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汽车主锥总成测量选垫模拟正压力优化试验 摘要 汽车主减速器的质量是影响汽车性能的一个重要因素，主减速器装配过程中 的关键问题就是控制主锥总成中一对圆锥滚子轴承的预紧力。目前，一般通过调 整垫片的厚度来控制预紧力的大小。国予测量选垫过程中难以完全模拟安装后的 状态，因此测量原理、测量机构以及装配零部件的精度等因素都会对选垫结果产 生一定的影响，导致测量选垫的精度与稳定性不足，严重影响企业的生产效率。 本文在分析测量选垫机的测量原理、测量机构、测量参数、零部件精度等对 测量精度影响的基础上，提出了通过优化模拟正压力来改进测量选垫机。在理论 分析计算的基础上进行了模拟正压力优化试验，获得了较为理想的模拟正压力 值，实现了通过经济、简单、快速的改进方式来显著的提高测量选垫机选垫合格 率的匿的。 本文的研究为提高测量选垫的精度与可靠性提供了一种可行的方法，对提高 生产企业的产晶质量与生产效率具有重要意义。 关键词：主锥总成测量选垫模拟正压力方差分析 e x p e r i m e n tr e s e a r c ho nt h es i m u l a t i v ep r e s s u r ef o r c u s h i o np r e s e l e c t i n go ff i n a ld r i v i n gg e a r a s s e m b l y a b s t r a c t 弧e a s s e m b l yq u a l i t yo f f i n a ld r i v i n gg e a ra s s e m b l yi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t f a c t o r si ne n s u r i n gt h ep e r f o r m a n c eo fa u t o m o b i l e c o n t r o l l i n gt h eb e a rp r e t i g h t e n i n g f o r c eo ff i n a ld r i v i n gg e a ra s s e m b l yi sa l li m p o r t a n ti s s u ei nt h ea s s e m b l yp r o c e s so f t h er e d u c e r n o w a d a y s ，t h ec o n t r o l l i n go ft h ep r e - t i g h t e n i n gf o r c ei sc a r r i e do u t t h r o u g ha d j u s t i n gt h et h i c k n e s so ft h e c u s h i o n $ b e c a u s ei ti s i m p o s s i b l e t o c o m p l e t e l ys i m u l a t et h ei n s t a l l a t i o ns t a t eb yam e a s u r e m e n tm o d e l ，l o t so ff a c t o r s s u c ha sm e a s u r e m e n t - p r i n c i p l e ，m e a s u r e m e n ts t r u c t u r e ，m e a s u r e m e n tp a r a m e t e r sa n d t h ep r e c i s i o no ft h ep a r t sa f f e c tt h em e a s u r e m e n tr e s u l t s ，s ot h ep r e c i s i o na n ds t a b i l i t y o ft h em e a s u r e m e n ti sn o tg o o de n o u g hf o rt h em a n u f a c t u r e rt o i m p r o v et h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ee f f e c t so fm e a s u r e m e n tp r i n c i p l e s ，m e a s u r e m e n t s t r u c t u r e ，m e a s u r e m e n tp a r a m e t e r sa n dt h ep r e c i s i o no ft h ep a r t s ，t h i sp 印e rp u t s f o r w a r