取力器圓錐滾子軸承間隙測量與調整方法

楊 平

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

前言

圓錐滾子軸承一般由內圈、外圈、圓錐滾子，保持架組成。內圈裝在軸頸上，外圈裝在零件軸承孔內。由于圓錐滾子軸承承載能力強，能同時承受較大的徑向、軸向聯合載荷；內外圈可分離，游隙可調且裝拆方便；成對使用；內外圈和滾子間的幾何關系使滾子能對中，提高其可靠性和壽命等特點，在汽車、礦石、冶金等機械行業中有著很廣泛的應用。汽車變速器的取力器大多采用圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承間隙的大小直接影響取力器的工作質量及壽命。因此，在取力器裝配過程中，圓錐滾子軸承間隙調整至關重要。

1 取力器圓錐滾子軸承結構及軸承間隙

帶有圓錐滾子軸承的取力器結構如圖1 所示。取力器前端圓錐軸承內圈裝在輸出軸前端，外圈壓裝在取力器殼體輸出軸孔中；取力器后端圓錐軸承內圈裝在輸出軸后端，外圈壓裝在取力器蓋輸出軸孔中，后軸承蓋通過螺栓固定在取力器蓋上，后軸承外圈與后軸承蓋之間裝有調整墊。在此結構中，前后兩個圓錐滾子軸承的間隙調整是通過選擇合適的調整墊來實現的。要選擇合適的調整墊，必須測量出壓裝后的軸承外圈到殼體的距離A 和后軸承蓋的尺寸B，再通過計算得出間隙值。

圖1 帶有圓錐滾子軸承的取力器結構圖

圓錐滾子軸承間隙是產品設計時確定的。預留間隙的大小取決于軸承工作時所要求的游隙和溫度的變化。1）軸承工作時所要求的游隙可以根據軸承類別及產品工作特點從相關手冊上查得；2）溫度的影響：由于取力器工作時潤滑油的溫度通常在90～120℃，而圓錐滾子軸承是靠潤滑油飛濺和油路噴射潤滑和散熱的，所以軸承的工作溫度不會低于油溫。溫度的升高會導致零部件幾何尺寸的熱膨脹，軸長度的變化導致軸承間隙的縮小，同時，軸承直徑的膨脹也會導致軸承徑向間隙的減小。溫度變化導致軸長度變化如公式（1）所示：

式中，L 為軸在兩錐軸承之間的長度；α 為軸材料的線膨脹系數（鋼件：10×10-6-12×10-6）；Δt 為軸的溫度變化量（近似為油溫變化量）。

溫度變化導致軸承徑向尺寸變化如公式（2）所示：

式中，d 為錐軸承直徑；α 為軸承膨脹系數（鋼件：10×10-6-12×10-6）；Δt 為軸的溫度變化量（近似為油溫變化量）。

綜上所述，圓錐滾子軸承間隙的確定是由標準的軸承工作游隙和在工作溫度下軸承軸向和徑向間隙的總變動量決定的。

2 傳統的取力器圓錐滾子軸承間隙的調整方法

軸承間隙的大小直接影響取力器的工作質量及壽命。間隙過大，輸出軸組件的中心偏離殼體上軸承孔中心，不但導致取力器工作時齒輪的嚙合區發生變化，使得齒輪不能正常嚙合，而且導致輸出軸法蘭盤跳動大，造成取力器輸出軸油封漏油現象。同時由于重力的作用導致軸承外圈內壁受力不均勻，軸承外圈易產生早期局部磨損現象。間隙過小，會使軸承工作時部分熱膨脹導致軸承間隙轉化為過盈配合，使軸承擠死，因軸承擠死導致摩擦力過大使輸入軸直接帶動輸出軸傳動，造成取力器嚴重故障。因此，在取力器裝配過程中，圓錐滾子軸承間隙調整至關重要。

目前，行業內大多采用以下三種方法對取力器輸出軸錐軸承間隙的控制：

（1）裝配工裝配完成后用手盤法蘭盤，憑經驗保證其間隙，做不到準確的量化，而且由于事先裝配調整墊，手盤法蘭盤感覺不合適需要拆掉軸承蓋重新裝配，既有不必要的返工又不能滿足設計要求。

