裝配變速器冠輪抓取失效的問題分析

李懷習(xí)，麥承賢，黃祖思，梁甲

1.柳州孔輝汽車科技有限公司 廣西柳州 545005 2.柳州上汽汽車變速器有限公司柳東分公司 廣西柳州 545005

在前驅(qū)汽車變速器中，冠輪是連接在差速器上與中間齒輪之間的重要傳動部件，主要起降速增扭的作用［1］。冠輪與差速器的裝配直接影響到變速器內(nèi)部的清潔度，以及冠輪與中間軸齒輪的嚙合情況；同時，對齒輪的NVH性能也會有影響，影響駕駛員的駕駛體驗(yàn)與乘客的乘坐感受。

現(xiàn)有某變速器差速器裝配線的裝配工藝存在以下問題。

1）在冠輪壓裝過程中，卡爪夾持冠輪工件隨壓柱下移，冠輪掉落。

2）冠輪壓到位后，壓頭上抬時，卡爪將冠輪帶出，或?qū)⒉钏倨髋c冠輪一起帶出。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程

現(xiàn)有某產(chǎn)品的差速器，差速器殼體與冠輪的設(shè)計配合為偏過盈的過渡配合，即差速器殼體與冠輪的配合會存在間隙配合的情況。同時，卡爪與冠輪不是硬性連接，為避免零件被帶出或者零件掉落的問題，卡爪力需要滿足一定的要求。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，冠輪壓裝的系統(tǒng)主要由基座、彈簧、卡爪、卡爪安裝座、彈簧調(diào)節(jié)螺桿鎖緊螺母、彈簧調(diào)節(jié)螺桿、限位螺釘、卡爪軸、壓頭、冠輪及差速器殼體組成。

圖1 工位結(jié)構(gòu)示意

以基座作為依托，卡爪安裝座通過螺栓連接安裝在基座下方，卡爪通過卡爪軸安裝在卡爪安裝座內(nèi)，形成一個鉸鏈結(jié)構(gòu)。彈簧調(diào)節(jié)螺桿、限位螺釘也安裝在卡爪安裝座內(nèi)，并在螺桿上裝上彈簧，為卡爪提供了一個反向的抓取力，限位螺釘對卡爪的張開起到了一個限位的作用，這些部件形成了一組卡爪機(jī)構(gòu)。在基座下方一共分布著3組卡爪機(jī)構(gòu)，將冠輪放置上去時，將冠輪抓住。差速器殼體放置在托盤上，位于冠輪的正下方。

2.工作原理

冠輪放置在基座下方，向上推壓，卡爪張開放置限位面后，因彈簧力的作用將冠輪卡在工裝上，同時控制設(shè)備下壓，將冠輪壓到差速器殼體上，保壓時間過后，壓頭與基座向上撤回，這時冠輪與差速器已經(jīng)結(jié)合，將冠輪松開。

3.裝配工藝過程

冠輪安裝的裝配工藝流程如圖2所示，按照該工藝流程，現(xiàn)場反饋：在第2步出現(xiàn)過冠輪掉落的情況，且多次放置后，仍然掉落；在第4步出現(xiàn)過差速器及冠輪被帶出的問題。兩者均需返工調(diào)整，嚴(yán)重影響產(chǎn)線的節(jié)拍［2］。

圖2 冠輪產(chǎn)線工藝流程

卡爪力分析過程

1.卡爪彈簧夾持力要求計算

卡爪受力狀態(tài)如圖3所示。

圖3 卡爪受力示意

為防止冠輪掉落，應(yīng)有彈簧力矩大于冠輪質(zhì)量的重力矩，即

為防止冠輪掉落，應(yīng)有彈簧力矩小于冠輪與差殼質(zhì)量和的重力矩，即

式中Fk——彈簧力（N）；

Fg1——冠輪傳遞的重力（N）；

Fg2——冠輪加差速器傳遞的重力（N）；

X1——彈簧力的力臂長度（mm）；

X2——零件重力的力臂長度（mm）。

根據(jù)產(chǎn)品要求及實(shí)際測量尺寸：Fg1冠輪傳遞的重力約為21.6N，F(xiàn)g2冠輪和差速器傳遞的重力約為62.5N，彈簧力的力臂長度X1為23.5mm，零件重力的力臂長度X2為13.4mm。代入式（2）、式（3）計算可得彈簧力：4.115N＜Fk＜11.879N。