dam e t h o dt oi m p r o v et h em e a s u r e m e n tb yo p t i m i z i n gt h es i m u l a t i v ep r e s s u r e t h es i m u l a t i v ep r e s s u r eo p t i m i z i n gt e s ti sc a r r i e db a s e do nt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d c a l c u l a t i o n a n dt h eo p t i m i z e dp r e s s u r ev a l u ei so b t a i n e df i n a l l y 。a ne c o n o m i c ，e a s y a n df a s tm e t h o dt oi m p r o v et h ep a s sr a t eo ft h ec u s h i o n ss e l e c t i o ni ss e tu p 。 t h i sp a p e rp r o v i d e saf e a s i b l em e t h o dt oi m p r o v et h ep r e c i s i o na n ds t a b i l i t yo f t h em e a s u r e m e n t ，a n dw h i c hi ss i g n i f i c a n tf o rm a n u f a c t u r e r st oi m p r o v ep r o d u c t q u a l i t ya n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y k e yw o r d s ：f i n a ld r i v i n gg e a ra s s e m b l y t h es i m u l a t i v ep r e s s u r e m e a s u r e m e n ta n dc u s h i o np r e s e l e c t i n g a n a l y s i so f v a r i a n c e 表格清单 表2 1 精度及稳定性检测j 5 表2 2 甲、乙轴承试装选垫结果6 表3 - i 第一组圆锥滚子轴承对正压力( p ) 与转动阻力( m ) 矩实验数据表3 1 表3 - 2 第二组圆锥滚子轴承对正压力( p ) 与转动阻力( m ) 矩实验数据表3 1 表3 - 3 第三组圆锥滚子轴承对正压力( p ) 与转动阻力( m ) 矩实验数据表3 2 表3 4 各型号主锥凸缘螺母拧紧后螺栓拉力3 3 表3 5 不同厚度的垫片对力分配的影响3 7 表3 - 6 垫片参数3 8 表3 7 轴承压力与位移关系3 9 表4 1 试验数据4 2 表4 2 试验数据统计结果5 0 表4 3 方差分析表5 5 表4 4 多重方差分析表5 6 表4 51 0 9 4 后桥测量选垫结果5 7 插图清单 图2 1 甲轴承离散分布状态。9 图2 2 乙轴承离散分布状态1 0 图2 - 3 主锥总成装配尺寸链1 3 图2 垫片测量原理15 图2 5a l 测量方法1 6 图2 6a 2 测量方法薹6 图2 7 影响测量选垫结果因素汇总2 2 图2 8 下支撑系统的自适应性2 3 圈2 。9 上测量系统的露适应性2 4 图3 1圆锥滚子示意图2 8 图3 2 单个圆锥滚子图子圈。2 8 图3 。3 轴承受力图2 9 图3 碡简化受力图。2 9 图3 5 受力分析图2 9 图3 - 6 螺纹拧紧示意图3 2 图3 - 7 s t r 后桥主锥总成力流图3 4 图3 _ 8s 仃主锥总成轴向力封闭系统3 4 图3 - 9 受力图3 5 图3 1 0 圆筒受力图。3 6 图3 1 l 过盈示意图3 6 圈3 。挖噩力与变形关系圈4 0 独创性声明 本人声明所墨交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别细臣标志和致谢酌地方辨，论文率不雹含其谴入已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得金月巴工些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者替押l 吼签字蹶硼? 年州日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金g 墨工堑太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 胆王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、绩印或扫描等复割手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密盾适用本授权书) 学位论文作者签名： 押闯爰 签字妥飙 爷呼敞 爷争。