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变速箱装配测量技术研究

时间:2024-05-24来源:机械管理开发

导语:汽车变速箱的装配质量是汽车舒适性的关键指标之一,为了解决目前变速箱装配精度不足的问题,通过分析变速箱结构确定了关键影响因素为调整垫片的厚度,分析了影响测量精度的因素并使用补偿法进行参数修正,建立新的装配尺寸链,设计了变速箱测量机构与变速箱壳体测量机构,通过验证表明该测量技术明显提高了变速箱装配质量,使变速箱有更高的可靠性与舒适性。

  汽车变速箱的装配质量是汽车舒适性的关键指标之一,为了解决目前变速箱装配精度不足的问题,通过分析变速箱结构确定了关键影响因素为调整垫片的厚度,分析了影响测量精度的因素并使用补偿法进行参数修正,建立新的装配尺寸链,设计了变速箱测量机构与变速箱壳体测量机构,通过验证表明该测量技术明显提高了变速箱装配质量,使变速箱有更高的可靠性与舒适性。

  近些年,汽车工业发展势头迅猛,不仅带动了经济技术的发展,而且成为了衡量国家工业水平的重要指标之一。汽车的舒适性与传动系统有着极大的关系,而变速箱作为传动系统的关键部件,其装配质量更是直接影响到汽车整体的性能,为了控制装配过程中的扭矩与空隙等关键因素,需要选择合适的垫片来保证能够施加合适的预紧力矩,目前装配过程的垫片是人为选择,精度较差,因此需要对装配测量技术进行研究,开发精度较高的测量机,提高变速箱装配可靠程度。

  一、变速箱结构与装配尺寸链分析

  为了研究更加准确,选择一款变速箱进行研究,通过分析变速箱的结构,了解各个零部件的装配关系与传动关系,剖析变速箱的执行原理,得到影响垫片选择和变速箱装配的关键因素,对其进行参数分析,并建立装配合适的装配尺寸链。

  变速箱结构

  变速箱结构如图 1 所示,包括输入轴、输入轴一档齿轮、惰轮、输入轴倒挡齿轮、输入轴二档齿轮、输入轴三档齿轮、输入轴四档齿轮、输入轴五档齿轮、输入轴六档齿轮、输出轴、输出轴六档齿轮、输出轴五档齿轮、输出轴四档齿轮、输出轴三档齿轮、输出轴二档齿轮、惰轮从动轮、输出轴一档齿轮,对应图 1 的 1~17 编号所对应的零部件。

  根据图 1 可知,该变速箱为全同步变速箱,具有一倒挡,六前进挡,能够一定程度保证汽车行驶过程的平顺性。根据其工作原理与装配顺序可知,提高测量间隙数据的准确性是十分必要的,但是零部件的变形以及装配的方式都会对测量数据的精确性产生影响,因此需要增加反馈,使用补偿值法对数据进行修正,提高装配的合格率。

  通过对圆锥滚子轴承内圈的同轴度、输出轴与轴承内圈的配合程度、输入轴与输出轴的模拟正压力、轴承润滑情况等因素进行分析,得出以下结论:

  1)提高加工精度,减小轴承内圈同轴度误差可以提高测量数据精确度;

  2)合理控制输出轴与轴承内圈的过盈量可以提高测量数据精确度;

  3)控制模拟正压力保持在合适范围内可以提高测量数据精确度;

  4)使用半干式润滑可以提高测量数据精确度。

  变速箱装配尺寸链

  为了保证装配质量,需要通过合理方式建立装配尺寸链,确定各个装配工序的公差与尺寸,才能达到较好的装配效果。

  根据装配尺寸链的基础理论选择合适的装配方式,这里采取固定调整装配法,根据实际情况设置尺寸调整件,保证整体装配精度。选择调整垫片的厚度作为封闭环,其余相关尺寸变量作为组成环,绘制变速箱装配尺寸链,如图 2 所示。

  二、测量机构原理与设计

  由于装配过程中圆锥滚子轴承的存在,导致装配过程中需要为其施加合适的预紧力,而实际装配过程中预紧力的大小是通过垫片进行调整的,为了能够选择合适的垫片厚度,需要测量输出轴后轴承定位面与离合器变速箱壳体端面距离以及输出轴后轴承上端面与离合器变速箱壳体端面距离,由于结构复杂直接测量误差极大,因此需要通过双测量机分别测量上述参数,最终进行联合计算。

