近些年，汽車(chē)工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，不僅帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，而且成為了衡量國(guó)家工業(yè)水平的重要指標(biāo)之一。汽車(chē)的舒適性與傳動(dòng)系統(tǒng)有著極大的關(guān)系，而變速箱作為傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其裝配質(zhì)量更是直接影響到汽車(chē)整體的性能，為了控制裝配過(guò)程中的扭矩與空隙等關(guān)鍵因素，需要選擇合適的墊片來(lái)保證能夠施加合適的預(yù)緊力矩，目前裝配過(guò)程的墊片是人為選擇，精度較差，因此需要對(duì)裝配測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)精度較高的測(cè)量機(jī)，提高變速箱裝配可靠程度。
一、變速箱結(jié)構(gòu)與裝配尺寸鏈分析
為了研究更加準(zhǔn)確，選擇一款變速箱進(jìn)行研究，通過(guò)分析變速箱的結(jié)構(gòu)，了解各個(gè)零部件的裝配關(guān)系與傳動(dòng)關(guān)系，剖析變速箱的執(zhí)行原理，得到影響墊片選擇和變速箱裝配的關(guān)鍵因素，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)分析，并建立裝配合適的裝配尺寸鏈。
變速箱結(jié)構(gòu)
變速箱結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，包括輸入軸、輸入軸一檔齒輪、惰輪、輸入軸倒擋齒輪、輸入軸二檔齒輪、輸入軸三檔齒輪、輸入軸四檔齒輪、輸入軸五檔齒輪、輸入軸六檔齒輪、輸出軸、輸出軸六檔齒輪、輸出軸五檔齒輪、輸出軸四檔齒輪、輸出軸三檔齒輪、輸出軸二檔齒輪、惰輪從動(dòng)輪、輸出軸一檔齒輪，對(duì)應(yīng)圖 1 的 1~17 編號(hào)所對(duì)應(yīng)的零部件。
根據(jù)圖 1 可知，該變速箱為全同步變速箱，具有一倒擋，六前進(jìn)擋，能夠一定程度保證汽車(chē)行駛過(guò)程的平順性。根據(jù)其工作原理與裝配順序可知，提高測(cè)量間隙數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是十分必要的，但是零部件的變形以及裝配的方式都會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生影響，因此需要增加反饋，使用補(bǔ)償值法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，提高裝配的合格率。
通過(guò)對(duì)圓錐滾子軸承內(nèi)圈的同軸度、輸出軸與軸承內(nèi)圈的配合程度、輸入軸與輸出軸的模擬正壓力、軸承潤(rùn)滑情況等因素進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
1)提高加工精度，減小軸承內(nèi)圈同軸度誤差可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)精確度;
2)合理控制輸出軸與軸承內(nèi)圈的過(guò)盈量可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)精確度;
3)控制模擬正壓力保持在合適范圍內(nèi)可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)精確度;
4)使用半干式潤(rùn)滑可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)精確度。
變速箱裝配尺寸鏈
為了保證裝配質(zhì)量，需要通過(guò)合理方式建立裝配尺寸鏈，確定各個(gè)裝配工序的公差與尺寸，才能達(dá)到較好的裝配效果。
根據(jù)裝配尺寸鏈的基礎(chǔ)理論選擇合適的裝配方式，這里采取固定調(diào)整裝配法，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置尺寸調(diào)整件，保證整體裝配精度。選擇調(diào)整墊片的厚度作為封閉環(huán)，其余相關(guān)尺寸變量作為組成環(huán)，繪制變速箱裝配尺寸鏈，如圖 2 所示。
二、測(cè)量機(jī)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)
由于裝配過(guò)程中圓錐滾子軸承的存在，導(dǎo)致裝配過(guò)程中需要為其施加合適的預(yù)緊力，而實(shí)際裝配過(guò)程中預(yù)緊力的大小是通過(guò)墊片進(jìn)行調(diào)整的，為了能夠選擇合適的墊片厚度，需要測(cè)量輸出軸后軸承定位面與離合器變速箱殼體端面距離以及輸出軸后軸承上端面與離合器變速箱殼體端面距離，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜直接測(cè)量誤差極大，因此需要通過(guò)雙測(cè)量機(jī)分別測(cè)量上述參數(shù)，最終進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算。
測(cè)量機(jī)構(gòu)原理
對(duì)圓錐滾子軸承的預(yù)緊情況、預(yù)緊方式以及預(yù)緊緊固機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析，軸承的摩擦力矩與軸向壓力呈現(xiàn)線性關(guān)系。軸向壓力在 500~1 000 N 范圍時(shí)，摩擦力矩在 1.5~2 N·m 之間，軸向變化量為 0.05 mm，根據(jù)實(shí)際情況可知，調(diào)整墊片的公差帶為 0.02 mm，因此可以找到滿足預(yù)緊力的墊片組合。
根據(jù)上述分析，繪制調(diào)整墊片測(cè)量原理圖，如圖 3 所示，通過(guò)測(cè)量輸出軸后軸承定位面與離合器變速箱殼體端面距離 A1 與輸出軸后軸承上端面與離合器變速箱殼體端面距離 A2，并作差即可得到合適的調(diào)整墊片厚度。
測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
