáng)了撥叉軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向，避免運(yùn)動(dòng)偏離引起的氣缸卡滯。

改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)對(duì)比如下圖4：

圖4 撥叉軸安裝改進(jìn)前后對(duì)比

2.2 針對(duì)取力器漏油的設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.2.1關(guān)于取力器軸承蓋總成

取力器軸承蓋總成包括軸承蓋和油封兩個(gè)部件，它的主要作用是用于軸承安裝定位和防止總成滲漏油。

油封是用來封油的機(jī)械元件，它將傳動(dòng)部件中需要潤(rùn)滑的部件和出力部件隔離，不至于讓潤(rùn)滑油滲漏。

目前，該取力器油封的材料采用聚四氟乙烯。聚四氟乙烯本身具有很好的性能，它能長(zhǎng)期在200-260度工作，在-100度時(shí)仍柔軟，具有耐高、低溫性；能耐王水和一切有機(jī)溶劑，具有耐腐蝕性；它是塑料中最佳的老化壽命和最小的摩擦系數(shù)，具有耐氣候性和高潤(rùn)滑性。

改進(jìn)前的軸承蓋總成如下圖5：

圖5 改進(jìn)前軸承蓋總成圖

改進(jìn)前的取力器的軸承蓋總成全部采用鑄鐵材料，油封壓入式結(jié)構(gòu)。油封采用的都是骨架油封。但骨架油封在壓入時(shí)存在軸承蓋結(jié)合面清潔度以及油封壓裝胎具表面清潔度是否合格，油封壓裝胎具的定位和導(dǎo)向性是否合理等，這些直接影響到油封的使用效果。

改進(jìn)前的取力器的軸承蓋總成主要存在以下主要缺陷：

（1）質(zhì)量較重、外觀粗糙、品相較差，不利于提升產(chǎn)品的形象；

（2）清潔度差、制造過程復(fù)雜、散熱效果不佳等；

（3）有油封壓入軸承蓋的工序，不利于企業(yè)的成本控制；

（4）油封壓入軸承蓋的同心度、位置度、平行度難以保證，裝配時(shí)的一致性和可靠性較低；

（5）加大了油封外徑與軸承蓋內(nèi)孔過盈尺寸的匹配難度，增大了油封出現(xiàn)走外圈、外圈靜態(tài)密封是小的故障幾率。改進(jìn)后的軸承蓋總成如下圖6：

圖6 改進(jìn)后軸承蓋總成圖

改進(jìn)后軸承蓋總成是采用鋁座整體式油封，軸承蓋采用鋁合金材料，油封同軸承蓋是澆注在一起的，減少了油封的壓裝過程以及壓裝過程中會(huì)引起的那些不良結(jié)果，以及油封和軸承蓋結(jié)合面的滲漏問題。

改進(jìn)后軸承蓋總成是主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）軸承蓋采用鋁合金壓鑄件，不僅外形有了質(zhì)的提升，而且重量更輕，散熱效果更好；

（2）省略了油封壓入軸承蓋的工序，使裝配與維修操作變得更加簡(jiǎn)便，制造費(fèi)用及成本銳減；

（3）保證了油封裝配的同心度、位置度和平行度的要求；

（4）完全杜絕了油封出現(xiàn)走外圈、外圈靜態(tài)密封失效的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，裝配的一致性、可靠性顯著提升；

（5）油封新材料的使用，使其具有超強(qiáng)的軸跟隨性能，使其在克服軸跳動(dòng)、孔偏心方面的表現(xiàn)異常突出；

（6）特別動(dòng)力回流線的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)了油封的密封效果。

2.2.2關(guān)于軸承的改進(jìn)

圓錐滾子軸承主要承受以徑向?yàn)橹鞯膹?、軸向聯(lián)合載荷。軸承承載能力取決于外圈的滾道角度，角度越大承載能力越強(qiáng)。該類軸承屬于分離型軸承，根據(jù)軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。單列圓錐滾子軸承游隙需用戶在安裝時(shí)調(diào)整。

圓柱滾子軸承就是滾動(dòng)體是圓柱滾子的向心滾動(dòng)軸承。圓柱滾子與滾道為線接觸軸承。負(fù)荷能力大，主要承受徑向載荷。滾動(dòng)體與套圈擋邊摩擦小，適用告訴旋轉(zhuǎn)。根據(jù)圈套有無擋邊，可以分有NU、NJ、NUP、N、NF等單列軸承，及NNU、NN等雙列軸承。該軸承是內(nèi)圈、外圈可分離的結(jié)構(gòu)。內(nèi)圈或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，其內(nèi)圈和外圈可以軸向作相對(duì)移動(dòng)，所以可以作為自由端軸承使用。在內(nèi)圈和外圈的某一側(cè)有雙擋邊，另一側(cè)的套圈有個(gè)單個(gè)擋邊的圓柱滾子軸承，可以承受一定程度的一個(gè)方向軸向負(fù)荷。

改進(jìn)前后軸承如下圖7：

圖7 改進(jìn)前后軸承圖

將取力器輸出齒輪軸兩端的軸承由圓錐滾子軸承32205和30208分別改為圓柱滾子軸承NUP2205E和NUP208EN，不僅減去在裝配過程中軸承間隙的調(diào)整，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，而且避免了圓錐滾子軸承在長(zhǎng)時(shí)間工作后由于間隙得變化引起的不良故障。

2.3 關(guān)于其它故障的設(shè)計(jì)改進(jìn)

售后故障信息反應(yīng)，該取力器輸出齒輪軸焊接總成時(shí)有出現(xiàn)脫焊現(xiàn)象，導(dǎo)致取力器沒有動(dòng)力輸出，無法取力。

針對(duì)此故障源，我們作了如下設(shè)計(jì)改進(jìn)，見圖8：

圖8 改進(jìn)前后輸出齒輪軸總成對(duì)比

改進(jìn)前，取力器輸出齒輪軸焊接總成是由輸出齒輪軸和輸出齒輪通過裝配、焊接在一起的，這樣對(duì)焊接工藝要求比較高；改進(jìn)后我們將輸出齒輪軸和輸出齒輪設(shè)計(jì)為一體式的，這樣減去焊接工序，去除脫焊故障源。

3 結(jié)論

上述技術(shù)方面的設(shè)計(jì)改進(jìn)，全都通過了試驗(yàn)要求。該取力器整體故障率從2012年的10.4%降低為目前的1.86%，故障顯著較少甚至杜絕。但是，該取力器目前還存在其它故障源，例如開關(guān)等，后續(xù)還需要進(jìn)一步改進(jìn)?，F(xiàn)在，該取力器在制造生產(chǎn)和售后服務(wù)方面，每年為公司節(jié)省大量資金，而且提高了客戶滿意度，為進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 取力器安裝使用說明書.

[2] 雙中間軸變速器使用說明書.

Design, development and improvement of a rear power take-off

Jiao Zhibo, Ma Yiming

( Shaanxi Fast Gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710119 )

With the rapid development of the domestic automotive industry, users are increasingly demanding the reliability and economics of the matching transmission assembly products. The article is aimed at the problems existing in the use of a current power take-off device of a company, and optimizes the structure of the power take-off and the bearings and oil seals used to meet the higher requirements of customers.

rear power take-off; bearing; O-ring; oil seal

B

1671-7988(2018)20-176-03

U463.212

B

1671-7988(2018)20-176-03

U463.212

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.064

焦治波（1978-）男，產(chǎn)品應(yīng)用工程師。現(xiàn)于陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院設(shè)計(jì)所從事產(chǎn)品應(yīng)用工作。