  测量机构原理

  对圆锥滚子轴承的预紧情况、预紧方式以及预紧紧固机构等进行分析,轴承的摩擦力矩与轴向压力呈现线性关系。轴向压力在 500~1 000 N 范围时,摩擦力矩在 1.5~2 N·m 之间,轴向变化量为 0.05 mm,根据实际情况可知,调整垫片的公差带为 0.02 mm,因此可以找到满足预紧力的垫片组合。

  根据上述分析,绘制调整垫片测量原理图,如图 3 所示,通过测量输出轴后轴承定位面与离合器变速箱壳体端面距离 A1 与输出轴后轴承上端面与离合器变速箱壳体端面距离 A2,并作差即可得到合适的调整垫片厚度。

  测量机构设计

  变速箱测量机构主要包括上测量系统、惰轮驱动系统、垫片复测系统、电气控制系统以及变速箱壳体测量系统等,为了达到较高的测量精度,需要分别对其各个部分进行设计。

  上测量系统用来测量垫片厚度,是测量机构的重要部分,主要包括气缸、滑座、传感器、导轨、弹簧等组成,由于气缸与弹簧在整个过程中发挥关键作用,因此对其进行选型。根据气动设备技术理论对气缸的缸径、行程、品种、缓冲能力、安装方法、开关与接头进行分析,最终选择 SMC 的 MBF100-50-Z73 型气缸;根据研究范围与功能需求对弹簧的结构形式、材料、内外径、圈数等进行设计,最终选用矩形螺旋压缩弹簧。

  惰轮驱动系统能够消除装配时产生的间隙,提高测量精确度。该系统主要包括电机、皮带、气缸等,根据实际状况选择 MDMA08-2PIG 伺服电机以及 HTD-1304-8M 的同步带。

  垫片复测系统能够进一步优化垫片组合,包括支架、测量传感器、气缸等,根据各零部件的原理计算进行选型,最终组合形成完成系统。

  上述机械系统装配完成后,需要对电气控制系统进行设计,以控制气缸伸缩、电机运转与停止等动作。整个电气系统包括计算机、继电器、补偿电路、各部分控制电路、数据采集系统、I/O 驱动等外围硬件以及 VC++ 和动态连接库等软件系统,通过对计算机、继电器等进行选择,对数据采集系统进行组建,对其余部分进行连接与调试,完成电气控制系统的搭建。

  最后对变速箱壳体测量系统进行设计,由于直接测量 A1 与 A2 的精确值较为困难,因此采用相对测量法进行测量,绘制原理图并通过该原理图搭建实体系统,如图 4 所示。

  三、测量效果与应用分析

  在新一轮汽车装配中,将设计的变速箱测量机与变速箱壳体测量机加以应用,得到多组数据值,通过对比分析,整体测量效果较为理想,改善了变速箱装配精度有,同时由于测量机构的自动化代替了人工,装配效率有了很大提高。

  选取一组数据作为代表,通过装配过程中的标定数值变化计算补偿值,记录实际使用垫片的厚度以及预紧力矩的大小,与测量机测量的数据结果以及运算结果对比进行验证,以此来判断测量机构的性能,如表 1 所示。

  通过表 1 不同测量次数下测量数据可知,测量机构自动选择的调整垫片厚度均符合轴承预紧力矩要求,且与设计选择相差不大,因此认为该测量技术符合变速箱实际装配需求,并且能够节省人力、提高装配效率、改善装配质量。

  四、结语

  汽车运行稳定性主要由汽车传动装置有关,为了保证汽车驾驶的舒适性,需要保证汽车传动装置的装配质量,而汽车变速箱是传动装置的关键部件,因此提高变速箱的装配质量是十分重要的。根据实际情况分析,确认垫片厚度是影响变速箱装配的关键因素,因此需要在确认装配顺序的基础上,探究设计变速箱测量机构与变速箱壳体测量机构,使垫片厚度选择更加准确,通过验证该项技术精确且可靠,达到了提高变速箱装配质量的目的。

标签: 变速箱

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