近些年，汽車工業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，不僅帶動了經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，而且成為了衡量國家工業(yè)水平的重要指標(biāo)之一。汽車的舒適性與傳動系統(tǒng)有著極大的關(guān)系，而變速箱作為傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其裝配質(zhì)量更是直接影響到汽車整體的性能，為了控制裝配過程中的扭矩與空隙等關(guān)鍵因素，需要選擇合適的墊片來保證能夠施加合適的預(yù)緊力矩，目前裝配過程的墊片是人為選擇，精度較差，因此需要對裝配測量技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)精度較高的測量機(jī)，提高變速箱裝配可靠程度。
一、變速箱結(jié)構(gòu)與裝配尺寸鏈分析
為了研究更加準(zhǔn)確，選擇一款變速箱進(jìn)行研究，通過分析變速箱的結(jié)構(gòu)，了解各個零部件的裝配關(guān)系與傳動關(guān)系，剖析變速箱的執(zhí)行原理，得到影響墊片選擇和變速箱裝配的關(guān)鍵因素，對其進(jìn)行參數(shù)分析，并建立裝配合適的裝配尺寸鏈。
變速箱結(jié)構(gòu)
變速箱結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，包括輸入軸、輸入軸一檔齒輪、惰輪、輸入軸倒擋齒輪、輸入軸二檔齒輪、輸入軸三檔齒輪、輸入軸四檔齒輪、輸入軸五檔齒輪、輸入軸六檔齒輪、輸出軸、輸出軸六檔齒輪、輸出軸五檔齒輪、輸出軸四檔齒輪、輸出軸三檔齒輪、輸出軸二檔齒輪、惰輪從動輪、輸出軸一檔齒輪，對應(yīng)圖 1 的 1~17 編號所對應(yīng)的零部件。
根據(jù)圖 1 可知，該變速箱為全同步變速箱，具有一倒擋，六前進(jìn)擋，能夠一定程度保證汽車行駛過程的平順性。根據(jù)其工作原理與裝配順序可知，提高測量間隙數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是十分必要的，但是零部件的變形以及裝配的方式都會對測量數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生影響，因此需要增加反饋，使用補(bǔ)償值法對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，提高裝配的合格率。
通過對圓錐滾子軸承內(nèi)圈的同軸度、輸出軸與軸承內(nèi)圈的配合程度、輸入軸與輸出軸的模擬正壓力、軸承潤滑情況等因素進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
1)提高加工精度，減小軸承內(nèi)圈同軸度誤差可以提高測量數(shù)據(jù)精確度;
2)合理控制輸出軸與軸承內(nèi)圈的過盈量可以提高測量數(shù)據(jù)精確度;
3)控制模擬正壓力保持在合適范圍內(nèi)可以提高測量數(shù)據(jù)精確度;
4)使用半干式潤滑可以提高測量數(shù)據(jù)精確度。
變速箱裝配尺寸鏈
為了保證裝配質(zhì)量，需要通過合理方式建立裝配尺寸鏈，確定各個裝配工序的公差與尺寸，才能達(dá)到較好的裝配效果。
根據(jù)裝配尺寸鏈的基礎(chǔ)理論選擇合適的裝配方式，這里采取固定調(diào)整裝配法，根據(jù)實際情況設(shè)置尺寸調(diào)整件，保證整體裝配精度。選擇調(diào)整墊片的厚度作為封閉環(huán)，其余相關(guān)尺寸變量作為組成環(huán)，繪制變速箱裝配尺寸鏈，如圖 2 所示。
二、測量機(jī)構(gòu)原理與設(shè)計
由于裝配過程中圓錐滾子軸承的存在，導(dǎo)致裝配過程中需要為其施加合適的預(yù)緊力，而實際裝配過程中預(yù)緊力的大小是通過墊片進(jìn)行調(diào)整的，為了能夠選擇合適的墊片厚度，需要測量輸出軸后軸承定位面與離合器變速箱殼體端面距離以及輸出軸后軸承上端面與離合器變速箱殼體端面距離，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜直接測量誤差極大，因此需要通過雙測量機(jī)分別測量上述參數(shù)，最終進(jìn)行聯(lián)合計算。
測量機(jī)構(gòu)原理
對圓錐滾子軸承的預(yù)緊情況、預(yù)緊方式以及預(yù)緊緊固機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析，軸承的摩擦力矩與軸向壓力呈現(xiàn)線性關(guān)系。軸向壓力在 500~1 000 N 范圍時，摩擦力矩在 1.5~2 N·m 之間，軸向變化量為 0.05 mm，根據(jù)實際情況可知，調(diào)整墊片的公差帶為 0.02 mm，因此可以找到滿足預(yù)緊力的墊片組合。