i k 学位论文作者毕业后去向： 工榫单位： 通讯地址： 导师签名： 签字霹囊； 电话： 邮编： 致谢 在论文完成之际，首先感谢我的导师王淑旺教授，在过去三年研究生的学习和生 活中给了我无数的关怀和指导，王老师在繁忙的工作之中从未放松对我的指导，鼓励 我以创造性思维思考问题，教导我如何进行理论上的研究，并为我提供了许多实践的 机会，锻炼了我独立解决问题和实际运用能力。在日常生活中，王老师也给了我极大 支持和关怀。王老师独特的教学方法、严谨的治学态度、渊博的学识以及平易近人的 待人方式，给我留下了深刻的印象，是我永远的学习榜样。在次再次向王老师致以深 切的敬意和衷心的感谢! 感谢合肥工业大学机械与汽车工程学院的林巨广老师、卫道柱老师和任永强老师 对我研究生期间学习的关心! 感谢巨一自动化装备有限公司的祖成文、王金龙、吴磊、夏文明等工程师给予的 帮助! 感谢各位师弟在生活和学业上的帮助! 感谢我的父母对我的养育之恩，感谢他们二十多年来在我生活和学习上无私的支 持和帮助! 作者：柳国光 2 0 0 9 年3 月3 0 日 第一章绪论 1 1 国内外主锥总成装配技术研究现状及发展趋势 汽车主减速器总成是汽车传动系最关键的部件之一，也是直接关系到整车性能的 部件，其质量的好坏，直接影响汽车运行的平稳性、噪声、寿命及能耗。零部件制造 质量和总成装配质量是减速器总成质量特性的决定因素，所以在主减速器装配过程 中，必须严格测控关键的装配间隙、扭矩和预紧力等，而主锥总成是减速器的重要组 成部分，也是参数控制要求较高的部件，因此，主锥总成装配技术的研究很早就得到 了国内外汽车生产厂家的重视。 1 1 1 国内主锥总成装配技术研究现状 我国“十一五规划提出，增强汽车工业自主创新能力，加快发展拥有自主知识 产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件，发展民族汽车工业。 目前，国内开展的主锥总成装配技术研究方向主要有以下几个方面： ( 一) 主锥轴承预紧垫片选择 为了提高主动齿轮轴的支承刚度，特别是轴向刚度，以保证后桥齿轮和轴 承的良好工作状态，要求主动齿轮轴螺母在满足工艺要求的拧紧力矩条件下， 主齿轮轴圆锥滚子轴承对应具有合适的预紧力矩。国内成都电子科技大学和合 肥工业大学都开展了相关研究，建立了主锥选垫测量模型【l 】【2 】，开发了主锥选 垫设备，设备根据相对测量原理，分别采用p l c 和计算机控制。设备通过精确 测量相关尺寸选择垫片，并优化垫片组合，极大地提高了主动锥齿轮总成的装 配质量。 ( 二) 主减速器壳体垫片预选 主、被动锥齿轮是否啮合良好，是影响汽车后桥主减速器的装配质量好坏 的另一个重要因素。正确选择所用壳体垫片厚度，以保证主、从动齿轮间的合 适的啮合间隙，是提高主减速器装配质量的关键之一。合肥工业大学和成都电 子科技大学等开展了主减速器壳体垫片预选相关研究，建立了选垫测量模型， 开发了主减速器壳体垫片预选设备，分别采用p l c 和工控机控制，测算满足主、 被动齿轮正确啮合所应垫垫片的总厚度，完成主减速器壳体垫片预选工作，提 高了主减速器的装配质量 3 儿4 1 。 ( 三) 汽车主锥总成预紧力检测技术 目前，国内部分车桥生产厂家对主锥轴承预紧力的检测还停留在依靠熟练工人的 1 经验检测和应用简单的测量工具进行检测的落后状态。随着车桥厂家对主锥总成装配 质量提出了更高的要求，对主锥总成中的轴承预紧力检测方式的革新也逐渐提上日 程，成都电子科技大学和合肥工业大学开展了一系列研究 7 1 ，取得了很多成果。 ( 四) 汽车主锥总成拧紧 针对国内原有汽车主锥总成拧紧自动化设备工作可靠性较差和效率低，高档主锥 凸缘拧紧机只有依赖进口的状况，国内合肥工业大学和电子科技大学等院校开展了自 动拧紧的理论和应用研究，研制了新型全自动拧紧机陋儿钔。从结构设计、力矩参数测 量、对孔检测、控制系统设计和扭矩控制方法等方面进行了较深入研究，采用了一系 列的新方法，扭矩控制平稳精确，生产效率较高。 国内开展的主锥总成装配技术的发展趋势主要体现在以下几个方面： 一是高柔性。随着社会和市场的发展，汽车需求趋于多样化，企业的生产也必须 满足多种类、中小批量的需求。汽车传动系制造技术及装备，必须具有高度的柔性以 满足多种类产品的需求； 二是高精度、高可靠性。制造与装配工艺是影响汽车传动系总成质量的关键因素。 车辆传动系的制造与测控设备必须具有高精度、高可靠性，以保证汽车传动系的质量； 三是人机的友好化。市场的扩大和企业的整合使企业的生产规模越来越大， 提高装配效率是企业面临的关键问题。通过提高测控设备的人机友好化，提高 工人的操作效率，是提高装配线效率的有效措施。 