變速箱測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括上測(cè)量系統(tǒng)、惰輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、墊片復(fù)測(cè)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及變速箱殼體測(cè)量系統(tǒng)等，為了達(dá)到較高的測(cè)量精度，需要分別對(duì)其各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。
上測(cè)量系統(tǒng)用來(lái)測(cè)量墊片厚度，是測(cè)量機(jī)構(gòu)的重要部分，主要包括氣缸、滑座、傳感器、導(dǎo)軌、彈簧等組成，由于氣缸與彈簧在整個(gè)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此對(duì)其進(jìn)行選型。根據(jù)氣動(dòng)設(shè)備技術(shù)理論對(duì)氣缸的缸徑、行程、品種、緩沖能力、安裝方法、開(kāi)關(guān)與接頭進(jìn)行分析，最終選擇 SMC 的 MBF100-50-Z73 型氣缸;根據(jù)研究范圍與功能需求對(duì)彈簧的結(jié)構(gòu)形式、材料、內(nèi)外徑、圈數(shù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終選用矩形螺旋壓縮彈簧。
惰輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠消除裝配時(shí)產(chǎn)生的間隙，提高測(cè)量精確度。該系統(tǒng)主要包括電機(jī)、皮帶、氣缸等，根據(jù)實(shí)際狀況選擇 MDMA08-2PIG 伺服電機(jī)以及 HTD-1304-8M 的同步帶。
墊片復(fù)測(cè)系統(tǒng)能夠進(jìn)一步優(yōu)化墊片組合，包括支架、測(cè)量傳感器、氣缸等，根據(jù)各零部件的原理計(jì)算進(jìn)行選型，最終組合形成完成系統(tǒng)。
上述機(jī)械系統(tǒng)裝配完成后，需要對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以控制氣缸伸縮、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與停止等動(dòng)作。整個(gè)電氣系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、繼電器、補(bǔ)償電路、各部分控制電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、I/O 驅(qū)動(dòng)等外圍硬件以及 VC++ 和動(dòng)態(tài)連接庫(kù)等軟件系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)、繼電器等進(jìn)行選擇，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行組建，對(duì)其余部分進(jìn)行連接與調(diào)試，完成電氣控制系統(tǒng)的搭建。
最后對(duì)變速箱殼體測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于直接測(cè)量 A1 與 A2 的精確值較為困難，因此采用相對(duì)測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，繪制原理圖并通過(guò)該原理圖搭建實(shí)體系統(tǒng)，如圖 4 所示。
三、測(cè)量效果與應(yīng)用分析
在新一輪汽車(chē)裝配中，將設(shè)計(jì)的變速箱測(cè)量機(jī)與變速箱殼體測(cè)量機(jī)加以應(yīng)用，得到多組數(shù)據(jù)值，通過(guò)對(duì)比分析，整體測(cè)量效果較為理想，改善了變速箱裝配精度有，同時(shí)由于測(cè)量機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化代替了人工，裝配效率有了很大提高。
選取一組數(shù)據(jù)作為代表，通過(guò)裝配過(guò)程中的標(biāo)定數(shù)值變化計(jì)算補(bǔ)償值，記錄實(shí)際使用墊片的厚度以及預(yù)緊力矩的大小，與測(cè)量機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果以及運(yùn)算結(jié)果對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證，以此來(lái)判斷測(cè)量機(jī)構(gòu)的性能，如表 1 所示。
通過(guò)表 1 不同測(cè)量次數(shù)下測(cè)量數(shù)據(jù)可知，測(cè)量機(jī)構(gòu)自動(dòng)選擇的調(diào)整墊片厚度均符合軸承預(yù)緊力矩要求，且與設(shè)計(jì)選擇相差不大，因此認(rèn)為該測(cè)量技術(shù)符合變速箱實(shí)際裝配需求，并且能夠節(jié)省人力、提高裝配效率、改善裝配質(zhì)量。
四、結(jié)語(yǔ)
汽車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定性主要由汽車(chē)傳動(dòng)裝置有關(guān)，為了保證汽車(chē)駕駛的舒適性，需要保證汽車(chē)傳動(dòng)裝置的裝配質(zhì)量，而汽車(chē)變速箱是傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵部件，因此提高變速箱的裝配質(zhì)量是十分重要的。根據(jù)實(shí)際情況分析，確認(rèn)墊片厚度是影響變速箱裝配的關(guān)鍵因素，因此需要在確認(rèn)裝配順序的基礎(chǔ)上，探究設(shè)計(jì)變速箱測(cè)量機(jī)構(gòu)與變速箱殼體測(cè)量機(jī)構(gòu)，使墊片厚度選擇更加準(zhǔn)確，通過(guò)驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)精確且可靠，達(dá)到了提高變速箱裝配質(zhì)量的目的。