根據(jù)上述分析，繪制調(diào)整墊片測量原理圖，如圖 3 所示，通過測量輸出軸后軸承定位面與離合器變速箱殼體端面距離 A1 與輸出軸后軸承上端面與離合器變速箱殼體端面距離 A2，并作差即可得到合適的調(diào)整墊片厚度。
測量機(jī)構(gòu)設(shè)計
變速箱測量機(jī)構(gòu)主要包括上測量系統(tǒng)、惰輪驅(qū)動系統(tǒng)、墊片復(fù)測系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及變速箱殼體測量系統(tǒng)等，為了達(dá)到較高的測量精度，需要分別對其各個部分進(jìn)行設(shè)計。
上測量系統(tǒng)用來測量墊片厚度，是測量機(jī)構(gòu)的重要部分，主要包括氣缸、滑座、傳感器、導(dǎo)軌、彈簧等組成，由于氣缸與彈簧在整個過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此對其進(jìn)行選型。根據(jù)氣動設(shè)備技術(shù)理論對氣缸的缸徑、行程、品種、緩沖能力、安裝方法、開關(guān)與接頭進(jìn)行分析，最終選擇 SMC 的 MBF100-50-Z73 型氣缸;根據(jù)研究范圍與功能需求對彈簧的結(jié)構(gòu)形式、材料、內(nèi)外徑、圈數(shù)等進(jìn)行設(shè)計，最終選用矩形螺旋壓縮彈簧。
惰輪驅(qū)動系統(tǒng)能夠消除裝配時產(chǎn)生的間隙，提高測量精確度。該系統(tǒng)主要包括電機(jī)、皮帶、氣缸等，根據(jù)實際狀況選擇 MDMA08-2PIG 伺服電機(jī)以及 HTD-1304-8M 的同步帶。
墊片復(fù)測系統(tǒng)能夠進(jìn)一步優(yōu)化墊片組合，包括支架、測量傳感器、氣缸等，根據(jù)各零部件的原理計算進(jìn)行選型，最終組合形成完成系統(tǒng)。
上述機(jī)械系統(tǒng)裝配完成后，需要對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，以控制氣缸伸縮、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與停止等動作。整個電氣系統(tǒng)包括計算機(jī)、繼電器、補(bǔ)償電路、各部分控制電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、I/O 驅(qū)動等外圍硬件以及 VC++ 和動態(tài)連接庫等軟件系統(tǒng)，通過對計算機(jī)、繼電器等進(jìn)行選擇，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行組建，對其余部分進(jìn)行連接與調(diào)試，完成電氣控制系統(tǒng)的搭建。
最后對變速箱殼體測量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，由于直接測量 A1 與 A2 的精確值較為困難，因此采用相對測量法進(jìn)行測量，繪制原理圖并通過該原理圖搭建實體系統(tǒng)，如圖 4 所示。
三、測量效果與應(yīng)用分析
在新一輪汽車裝配中，將設(shè)計的變速箱測量機(jī)與變速箱殼體測量機(jī)加以應(yīng)用，得到多組數(shù)據(jù)值，通過對比分析，整體測量效果較為理想，改善了變速箱裝配精度有，同時由于測量機(jī)構(gòu)的自動化代替了人工，裝配效率有了很大提高。
選取一組數(shù)據(jù)作為代表，通過裝配過程中的標(biāo)定數(shù)值變化計算補(bǔ)償值，記錄實際使用墊片的厚度以及預(yù)緊力矩的大小，與測量機(jī)測量的數(shù)據(jù)結(jié)果以及運(yùn)算結(jié)果對比進(jìn)行驗證，以此來判斷測量機(jī)構(gòu)的性能，如表 1 所示。
通過表 1 不同測量次數(shù)下測量數(shù)據(jù)可知，測量機(jī)構(gòu)自動選擇的調(diào)整墊片厚度均符合軸承預(yù)緊力矩要求，且與設(shè)計選擇相差不大，因此認(rèn)為該測量技術(shù)符合變速箱實際裝配需求，并且能夠節(jié)省人力、提高裝配效率、改善裝配質(zhì)量。
四、結(jié)語
汽車運(yùn)行穩(wěn)定性主要由汽車傳動裝置有關(guān)，為了保證汽車駕駛的舒適性，需要保證汽車傳動裝置的裝配質(zhì)量，而汽車變速箱是傳動裝置的關(guān)鍵部件，因此提高變速箱的裝配質(zhì)量是十分重要的。根據(jù)實際情況分析，確認(rèn)墊片厚度是影響變速箱裝配的關(guān)鍵因素，因此需要在確認(rèn)裝配順序的基礎(chǔ)上，探究設(shè)計變速箱測量機(jī)構(gòu)與變速箱殼體測量機(jī)構(gòu)，使墊片厚度選擇更加準(zhǔn)確，通過驗證該項技術(shù)精確且可靠，達(dá)到了提高變速箱裝配質(zhì)量的目的。