1 1 2 国外主锥总成装配技术研究现状 作为汽车驱动桥重要组成部分的主锥装配技术研究早已得到了国外厂家的 重视。据资料查询和广泛调研结果，国外尤其是发达国家的汽车生产厂家，很 早就开始了主减速器装配的相关研究，汽车后桥装配线上自动主锥选垫机也早 已广泛使用，使其产品性能得到了可靠的保证【1 们。 在汽车主齿轴轴承预紧及其隔套垫片选择方面，国外研究主要集中在轴承 预紧力对旋转的主动锥齿轮轴的动态和静态特性参数的影响、轴承部件的预紧 方法和预紧力控制、在大批量生产线上预紧力控制器的实现等方面 1 1 】 【1 4 】。 在设备使用方面，欧美和日韩等国的汽车企业，都拥有自己先进的桥减速 器总成装配线，其装配效率高、工作噪声低、使用寿命长，减速器装配工艺标 准明显高于国内。大部分装配线自动化程度很高，自动输送，自动上料，自动 装配，部分零部件采用人工上料，机器装配；广泛采用先进的测控技术与装备， 进行在线测量；对垫片厚度、轴承预紧力、螺母拧紧扭矩、齿侧间隙等进行现 2 场在线测量调试；大量采用可控力矩的螺母拧紧机。总之，国外驱动桥减速器 总成装配线整线自动化程度高，突出特点是在线测量方法广泛应用。 汽车产业发达国家的桥减速器总成装配质量普遍高于国内，原因主要是两 方面【”】：一是零部件加工质量高。国外企业的先进精密加工技术使得零部件制 造误差小，同时通过严格的标准检验，获得高质量的零部件。这为获得优良的 装配质量提供了必要条件。以齿轮制造为例，国外企业的制造精度比国内高一 两个等级。二是多年积累的经验为他们装配线上高水平测控技术与装备的开发 奠定了基础。高水平的在线测量方法是高质量的装配产品的保证。 1 2 本课题研究的内容和意义 1 2 1 本课题研究的内容 由于降低成本的需求以及制造业基础薄弱等原因，国内生产的用于后桥主锥总成 装配的圆锥滚子轴承、轴承座、主锥等关键零件精度存在较大误差，使得测量选垫存 在很多不确定因素，既使测量准确选垫也可能不合格。因此，如何以简单可行的方法 克服以上目前难以改变的零部件精度问题，提高测量选垫机次选垫合格率成了现在 最为迫切的问题，本文从测量原理和测量方法出发，结合现场生产装配的实际情况， 分析了影响测量选垫机测量准确度的因素，并通过分析比较各因素提出了通过改变模 拟正压力的方法来提高选垫合格率，试验优化了测量选垫机的模拟正压力，并已投入 使用。文章主要包括以下内容： ( 1 ) 总结了测量选垫机实际使用中存在的问题及其原因分析。 根据某车桥厂测量选垫机在实际装配中的工作状态，总结了测量选垫机存在的问 题，并从测量原理、方法以及装配现场的跟踪记录出发，分析了理论模型及实际生产 中影响测量选垫机测量结果的主要因素。主要包括轴承座的形状精度、主动锥齿轮轴 与上轴承内圈的配合过盈量、滚动轴承的精度等几个方面的分析。 ( 2 ) 提出了模拟正压力的概念及其计算方法。 介绍了模拟正压力的概念、计算方法，并针对s t r 后桥，进行了理论模拟正压力 的计算，同时，分析了主锥总成的力学性能，并根据计算分析了模拟正压力优化试验 的可行性。 ( 3 ) 介绍了测量模拟正压力试验的原因、目的和方法。 从测量选垫机的实际问题出发，综合考虑t n 量原理与方法、测量选垫机的机械 结构、测量参数、装配零件精度、经济成本、试验周期能多方面因素，概括了选择通 过调整模拟正压力来提高测量选垫机合格率的原因和方法。 3 ( 4 ) 某车桥厂的现场装配试验和数据分析。 详细介绍模拟正压力试验的设计依据、方法及试验结果，在此基础上针对s t r 后 桥进行了模拟正压力优化试验，并采用了方差分析法、s 检验法等对试验数据进行了 分析和处理，优化了测量模拟正压力数值。 1 2 2 本课题研究的意义 汽车承载、制动等性能主要是由汽车驱动桥总成决定的，为加强汽车的安全性能， 应该保证驱动桥的装配质量。而汽车减速器总成作为汽车传动系关键部件之一，其装 配质量更直接影响到汽车的整体性能，同时，主动锥齿轮总成又是主减速器总成的关 键部件，因此选择合适的主锥垫片是整个减速器总成装配中的重中之重。 本课题研究的模拟正压力优化试验结果使得测量选垫机在一定程度上克服了国 内装配零件加工精度、测量模型误差、现场环境等诸多因素的影响，最新试验获得的 模拟正压力自引入选垫机使用以来，选垫性能稳定，质量可靠，使得一次选垫合格率 大幅度提高，很大程度上提高了汽车驱动桥的装配质量，同时也提高了厂家的生产效 率。 4 第二章测量选垫机使用中存在的问题及原因 2 1 某车桥厂测量选垫机使用情况分析 测量选垫机的应用大大提高了汽车主减速器总成装配的自动化程度，提高了装配 的效率和质量，但由于技术上的不完备以及国内现有零部件精度条件的影响，测量选 垫机在工厂实际应用时往往不能达到预期的效果，为了更好的解决这一问题，提高测 量选垫机的使用性能，作者对由合肥工业大学为某车桥厂设计制造并已投入生产的测 量选垫机进行了生产跟踪调查。 