（2）用深度尺檢測，必須對壓裝后的軸承和軸承蓋分別進行3 次才可測出一組軸承間隙，效率低，不能滿足裝配節拍。

（3）采用專用間隙調整機結構復雜造價較高，并且對裝配線精確定位及自動化要求很高，普通裝配線很難使用專用間隙調整機進行軸承間隙調整。

3 改進后的取力器圓錐滾子軸承間隙的調整方法

圖2 深度尺檢測軸承間隙 （分別測量壓裝后的軸承和軸承蓋尺寸）

由于取力器結構簡單，裝配節拍較短，改進前，對取力器輸出軸軸承間隙的控制用深度尺檢測（如圖2 所示），必須對壓裝后的軸承和軸承蓋分別進行3 次測量，再根據計算得出一組軸承間隙。該方法效率低，不能滿足裝配節拍，因此工藝采取10%抽檢，其余靠裝配工裝配完成后用手盤（轉動）法蘭盤，憑裝配工個人經驗保證其間隙，做不到準確的量化，而且由于事先裝配調整墊，手盤法蘭盤感覺不合適需要拆掉軸承蓋重新裝配，既有不必要的返工又不能滿足設計要求。為了保證取力器輸出軸軸承間隙量化，檢測結果重復性、穩定性、精確度，還要滿足裝配節拍，我們設計一種取力器錐軸承間隙調整檢測量具，作為在線檢測手段。假設某取力器輸出軸軸向間隙要求為0.05～0.10mm，該使用該錐軸承間隙調整檢測量具，操作者只需根據百分表讀數，通過公式：調整墊厚度=測量得到的間隙數值：（A-B）-紙墊壓緊后的厚度（按0.35 計算）-最后需保留的軸向間隙（0.05～0.10）即可調出準確的軸承間隙，保證取力器輸出軸軸承間隙量化。

4 取力器錐軸承間隙調整檢測量具及其特點

新設計的錐軸承間隙調整檢測量具主要有6 個部分：測量基準底座、測量底座量、表固定架、緊固螺、固定螺釘、百分表。圖3 為取力器錐軸承間隙調整測量具結構示意圖。

圖3 錐軸承間隙調整檢測量具結構圖

由于能測量的殼體面有螺紋孔或者其他低面，設計錐軸承間隙調整檢測量具時我們只能選擇大于軸承直徑10mm 的圓環面上測量（單邊只有5mm 的圓環面）。又由于百分表觸頭到背部厚度大于5mm，為了能用百分表測量A、B 尺寸，我們根據三點檢測法設計了三角形的檢具底座（件2），而且該底座一端可以伸入裝軸承的殼體腔測量壓裝后的軸承外圈到殼體的距離A，另一端可以測量后軸承蓋的尺寸B。再根據要測量的點的尺寸，設計好量表固定架（件3）尺寸，以保證量表使用時表中心落到可進行檢測的圓環面上，然后將量表（件6）通過量表固定架（件3）固定，三點與軸承外環端面接觸，進行檢測。這種三角形的檢具底座的設計，既解決了A 尺寸面過小不好測量問題，又解決了用深度尺檢測時需檢測三次的問題。圖4 為取力器錐軸承間隙調整檢測量具結構及工作示意圖。

錐軸承間隙調整檢測量具的檢測方法（如圖5）：由于要調整錐軸承間隙，我們需要檢測裝配完成的錐軸承與端面與殼體端面的高度差（如圖A 尺寸）和軸承蓋的止口尺寸B。測量錐軸承間隙按以下步驟進行：（1）先校對表分表，在測量基準底座上將百分表歸“0”；（2）以軸承端面為測量0 基準，百分表接觸點為取力器蓋的面測量A 尺寸；（3）以軸承蓋止口為測量0 基準，百分表接觸點為軸承蓋與取力器蓋接觸面測量B 尺寸；（4）通過公式：調整墊厚度=測量得到的間隙數值：（A-B）-紙墊壓緊后的厚度（按0.35 計算）-最后需保留的軸向間隙（0.05～0.10）得出軸承間隙；（5）根據間隙選擇合適的調整墊。

圖4 錐軸承間隙調整檢測量具結構及工作示意圖

圖5 錐軸承間隙調整檢測量檢測軸承間隙 （分別測量壓裝后的軸承蓋和軸承尺寸）

5 錐軸承間隙調整檢測量具的使用效果

經過裝配現場的三個月測試及長期使用驗證，錐軸承間隙調整檢測量具的使用保證取力器輸出軸軸承間隙量化，不僅滿足設計、質量要求，提高了檢測結果重復性、穩定性、精確度，還滿足裝配節拍。

6 結論

本文根據現有取力器錐軸承間隙調整的不足之處，設計了一種新的取力器錐軸承間隙調整檢測量表。我們根據三點檢測法設計了三角形的檢具底座，固定好百分表，三點與軸承外環端面接觸，進行檢測，既解決了A 尺寸面過小不好測量問題，又解決了用深度尺檢測時需檢測三次的問題。錐軸承間隙調整檢測量具的使用保證取力器輸出軸軸承間隙量化，不僅滿足設計、質量要求，提高了檢測結果重復性、穩定性、精確度，還滿足裝配節拍。此種方法可應用于同類的其他軸承間隙調整過程中的測量，對運用到需要軸承間隙測量具有一定的可借鑒性。