2.卡爪彈簧夾持力實(shí)際測量計算

卡爪位移關(guān)系如圖4所示。無工件狀態(tài)下，在卡爪上施力F，產(chǎn)生位移S，計算相應(yīng)彈簧力Fk，S0為卡爪調(diào)定原始位置，計算當(dāng)卡爪恰好能讓工件通過時位置Sa的彈簧力Fka。

圖4 卡爪位移關(guān)系示意

1）卡爪對應(yīng)的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算?？ㄗ堥_S時，卡爪夾持力與對應(yīng)彈簧力的關(guān)系為

卡爪張開S時，根據(jù)幾何關(guān)系，有卡爪位移與對應(yīng)彈簧壓縮量關(guān)系，即

卡爪對應(yīng)彈簧的彈簧剛度k的計算：

式中X3——測量點(diǎn)的力臂長度（mm）；

Sk——彈簧壓縮量（mm）；

ΔFk——彈簧力之差（N）；

ΔSk——彈簧壓縮量之差（mm）。

由于設(shè)備空間條件有限，3組卡爪只測量了2組卡爪的推力以及位移，每組測6個數(shù)值，取平均值，得卡爪推力、卡爪位移測量值見表1。

表1 卡爪推力、卡爪位移測量值

將表1中的測量數(shù)值帶人式（3）、式（4）、式（5）中，可得表2 中的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算值。

表2 彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算值

2）工件剛通過卡爪時的彈簧力。根據(jù)圖樣，測量可得卡爪恰好能讓工件通過時的彈簧壓縮量Ska=1.175mm，將Ska、Fk2、Sk2、k帶入式（5）有：Fka1=10.38N、Fka2=10.07N。

通過以上驗(yàn)證計算可知正常工作狀態(tài)下，現(xiàn)有調(diào)節(jié)好的卡爪彈簧力Fk滿足在4.11～11.87 N的理論要求。

3.卡爪彈簧夾持力實(shí)際測量計算

冠輪與差速器殼壓裝后結(jié)合力Fj要求：結(jié)合力Fj大于差殼的重力，即

結(jié)合力Fj對卡爪產(chǎn)生的推力力矩大于彈簧力矩，即

根據(jù)前面測量計算及差速器的重量4.17kg，帶入式（6）、式（7）有：Fgc=40.85 N；Fk2X1=214.46 N.mm；綜合得：Fj＞48.8502 N。理論上，當(dāng)結(jié)合力大于48.85N時，冠輪不會被帶起來。

優(yōu)化策略

保持現(xiàn)有工裝不作改動，定期對夾具檢修、更換，規(guī)范卡爪力值的更合理調(diào)整范圍。當(dāng)彈簧力衰減到產(chǎn)線零件夾持不住時，需要調(diào)節(jié)卡爪力；當(dāng)出現(xiàn)間隙過大被帶出時，手動放置冠輪，手打螺栓。制作卡爪備件，當(dāng)卡爪磨損到一定程度時，更換卡爪，按規(guī)范調(diào)節(jié)卡爪力。

結(jié)語

通過數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場測算相結(jié)合，分析冠輪在各個壓裝狀態(tài)下，卡爪抓取力使用的邊界條件，為生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及產(chǎn)線效率提高提供了理論依據(jù)。同時，這種方法為裝配變速器冠輪時，抓取失效問題分析提供了一個思路，提高了解決此類問題的工作效率。