2 1 1 测量选垫机现场查验状况 由于测量选垫机选垫模型存在未考虑因素以及零件尺寸变动量较大等因素的影 响，测量选垫机测量数据准确与否与实际选取垫片是否合适之间存在许多不确定关 系，为更好的找出问题所在，首先要明确导致测量不稳定的原因，是测量选垫机本身 测量精度的原因、补偿量选取的原因还是装配用零件精度太低的原因。 ( i ) 稳定性和重复精度 为了验证测量选垫机测量精度，记录了现场标定件和同一组工件连续8 次标定和 测量，结果如表( 2 1 ) ： 表2 1 精度及稳定性检测 序列 1234567 8 标定值( 咖) 4 9 5 74 9 5 74 。9 5 84 9 5 94 9 5 84 5 84 9 5 94 9 5 8 测量值( 咖) 4 9 3 64 9 3 54 9 3 24 9 3 44 9 3 24 9 3 4 4 9 3 04 9 3 2 由表( 2 1 ) 可知连续8 次标定，其最大最小数值之差不大于0 0 0 5 毫米；不少于 5 次的连续测量其最大最小数值之差不大于0 o l 毫米，表明该设备虽经过长期的使 用，其精度和稳定性依然较好。因此可以肯定测量选垫机的测量精度完全可以满足使 用的需求。 ( 2 ) 工人的操作以及补偿量的选取 根据两天的现场观察，操作工人在使用测量选垫机时，操作步骤基本正确，只是， 使用时标定次数较少，测量工装的清洁度较差，有铁屑残留等。经过说明，在现场试 验前已经改进。同时，补偿量的选取也是严格按照要求通过多次装配后统计获得，从 后面的现场数据来看，操作工人选取的补偿量基本合理。 2 1 2 现场数据采录 经过上述设备查验和使用修正，可以肯定垫片预选测量机本身的测量精度、稳定 性和工人的使用方法都不存在问题，为了了解测量选垫机实际使用中存在的问题，需 要进行了现场试验。由于选垫通过率是一个概率事件，为确保可比性，本次试验记录 截取的是相同连续的工件数量段，记录如表( 2 2 ) ： 表2 - 2 甲、乙轴承试装选垫结果 日期：4 1 9轴承厂：甲 测量垫片厚度 经验补偿值 所垫垫片厚度 与应垫垫片的差值实际增减值 序号 n l l nm mm m m mm m 2 5 20 1 55 3 7 30 0 2 30 0 3 7 34 8 90 1 55 0 3 7 0 0 0 3o 0 6 44 9 5 70 1 5 5 1 1 80 0 1 10 0 7 54 9 6 8o 1 55 1 2 20 0 0 4 合格 64 9 3 30 1 55 1 0 3一o 0 2 合格 74 9 2 2 o 1 55 0 5 30 0 1 9 合格 8 4 9 7 9o 1 55 1 2 70 0 0 2 合格 95 0 2 10 1 55 2 1 50 0 4 4 一o 0 5 1 05 1 50 1 5 5 3 4 50 0 4 50 0 6 1 l4 8 2 2 0 1 54 9 8 2一o 0 10 0 5 1 2 4 8 2 5o 1 54 9 8 50 0 1 一o 0 5 1 35 0 4 60 1 55 2 1 4一o 0 1 8 o 0 3 1 45 0 6 5o 1 55 2 1 0 0 0 5 合格 1 54 9 5 1 o 1 55 1 1 4一o 0 1 3 合格 1 65 2 0 2o 1 55 3 4 60 0 0 6o 1 1 74 9 1 8o 1 5 5 0 8 9 0 0 2 1 o 0 3 1 84 9 8 7 o 1 55 1 50 0 1 30 0 3 1 95 0 7o 1 55 2 2 30 0 0 3 0 0 2 2 05 0 6 7o 1 5 5 2 1 7 o o 。l 2 14 9 8 6 o 1 55 1 5 2- 0 0 1 6o 0 6 2 25 0 6 90 1 55 2 3 2o 0 1 3 一o 0 3 2 35 0 9 3 o 。1 55 2 4 6- 0 0 0 30 1 2 44 9 6 90 1 55 1 3 60 0 1 7 合格 2 55 0 1 2 o 1 55 1 8 3一o 0 2 l 合格 2 6 4 9 2 7 o 1 55 0 8 30 0 0 6 合格 2 74 。8 7 40 。1 55 。0 2 0 。0 0 4 0 。1 6 2 85 。0 1 60 1 55 1 5 3 o 0 1 3o 0 5 2 94 8 6 6o 1 55 0 0 70 0 0 90 0 5 3 05 0 9 2o 1 55 。2 4 2o o 0 3 3 1 5 。1 3 8o 1 55 2 9 10 0 0 3一o 1 3 25 1 6o 1 55 3 2 5一o 0 1 5 一o 0 5 3 3 5 0 3 2o 1 55 1 9 90 0 1 7 合格 3 45 0 2 90 1 55 1 90 0 1 l 合格 3 55 1 6 7 0 1 55 3 2 4- 0 0 0 7 合格 3 65 0 0 2o 1 55 1 6 20 0 1o 1 2 3 74 。