基于變速器圓錐軸承高度測量的控制方法研究

梁華鋒，莫國田

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州上汽汽車變速器有限公司，廣西 柳州 545006）

1 背景描述

變速器總成為了增加嚙合齒輪的重合度，采用了大量的斜齒輪，變速器運行過程中斜齒輪會產生軸向的力，基于圓錐軸承的特性[1]，變速器中使用圓錐軸承承載軸向力，錐軸承需要選配墊片預緊錐軸承[2]，否則會出現錐軸承晃動，加速軸承磨損，影響變速總成使用壽命。選配墊片需要測量錐軸承高度及前后殼體深度，計算間隙后選配墊片[3]，但是錐軸承在測量過程中無法保證錐軸承絕對的水平，在測量過程中存在一定的傾斜。因此，控制錐軸承平行是一個很重要的過程。

2 過程分析

2.1 原因分析

測量兩錐軸承端面高度時需要旋轉錐軸承內圈，調平圓錐軸承外圈，在斜齒輪的作用下會產生一個往外的作用力F1，在外力作用下會導致安裝軸承內圈的軸線傾斜。如圖1所示。

圖1 軸線傾斜

測量過程中錐軸承外圈放置在錐軸承內圈上時，容易出現圓錐軸承外圈端面傾斜的情況。如圖2所示。

圖2 錐軸承外圈端面傾斜

2.2 過程分析

對于內圈軸線傾斜情況可采用中心定位，避免側向力作用時差速器內圈軸線傾斜。如圖3所示。

圖3 中心頂針作用

測量錐軸承高度采用三個測量頭在錐軸承外圈上測量三個均布120°、作用在圓心的半徑R 上的點，通過三個傳感器數值求平均值，得到圓錐軸承高度。如圖4所示。

圖4 傳感器布局

對于圓錐軸承外圈放置圓錐軸承內圈上時，為了保證錐軸承外圈平行無偏斜，在錐軸承外圈上緩慢增加預緊力從F2=0～400 N，并保持F2=400 N，同時在增加預緊力的情況下以ω=20 r/min 轉動內圈，調平圓錐軸承外圈。盡管增加了差速器外圈預緊與差速器內圈轉動，依然無法轉平差速器外圈，統計數據如表1所示。

外圈傾斜一個β 角度，當β=0°時，H1=H2=H3；傳感器最高點在β 夾角上投影角度α，如圖5 所示。根據余弦定理可得：

圖5 投影示意圖

其中α、β兩個角度為未知數，H1、H2、H3為已知數，可得：

即：C=ΔHmax/ΔHmin。

根據（1）、（2）公式可得：

根據表1，通過（3）、（4）公式可以計算測量機測量時α、β夾角值，如表2所示。

表1 錐軸承外圈三傳感器測量值及差值

當出現測量錐軸承外圈傾斜，夾角β、α=0°時，圓錐軸承外圈傾斜圖如圖6所示。

當圓錐軸承接觸點下移H 時，接觸點到測量水平距離L0=H*tan（78.2°），如圖7所示，傾斜后的1、2號傳感器的數值減少為：H1=H-tanβ*L2=H-tanβ*[L1+H*tan（78.2°）]

圖7 圓錐軸承尺寸圖

傾斜后的3號傳感器的數值減少為：

H1=tanβ* {[L1+H* tan（78.2°）]+L10}-H，其中L1、L2是一個常量值），如圖6所示。

傾斜后的傳感器相對于水平傳感器值：

ΔH=〖2H-2 tanβ* [L1+H* tan（78.2°）]+tanβ* {[L1+H*tan（78.2°）]+L10}-H〗/3（其中L1、L2、L10 是一個常量值）。

即可得：ΔH={H+tanβ*[L10-L1-H*tan（78.2°）]}/3

其中：L10-L1-H*tan（78.2°）＞0；

由該公式可得，ΔH ≥0；當H=0、β=0 時，傾斜后的3個傳感器平均值與無傾斜3個傳感器平均值最小，因此需要控制β角度。

可以得出，當錐軸承外圈放置傾斜時，比水平測量數據值大。

2.3 數據驗證

同一個差速器小總成，傾斜不同角度，使用三坐標測量三個傳感器值在外圈對應的位置，如圖8所示。

圖8 圓錐軸承外圈測量

測量數據匯總后，根據公式(3)、(4)可以計算出α、β夾角，如表3所示。

表3 三坐標測量值及傾斜角

對β與平均值-139.13數值進行擬合繪制曲線圖[4]，如圖9所示。

圖9 β 與平均值-139.13 曲線圖

根據擬合曲線可以得：y=0.348 7*X2-0.000 612 6；

當x=0°時；y=-0.000 612 6；

即x=0°時；y=139.13-0.000 612 6=139.129 4；

當x=0.1°，y=0.002 9；

當x=0.2°，y=0.013 3。

根據圖示隨著β 角度增加數值逐漸增大，角度在0～0.2°之間，數值波動在0.013 3 mm內。

對ΔHmax與平均值-139.13數值進行擬合繪制下圖曲線圖，如圖10所示。

圖10 ΔHmax 與平均值-139.13

根據擬合曲線可以得：y=-15.36*X2+5.495*X+0.084；

裝配線上按0.01控制，x=0.01時；y=0.137 4；

根據圖示隨著ΔHmax增加數值逐漸增大，數值波動在0.137 mm。

3 結論

1)對于圓錐軸承內圈傾斜情況，增加中心頂針，避免圓錐內圈傾斜；

2）對于圓錐軸承外圈傾斜，施加預緊力預緊同時轉動圓錐軸承內圈導正；

3）對于圓錐軸承外圈需要控制三個傳感器的差值在0.137以內，避免測量傾斜導致測量不準確的情況。

通過控制圓錐軸承內圈、外圈的傾斜可以保證測量圓錐軸承高度測量準確，保證變速器總成中選墊正確，避免了錐軸承外圈測量不準確引起的變速器總成故障。