汽車主減速器選墊技術(shù)分析研究

鮑益智

(上海納鐵福傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，上海 201315)

0 前言

汽車主減速器裝于分動(dòng)器之后，變速器動(dòng)力通過分動(dòng)器總成傳遞給中間傳動(dòng)軸，然后從中間傳動(dòng)軸通過主減速器總成傳遞給半軸，最終分配動(dòng)力至后驅(qū)動(dòng)輪。主減速器總成裝配過程中，主、被動(dòng)齒輪是否嚙合良好，是影響汽車后橋主減速器的裝配質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素[1]。正確選擇墊片，以保證主、從動(dòng)齒輪間的合適的嚙合間隙，是提高主減速器裝配質(zhì)量的關(guān)鍵之一[2]。因此，主、從動(dòng)齒輪之間必須保證良好的裝配位置，方能使兩齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)沖擊噪音小，磨損均勻。本文立足于主減速器選墊技術(shù)分析研究，通過分析主減速器裝配尺寸鏈，得出選墊問題的影響因素。在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量能力進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并優(yōu)化選墊反饋系統(tǒng)。

1 主減速器選墊原理.

1.1 主減速器的結(jié)構(gòu)分析

圖1為某款主減速器總成裝配圖，主減速器總成主要由殼體、小齒輪(15)、圓錐滾子軸承(20&21)、差速器總成(16)、角接觸球軸承(22)、調(diào)整墊片(23&24)、油封(7&9)等零件裝配而成。由圖可知，差速器兩端分別裝配兩個(gè)角接觸球軸承以及調(diào)整墊片(23&24)，小齒輪上裝配了兩個(gè)圓錐滾子軸承，兩個(gè)軸承之間裝有彈性隔套和調(diào)整墊片。

圖1 主減速器總成裝配圖Fig.1 Assembly drawing of the rear drive unit

1.2 主減速器總成裝配工藝分析

在裝配工藝方面，主減速器總成裝配線綜合了齒輪相關(guān)尺寸測(cè)量，殼體相關(guān)尺寸測(cè)量，小齒輪安裝距離測(cè)量、墊片選擇、軸承壓裝、預(yù)載荷檢測(cè)、齒輪側(cè)隙測(cè)量、齒接觸斑點(diǎn)檢測(cè)、氣密性檢查等工序。裝配線集成各種關(guān)鍵工藝方法于一體，測(cè)量精度要求高，裝配工藝難度大。

在上述各種工藝內(nèi)容中，零件相關(guān)尺寸測(cè)量和墊片選擇是關(guān)鍵的工序[3]。零件相關(guān)尺寸測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確，直接影響墊片選擇是否合適，進(jìn)而影響主減速總成的預(yù)載荷、齒接觸以及齒間隙，并最終決定其綜合運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

1.3 主減速器選墊尺寸鏈計(jì)算介紹

尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D如圖2所示，建立墊片T1、T2、T3的尺寸鏈公式：

圖2 尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

T1=L4-(L2-MDR)

(1)

T2=L3+L5-L1-T1

(2)

T3=H2-H1-52.84

(3)

式中，

H1：軸承端面至小齒輪端面的距離；

L2：差速器齒輪端面至軸承端面的距離；

L1：差速器兩個(gè)軸承端面的距離；

H2：殼體軸線至小齒輪軸承座端面距離；

L4：殼體軸承至差速器軸承座端面距離；

L3：殼體端面至差速器軸承座端面距離；

L5：殼蓋端面至軸承座端面距離。

由上述分析可知，整個(gè)尺寸鏈中，調(diào)整墊片為補(bǔ)償環(huán)。裝配完成時(shí)，軸承處于預(yù)緊狀態(tài)，通過T1、T2墊片調(diào)整主、被齒輪的軸向位置，通過T3墊片調(diào)整小齒輪安裝中心距，進(jìn)而保證齒嚙合以及齒間隙。因此，選擇合適的墊片厚度，對(duì)保證整個(gè)RDU的性能具有至關(guān)重要的作用[4]。

2 主減速器選墊影響因素分析以及優(yōu)化

2.1 選墊影響因素分析

主減速器選墊系統(tǒng)通過測(cè)量總成中影響裝配精度的零部件尺寸，如軸承端面至齒輪端面的高度、軸承座軸承安裝面至殼體軸線的距離、調(diào)整墊片的厚度等，運(yùn)用尺寸鏈原理，選擇調(diào)整墊片保證齒間隙裝配精度，因此選墊系統(tǒng)相關(guān)測(cè)量設(shè)備可以說是整個(gè)主減速器裝配的關(guān)鍵技術(shù)。