9 6 80 ，1 55 1 1 40 0 0 4 o 1 3 84 9 1 3 0 1 55 0 5 40 0 0 9一o 0 5 3 9 5 1o 1 55 2 5 40 0 0 4一o 0 5 4 05 1 6 10 1 55 3 3 0 0 1 9一o 0 7 4 14 9 3 1 o 1 55 1 3 6- 0 0 5 5一o 0 5 日期：4 2 3 轴承：乙 测量垫片厚度经验补偿值所垫垫片厚度与应垫垫片的 实际增减值 序号 m mm m锄 差值唧衄 4 75 3 9 5o 1 5 5 5 4 60 0 0 10 0 3 4 85 0 9 o 1 55 2 4 70 0 0 7 合格 4 95 2 4 5o 1 55 3 90 0 0 5 合格 5 05 2 6 6o 1 55 0 4 70 3 6 9 o 0 3 5 15 2 4 2o 1 5 5 3 90 0 0 2o 1 5 25 1 1 1 0 1 55 2 6 90 0 0 8 合格 5 3 5 0 4 5o 1 55 5 5 20 3 5 70 o l 5 45 1 8 1o 1 5 5 5 3 80 2 0 7 合格 5 55 1 1 1 0 1 55 2 5 40 0 0 7 合格 5 65 0 4 8 0 1 55 5 5 4 0 3 5 60 0 2 5 75 3 4 80 1 5 5 4 9 60 0 0 2 合格 5 85 2 0 9o 1 5 5 3 8 4- 0 0 2 5 一o 0 2 5 95 1 8 7 0 1 55 3 4 1- 0 0 0 4 一o 0 2 6 05 1 5 7o 1 5 5 3 l- 0 0 0 3一o 0 2 6 14 9 5 2 o 1 55 1 0 2o 0 1 6 25 4 6 60 1 55 6 2 3 0 0 0 7 合格 6 35 5 0 7 0 1 55 6 50 0 0 7 合格 6 45 3 1 90 1 55 4 8一o 0 1 1 合格 7 6 5 。 5 3 6 9o 1 55 5 3 8- 0 0 1 9 合格 6 65 6 3 4o 1 5 5 7 8 80 0 0 4o 0 2 6 75 0 6 50 1 55 。2 1 7 4- 0 0 0 2 4一o 。0 3 6 85 1 6o 1 55 3 2 4 0 0 1 4o 0 5 6 95 3 4 9o 1 55 5 0 30 0 0 40 0 5 7 05 3 3 20 1 55 4 7 60 0 0 6 合格 7 15 6 0 9o 1 55 7 5 60 。0 0 30 0 5 7 25 5 4 70 1 55 7 0 80 0 1 10 0 5 7 3 5 2 7 1o 1 55 4 3 20 0 1 l 合格 7 4 5 0 5 8o 1 55 2 0 40 0 0 40 。0 5 7 55 4 0 1o 1 55 5 6 5- 0 0 1 4 合格 7 65 0 9 8 o 1 55 2 4 50 0 0 30 0 5 7 75 6 2 6o 1 55 7 9- 0 0 1 4o 0 5 7 85 4 5 3o 1 55 6 1 90 0 1 6 o 0 5 7 95 3 2 7 0 1 55 4 8 2- 0 0 0 50 0 5 8 05 2 7 9o 1 55 4 4 5一o 0 1 60 0 2 8 15 1 7 4o 1 55 。3 1 80 0 0 6 一o 。0 5 8 25 1 90 1 5 5 3 4 30 0 0 3合格 8 35 4 4 3 0 1 55 60 0 0 7o 0 3 8 45 2 6 50 1 55 4 1 10 0 0 4o 0 2 8 55 0 8 5o 1 55 2 3 7- 0 0 0 2 合格 8 65 0 8 6o 1 5 5 2 2 90 0 0 7 合格 2 1 3 测量离散状况分析 4 月1 9 日上午采集的数据，装配时主锥总成采用甲轴承厂生产的圆锥滚子轴承， 共安装记录4 0 组，其中一次选垫通过的件数为1 2 件，需要增加垫片厚度的为1 2 件， 需要减小垫片厚度的数量为1 6 件，其一次选垫通过率为3 0 。 4 月2 3 日下午采集的数据，装配时主锥总成采用乙轴承厂生产的圆锥滚子轴，其 中一次选垫通过的件数为1 6 件，需要增加垫片厚度的为1 4 件，需要减小垫片厚度的 数量为1 0 件，其一次选垫通过率为4 0 。 从测量选垫机的使用目的角度来说，3 0 或4 0 的一次合格率都是远远不够的，这 与国外7 0 n8 0 的一次通过率存在较大的差距，到底是何原因导致测量选垫机选垫 合格率低下，还需要进一步的了解测量选垫机存在的问题，以便进行针对性的改进， 提高测量选垫机的一次选垫通过率。为了更好的认识现有测量选垫机存在的问题，需 要对记录的数据进行了进一步的分析。 