基于變速器圓錐軸承高度測(cè)量的控制方法研究

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）

1 背景描述

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。

2 過程分析

2.1 原因分析

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

2.2 過程分析

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。

2.3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

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。

3 結(jié)論

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。