通過對(duì)主減速器裝配過程中影響裝配尺寸鏈的相關(guān)因素分析，得出了齒間隙不合格的影響因素，詳見表1。由于各個(gè)測(cè)量系統(tǒng)本身具有測(cè)量誤差，這些測(cè)量誤差最終影響到齒間隙控制的穩(wěn)定性，操作員工需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定期調(diào)整選墊系統(tǒng)補(bǔ)償系數(shù)。

表1 選墊影響因素

2.2 選墊相關(guān)問題優(yōu)化

由上述分析可知，主減速器裝配過程中選墊存在多項(xiàng)影響因素[5]。本文針對(duì)關(guān)鍵影響因素進(jìn)行分析研究，改進(jìn)了墊片測(cè)量系統(tǒng)、小齒輪和差速器以及殼體測(cè)量系統(tǒng)，提高相關(guān)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量能力。

測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)改進(jìn)內(nèi)容如下：

(1)定義5S標(biāo)準(zhǔn)，組織員工進(jìn)行培訓(xùn)，提高測(cè)量零件以及測(cè)量工裝的清潔度；

(2)針對(duì)齒輪相關(guān)尺寸測(cè)量設(shè)備：改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)并提高定位精度，定義該設(shè)備的定位精度要求并定期測(cè)量；更換測(cè)量工裝底座，定義工裝平面度要求并定期檢測(cè)；改進(jìn)測(cè)量針頭結(jié)構(gòu)，提高測(cè)量針頭的使用壽命，改善針頭磨損的問題，定義測(cè)量針頭的壽命并定期檢查；

(3)針對(duì)殼體測(cè)量設(shè)備，改進(jìn)芯軸工裝，將其改進(jìn)為脹緊結(jié)構(gòu)，減少測(cè)量誤差。

另一方面，針對(duì)選墊反饋系統(tǒng)，通過大量的試驗(yàn)分別分析三種墊片厚度變化對(duì)齒間隙的影響，如圖3所示。根據(jù)分析結(jié)果，只增加T2或者T3墊片厚度，齒間隙變?。恢辉黾覶1墊片厚度，齒間隙變大；T1和T2墊片厚度的變化對(duì)齒間隙影響程度大于T3墊片。通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立墊片調(diào)整經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化了選墊反饋系統(tǒng)。

圖3 墊片厚度變化和齒間隙的關(guān)系

3 效果分析與驗(yàn)證

按照上述優(yōu)化方法進(jìn)行改進(jìn)后，操作員工通過墊片反饋系統(tǒng)定期調(diào)整選墊系統(tǒng)補(bǔ)償系數(shù)，測(cè)量設(shè)備通過精確測(cè)量相關(guān)尺寸選擇墊片，并優(yōu)化墊片組合，極大地提高了主減速器總成的裝配質(zhì)量。

3.1 測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)效果分析

為了驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的改進(jìn)效果，分別對(duì)改進(jìn)前后的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)能力分析。以L2尺寸的測(cè)量為例，選取同樣的零件，分別記錄改進(jìn)前與改進(jìn)后的重復(fù)性測(cè)量結(jié)果。如圖4所示，菱形標(biāo)記點(diǎn)(下側(cè))為改進(jìn)前的測(cè)量數(shù)據(jù)，十組測(cè)量結(jié)果波動(dòng)較大，最大值與最小值的波動(dòng)在0.03 mm。正方形標(biāo)記點(diǎn)(上側(cè))為改進(jìn)后的重復(fù)測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果波動(dòng)在0.01 mm之內(nèi)，測(cè)量結(jié)果比較穩(wěn)定。

圖4 測(cè)量設(shè)備重復(fù)性結(jié)果

以測(cè)量系統(tǒng)能力分析的GR&R結(jié)果為例，通過測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)，GR&R得到明顯改善。改進(jìn)前后的GR&R對(duì)比如下表所示：

表2 改進(jìn)前后測(cè)量能力 GR&R對(duì)比

3.2 返工率效果分析

根據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋，該方法提高了選墊效率，降低了因選墊問題引起的齒間隙返工，返工率低于國(guó)外相同產(chǎn)品。

表3 改進(jìn)前的返工率數(shù)據(jù)

表4 改進(jìn)后的返工率數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

(1)本文的選墊優(yōu)化技術(shù)已應(yīng)用于公司的主減速器裝配線上，實(shí)踐表明該方法可以降低主減速器裝配的返工率，提高了裝配效率以及裝配質(zhì)量；

(2)為后續(xù)裝配線上高水平測(cè)控技術(shù)與裝備的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，持續(xù)提高公司的產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)裝配能力的同步提升。