与 札1 5 膏 量 量 单 位 吼o i 耋o 图2 - i 甲轴承离散分布状态 工件代号 对采用甲轴承厂生产的圆锥滚子轴承组装的2 , - - - , 4 1 号工件，以工件序列为 横坐标，垫片的变动量为纵坐标，建立离散状态图如图( 2 - 1 ) ：由分布状态可 以看出，分布在测量数值+ o 1 5 r a m 的工件最多，而分布在其他区域的数值相对较少，此 外，产品实际垫厚对补偿量修正的区域很广，为十o 1 2 一o 1 0 毫米之间，说明该产品 组合的公差离散度很大，严重影响测量选垫机的工作效果。 同样，也可以建立4 7 8 6 号工件的分布状态，如图( 2 - 2 ) ，由图可以看出，采 用乙轴承厂生产的圆锥滚子轴承与采用甲轴承厂生产的圆锥滚子轴承进行装配时 的结果基本相同，分布在测量数值+ 0 1 5 的工件最多，但实际垫片的修正区域相对较 小+ 0 1 - 0 0 5 r a m ，说明该产品组合的公差离散度虽然相对于采用甲轴承厂生产的圆 锥滚子轴承进行装配时的产品组合的离散度有一定的收缩，但对垫片预选来说仍然比 较广。 9 与 乱1 5 青 黄 量 革 住 乱o i 橐o 1 o ai ! 目l ! j- 0j i ： t- l ! ，r ii - 1i ， ，l il _；a - l 图2 - 2 乙轴承离散分布状态 工件代号 综合两图来看，在相同的测量环境、测量设备和测量人员条件下，采用不同厂家 生产的轴承即不同精度的轴承下，测量结果的离散度有较大的区别，这与操作工人几 个月来的装配经验基本相符：当零部件产品尤其是轴承质量较好的时候，测量机使用 起来较顺利，基本不需要太多的重复选垫。因此，安装零部件的精度对选垫合格率存 在一定的影响。 当然，也可能是补偿量选择不当导致这种离散度差别，但由图( 2 - 1 ) 图( 2 - 2 ) 可知，不管是采用甲轴承厂还是乙轴承厂轴承进行装配，从现场获得的经验补偿量 0 1 5 r a m 都可以最大限度的覆盖将要测量选垫的工件。因此该补偿值相对来说是比较合 理的。 根据以往经验，测量选垫机的垫片修正值离散度不应该这么大，通常为 0 0 1 0 0 3 毫米左右，但是像由甲轴承厂生产的圆锥滚子轴承组成的工件组合形成的 这么大幅度大比率的离散量比较少见，初步认为，主要是圆锥滚子轴承精度过低造成 的。因为从表列数据及离散图可以看出，乙轴承厂组成的工件组合形成的离散度除2 1 0 件为0 1 毫米以外，其余都不大于+ o 0 5 和一o 0 5 毫米。要比甲轴承厂组成的工件组 合形成的离散度小的多和集中的多，且一次选垫合格率也高出甲轴承1 0 。 那么，真正导致该测量选垫机选垫合格率低下的原因是什么? 与国外设计制造的 测量选垫机相比，该测量选垫机的测量原理和方法基本与他们相同，从机器本身来看， 测量机的重复精度和稳定性也与之相差不大，为此，合肥工业大学汽车装备工程技术 研究所专家曾与德国和韩国的技术人员对此进行过一定的交流，都认为零部件的形位 公差和尺寸公差精度对于测量选垫的一次通过率极其重要，精度低下的零部件将导致 正确的测量带来错误的选垫，过盈量会改变轴承座圈与滚子之间受力的大小，轴承座 的同轴度会修正轴承上、下内圈的测量值，而补偿量主要是补偿力与变形的关系。因 此，要解决上述问题，提高测量选垫机的一次通过率，还需要针对现有测量机存在的 问题进行深入研究。 2 2 现有测量选垫机存在的问题 通过上述现场使用情况跟踪和实际生产数据分析可以明显的发现测量选垫机存 在的两大主要问题： ( 1 ) 一次选垫合格率低下 由于生产装配前测量选垫机的标定、测量精度非常高，完全能满足使用要求，但 实际生产时效果却很不理想，尽管可能是零部件精度不合格导致合格率低下，但是零 部件精度低下是目前国内驱动桥厂家普遍存在的问题，况且并不能保证当零部件精度 较高时，合格率也跟着提高，因此可以说该测量选垫机使用不稳定，一次选垫合格率 低下。 ( 2 ) 对装配零件精度不确定度适应力差 主锥测量选垫机设计的目的就是为了克服人工选垫准确率低、生产效率低下的缺 点，以提高主锥总成装配的自动化程度，提高生产效率，降低工人的劳动强度，3 0 - - 4 0 的通过率显然与实际的期望有很大出入。另外，国内车桥厂家一般都要生产十几 种甚至几十种系列品种，而且用于生产同一品种的零部件也可能来自于不同的生产厂 家，因此，测量选垫机的适应能力同样极为重要，因此解决上述实际问题显的尤为重 要。而目前测量机对于采用甲、乙两个厂家的轴承进行测量选垫时就产生如此大的差 异，可见，目前测量机对装配零件精度不确定度适应力差。 要解决以上两个问题不能只从设备调整入手，而是需要找出导致上述问题的根本 原因，这就需要从测量选垫机的设计思想、原理和方法出发，结合实际装配情况进行 全面细致的分析。 2 3 测量选垫机存在问题原因分析 为了能全面的认识测量选垫机一次选垫合格率偏低的原因，本文从测量选垫机的 设计思想、原理和方法开始分析，结合实际生产中出现的问题，围绕测量时工件状态 与实际装配时工件状态的区别、测量模型中对零件精度的假设条件以及实际装配零件 精度状况等角度。