變速器差速器分總成螺栓擰緊試驗(yàn)研究

袁博 高志勇 劉井澤 李鴻波 趙洪福

（中國(guó)第一汽車股份有限公司研發(fā)總院，長(zhǎng)春 130013）

1 前言

差速器是汽車變速器的重要組成部分，主要由差速器分總成、左右半軸齒輪、2個(gè)行星齒輪及齒輪架等組成[1]。差速器分總成包括主減速器從動(dòng)齒輪、差速器殼體和連接螺栓。主減速?gòu)膭?dòng)齒輪是傳動(dòng)總成中最重要的齒輪，在總成工作過(guò)程中處于長(zhǎng)期嚙合狀態(tài)，其壽命和NVH性能要求較為嚴(yán)格，設(shè)計(jì)精度較高，一般情況，相較其他擋位齒輪，主減速器齒輪的精度要求會(huì)提高1個(gè)等級(jí)。

主減速?gòu)膭?dòng)齒輪與差速器殼體多為螺栓連接。受結(jié)構(gòu)限制，需先分別加工主減速?gòu)膭?dòng)齒輪和差速器殼體至成品狀態(tài)，再通過(guò)螺栓連接形成差速器分總成，稱為分體加工工藝。主減速?gòu)膭?dòng)齒輪和差速器殼體的配合方式和螺栓擰緊工藝都對(duì)分體加工工藝精度達(dá)成有明顯影響，研究通過(guò)主減速齒輪與從動(dòng)齒輪螺栓連接試驗(yàn)，給出了2種零件合理的配合方式和螺栓連接方式，實(shí)現(xiàn)主減速齒輪與從動(dòng)齒輪螺栓連接精度損失較少，可滿足設(shè)計(jì)要求。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 樣件準(zhǔn)備

圖1為差速器分總成常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，差速器殼體和主減速?gòu)膭?dòng)齒輪由10個(gè)沿圓周均布的螺栓連接，擰緊力矩為147～174 N·m。差速器殼體上影響分總成裝配質(zhì)量的精度主要有5個(gè)：配合軸徑尺寸、配合軸徑圓柱度、配合軸徑跳動(dòng)、定位端面跳動(dòng)、定位端面平面度，如圖2所示。

抽檢差速器殼體10件，表1是5個(gè)關(guān)鍵尺寸的測(cè)量結(jié)果，10個(gè)樣件都滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

圖3為主減速?gòu)膭?dòng)齒輪，影響分總成裝配質(zhì)量的精度主要有4個(gè)：內(nèi)孔直徑尺寸、內(nèi)孔圓柱度、內(nèi)孔垂直度、端面平面度。

本研究需進(jìn)行主減速?gòu)膭?dòng)齒輪和差殼配合方式對(duì)分總成齒輪精度影響的試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)差殼的外徑為117n6（+0.045/+0.023），主減速齒輪內(nèi)孔直徑名義值為117 mm，公差等級(jí)為6級(jí)，公差帶為E～J，分為5組，具體尺寸極限偏差值見(jiàn)表2。

表1 差殼關(guān)鍵尺寸測(cè)量結(jié)果 mm

每組各5件齒輪，尺寸精度見(jiàn)表3，25個(gè)樣件的精度都滿足試驗(yàn)要求。

2.2 檢測(cè)設(shè)備

Gleason 350GMS齒輪測(cè)量機(jī)為本研究中使用的齒輪精度測(cè)量設(shè)備，如圖4所示，該設(shè)備的所有運(yùn)動(dòng)軸都由高精度電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)配備高分辨率光柵尺，齒輪測(cè)量精度可達(dá)1級(jí)（按VDI/VDE 261 2/261 3），重復(fù)測(cè)量精度小于1μm，可滿足試驗(yàn)要求。

表2 主減速齒輪內(nèi)孔直徑上、下極限偏差 mm

表3 五組主減速齒輪配合面精度 mm

3 配合制對(duì)差速器分總成齒輪精度影響的試驗(yàn)

用25個(gè)差速器殼體分別與上文所述A～E 5組主減速齒輪進(jìn)行螺栓連接，擰緊力矩為147～174 N·m，采用同時(shí)擰緊方式。C～D組為過(guò)盈配合，先將齒輪加熱到80℃，再進(jìn)行裝配，冷卻后擰緊螺栓。各組連接前后齒輪徑向跳動(dòng)結(jié)果見(jiàn)圖5。

可見(jiàn)，連接前所有齒輪的徑向跳動(dòng)均可達(dá)到5級(jí)；連接后，C組連接前后齒輪精度損失最小，可以達(dá)到6級(jí),其它4組精度較差，且一致性不好。A組、B組精度損失的原因是配合軸徑存在一定間隙量，導(dǎo)致差速器分總成的回轉(zhuǎn)中心和主減速?gòu)膭?dòng)齒輪的中心存在一定偏差，從而精度降低且一致性不好。相較于B組，A組間隙量更大，所以離散程度更明顯。D組、E組為過(guò)盈配合，過(guò)盈量較大時(shí)，會(huì)對(duì)從動(dòng)齒輪產(chǎn)生較大變形，影響分總成精度。所以選擇G6/n6的配合可以保證最好的分總成齒輪精度。

4 擰緊順序?qū)Σ钏倨骺偝升X輪精度影響的試驗(yàn)

擰緊順序分為4種情況：按照1、2、3、4、5、6、7、8、9、10順序擰緊；按照1、3、5、7、9、2、4、6、8、10間隔擰緊；按照1、6、3、8、5、10、7、2、9、4對(duì)角擰緊；同時(shí)擰緊。根據(jù)李培林等人的研究，采用同時(shí)擰緊工藝的預(yù)緊力分布最均勻[2]。本試驗(yàn)用于探究擰緊順序?qū)B接后齒輪精度的影響。

根據(jù)上文，選擇117G6/n6的配合方式，分總成精度最好。分別用同時(shí)擰緊、對(duì)角擰緊、間隔擰緊、順序擰緊4種方式進(jìn)行螺栓擰緊試驗(yàn)。除同時(shí)擰緊，其他3種擰緊工藝都分為2輪進(jìn)行擰緊，第1輪先將所有螺栓加載到100 N·m，第2輪再加載到160 N·m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

可以看出，4種擰緊方式對(duì)齒輪精度的影響順序?yàn)椋和瑫r(shí)擰緊＜對(duì)角擰緊＜間隔擰緊＜順序擰緊，同時(shí)擰緊的方式可以最好的保證齒輪精度不損失。

5 結(jié)論

對(duì)差速器分總成螺栓擰緊工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，給出了1種試驗(yàn)方案，可用于提升差速器分總成齒輪精度。

通過(guò)試驗(yàn)，分別研究配合制和擰緊方式對(duì)連接后差速器總成齒輪精度的影響，確定了差速器分總成最優(yōu)的配合方式是過(guò)渡配合，最大配合間隙≤0.011 mm，最大過(guò)盈量≤0.033 mm，最好的擰緊方式是同時(shí)擰緊。這樣可以保證齒輪精度只損失1級(jí)，可以滿足量產(chǎn)6級(jí)齒輪精度要求。