變速器齒輪位置度的理論極值計算方法及控制

楊玲，趙錦濤，馬維鵬

陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西寶雞 722409

氣密性、油封平面度、螺栓扭矩、中間軸總成齒輪位置度及法蘭盤端跳檢測等，是變速器總成裝配中常見的質量控制點，其中中間軸總成齒輪位置度對裝配工藝規劃能力要求較高。

傳統的中間軸總成壓裝裝配，一般采用熱裝+對齒+檢測的方式對中間軸總成齒輪位置度進行控制，但是在帶四方鍵的中間軸總成中，由于四方鍵本身對中間軸齒輪具有一定的導向作用，均采用傳統的壓裝方式。而根據過往數據來看，壓裝下的中間軸總成齒輪位置度數值超過0.2mm的概率在40%左右。由于帶四方鍵中間軸總成齒輪位置度同時受到裝配過程及零件本身兩方面的影響，影響因素較多，為提高產品的合格率，本文將探索其裝配過程作為裝配改善的理論指導。

帶四方鍵中間軸齒輪位置度

圖1a所示為帶四方鍵的中間軸，以中間軸軸徑A和C為公共軸心線，二擋齒輪O標記對稱線K為基準，建立一個面，如圖1b所示。

圖1 帶四方鍵中間軸

兩個平面的投影分別為Y和D；以A-C的投影為點O建立坐標系，齒輪分度圓與D的交點在X軸上的投影距離的二倍為此齒輪的位置度。

中間軸位置度極限累計偏差計算

由于中間軸總成上各零件本身具有一定的尺寸公差，理想狀態下，中間軸上各齒輪基準面上與鍵槽對應的齒槽在分度圓上的對稱線與此基準重合（位置度為0），而在實際中，受到中間軸鍵槽、鍵、齒輪鍵槽的尺寸影響，會相對基準存在一定的偏移。以陜西法士特齒輪有限責任公司某產品的超速擋齒輪為例，從各零件處于尺寸極限情況下出發，計算其位置度數據。

極限情況的簡單分析：當中間軸鍵槽尺寸取最大值、鍵取最小值、齒輪鍵槽取最大值時，最終產生的位置度偏移量最大。

1）查零件圖樣（見圖2）可知中間軸鍵槽尺寸：58.19-0.15=58.04（mm），63.563+0=63.563（mm），9.513+0.024=9.537（mm）。

鍵槽的位置度要求為0.051mm，將鍵槽整體相對基準偏移0.051/2=0.0255（mm）（圖示以向右偏移為例），由計算得到的極限尺寸值示意如圖3所示。

圖3 鍵槽整體相對基準右移極限尺寸

2）查四方鍵零件圖樣，按照四方鍵最小的情況：四方鍵的長與寬都為9.55-0.025=9.525mm。

3）超速擋齒輪（見圖4）鍵槽尺寸：寬度為9.5 6 3+0.0 2 5=9.5 8 8（m m）；相對高度為68.25+0.25=68.5（mm）。其中齒輪鍵槽對稱度要求0.051mm。

圖4 超速擋齒輪鍵

所以齒槽相對基準有向左或向右偏移0.051/2=0.0255（mm）兩種情況。

4）將四方鍵裝入中間軸鍵槽內，在步驟1中中間軸鍵槽為向右偏移，所以四方鍵也裝入鍵槽的右端極限位置，此時四方鍵與中間軸鍵槽壁距離0.012mm。

5）將超速擋齒輪裝入中間軸，保證其軸心與中間軸軸心重合，此時有兩種情況：一種是超速擋齒輪鍵槽左偏，另一種是超速擋齒輪右偏。通過CAD中畫圖偏移可知，當齒輪鍵槽左偏移時偏移量為0.088mm，當齒輪鍵槽右偏移時偏移量為0.037mm，因此，下面以齒輪鍵槽左偏移時的情況為例進行分析。

6）根據分析，此時齒輪順時針轉動一定角度，直到與四方鍵接觸，可以得到齒輪在D3基準面上與鍵槽對應的齒槽在分度圓上的對稱線（點A表示）的最大偏移量。

當齒輪轉動時，最先接觸齒輪鍵槽壁的是四方鍵的左邊頂端，所以，以中間軸軸心為圓心畫圓到四方鍵左側頂部為半徑，此時分別于齒輪鍵槽和四方鍵相交出兩個點C、D，將C、D分別與軸心連線，此時可以測量出兩條直線的角度，這個角度就是齒輪可以轉過的角度（見圖5）。

圖5 齒輪轉過的角度

7）以中間軸軸心為中心順時針轉動0.140 927°后，測量點A與中間軸軸心在水平線上的距離，即為中間軸超速擋齒輪在D基準面上與鍵槽對應的齒槽在分度圓上的對稱線相對于基準的偏移量為0.25mm。

此情況為中間軸鍵槽、四方鍵朝右偏，齒輪鍵槽朝左偏；另外一種情況為中間軸鍵槽、四方鍵朝左偏，齒輪鍵槽朝右偏。最終，由上述可得出中間軸超速擋齒輪在D基準面上與鍵槽對應的齒槽在分度圓上的對稱線，相對于基準的偏移量最大為0.25×2=0.5（mm）。

用同樣方法計算中間軸總成上其他擋位齒輪，傳動齒輪的位置度最大值為0.46mm，中間軸三擋齒輪為0.32mm，中間軸四擋齒輪為0.38mm。

中間軸位置度影響因素分析

在中間軸總成的裝配中，四方鍵的安裝普遍采用榔頭砸裝的方式，這種安裝方式普遍會對四方鍵造成損傷、變形，對中間軸齒輪位置度影響較大。圖6所示為現場使用榔頭砸裝對四方鍵造成的損傷、變形示例。

為改善這種問題，設計了專用的四方鍵安裝工裝，既有效改善了四方鍵的損傷、變形問題，也減小了現場砸裝過程的勞動強度。

在中間軸總成壓裝過程中，齒輪以四方鍵為導向，由于四方鍵與齒輪鍵槽為過渡配合，在壓裝過程中齒輪鍵槽對四方鍵存在擠壓和切邊的問題，當鐵屑被擠壓在一側時，會對中間軸齒輪位置度造成較大的影響。

為改善四方鍵的切傷問題，以陜西法士特齒輪有限責任公司某雙中間軸產品為例，將齒輪壓裝方式改為熱裝方式，按照壓裝和熱裝兩種方式分別對50根中間軸總成位置度進行摸底對比。最終統計得出，壓裝中間軸位置度＜0.2mm，占比56.7%，熱裝下中間軸位置度＜0.2mm占比90%，因此熱裝對中間軸位置度改善效果比較明顯。

結語

中間軸齒輪位置度作為變速器總成裝配中的一個重要參數，其對變速器總成的性能影響至關重要。對于帶鍵中間軸總成的裝配，由于無法通過裝配過程直接保證，可以通過分析相關因素，降低其對位置度數值的影響。一方面，通過理論極限位置度數據的計算，可以為零件尺寸的改進提供指導依據；另一方面，可以參考本文所述的方法對中間軸總成裝配過程進行改善。