对影响测量选垫机一次选垫合格率的影响因素进行汇总。 2 3 1 测量选垫机的设计思想、原理和方法 垫片的选择影响到主锥装配的质量，针对驱动桥生产厂家对主锥总成装配精度要 求，垫片的选择需要满足定的条件，由于重新选择垫片需要花费较长的时间，影响 企业的生产效率，因此必须尽量保证选垫一次合格，但是传统的人工选垫没有足够选 垫依据，实际装配时垫片重选率非常高，因此国内外各厂家都提出了通过测控设备来 保证选垫的质量。由于各型号主锥总成的装配工艺经过多年的实践，已经基本成熟， 因此测量选垫机的设计也需要结合实际的装配状况来完成。 2 3 。1 。1 主锥总成装配工艺分析 主减速器的装配过程，不同的制造商，不同的车型都会有不一样。但其主要的原 理和过程是一样的。为了研究工作更好的进行，现选取s t r 后桥主锥总成的装配过程 进行分析。主要的作业流程如下： 1将上下圆锥滚子轴承外圈压入轴承座中，上下滚子轴承外圈和外壳之间为过 盈配合。 2 将下圆锥滚子轴承内圈主轴压入主轴，主轴和下圆锥滚子轴承内圈之间为过 盈配合。 3 将装好圆锥滚子轴承内圈的主齿套入轴承座及轴承外圈，按次序装好垫片， 压装上滚子轴承内圈( 含上滚子轴承) 、凸缘、上垫片和凸缘螺母。 4 对凸缘螺母施加拧紧力矩m ，= 8 0 0 n m 后完成装配。 5 检验使主轴空载转动的最小力矩肘。，看m 。是否在1 5 n m 和2 。5 n m 之间，即 1 5 n m m o 2 5 n m ，则装配完毕；力矩m o 太大或太小，即m o 2 5 n m ，则必须卸下凸缘螺母调换合适的垫片并重复( 三) ，( i n ) ，( n ) n 过n ， 直到1 5 n m 必o 2 5 n m 。 由于装配用零件尺寸存在不确定度，而工人凭经验选取垫片的随机性很大，选择 的垫片往往不能满足阻力矩，这就需要经常重复上述3 n 5 的步骤，这不仅大大增加了 工人的劳动强度，而且使得装配效率大大降低，因此在压装上轴承之前选出合适的垫 片成了需要解决的迫切问题。 1 2 2 3 1 2 测量选垫机的设计思想 汽车主减速器中的主、被动齿轮是汽车上的主要部件，也是易损件。主动齿轮和 从动齿轮在运转中必须有正确的相对位置，才能使两个齿轮啮合传动时，冲击噪声小， 沿其齿轮的长度方向上磨损均匀。为此，在结构上主被齿必须要有足够的支承刚度n 6 1 。 在大批量生产中，汽车主锥总成的刚度不可能用零部件精度来可靠保证，一般是 通过适当的预紧力使轴承产生规定的阻力矩来表征轴承刚度，即由主锥轴上一对圆锥 滚子轴承的预紧力控制。预紧力过小，将影响主齿的轴向刚度，使主齿运转过程中产 生较大的轴向位移，影响齿轮的正确啮合；预紧力过大，则转动效率低，且加速轴承 磨损。实际应用中圆锥滚子轴承预紧力的大小主要取决于装配阶段，主锥总成的装配 质量直接影响汽车的运行平稳性、噪声、寿命及能耗。这反映在装配工艺上就是上述 的阻力矩m 。要求。 圆锥滚子轴承的预紧程度不是具体的尺寸数值，不能直接作为封闭环，但预紧力 的大小与轴承内圈与外圈的轴向相对位置有关。因此可以将预紧力矩转换成为尺寸 要求。为了保证预紧度，轴承内圈与轴承外圈在轴向必须有一定的过盈量，此过盈量 可以用来表示装配精度，即封闭环。假定轴向过盈量都集中在轴承的内圈上，如图 ( 2 - 3 ) 所示，左图表示轴承内外圈无间隙无过盈时状态，右图为装配完毕后预紧状 态，则主锥总成装配尺寸链如图所示，其中a ，、a ，为上下轴承未预紧零游隙时轴承高， 以为轴承座上下支承端面的间距，a ，、a ，为上下轴承内圈高度，a 。为调整垫片高度， 以为隔套高度，以为内外轴承过盈量，即封闭环。 图2 3 主锥总成装配尺寸链 以以为封闭环的装配尺寸链的各组成环( 各零部件的尺寸) ，用回路法判断增、 减环，如图2 2 ，其中以、a 。、a 。为增环，a 。、a 。、a 。、a ，是减环。列出静态尺 寸链的方程式： a o = ( a l + a 2 + a 3 ) ( a 。+ a 5 + a 6 + a a ( 2 i 、) 通过上述分析，可以看出只要能够通过计算或实验得出轴承预紧力矩和轴 向变形的关系，结合滚动轴承的最佳预紧力矩“引，我们就能够计算出封闭环需 要保证的尺寸。但这需要逐个测量各组成环，在大批量生产中是不现实的，既 复杂也难以保证精度，为此我们把式2 1 进行变换，得到下式： 月。卅。= 阳，卅，卅，- a 。卅卅f( 2 2 ) 从图( 2 1 ) 中可看出。式( 2 2 ) 中“，卅。卅，卅，卅，) 为轴承正确落位后上轴承内 圈下端面到下轴承内圈上端面距离。a ；为隔套高度，只要测得以上两个尺寸，通过选 择合适的垫片尺寸，就能保证控制因素a 。的尺寸。即通过控制调整垫片的厚度来保证 圆锥滚子轴承的预紧力矩，进而控制主锥总成的装配尺寸链。 由上述分析可知，采用选择合适的垫片来控制主锥总成中圆锥滚子轴承的预紧力 是最为经济和方