李明晟

（柳工機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545007）

裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主減速器，是裝載機(jī)的核心零部件之一，是將輸入的轉(zhuǎn)速降低、扭矩增大和改變扭矩的傳遞方向，并將動(dòng)力傳給半軸及輪邊行星減速器的裝置[1]。影響主減速器裝配質(zhì)量和壽命的主要關(guān)鍵因素有兩個(gè)：

一是主動(dòng)螺旋錐齒輪（簡稱主螺旋）組件軸承預(yù)緊力的大小。預(yù)緊力太大，會加速軸承的磨損；反之，會產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。

二是主減速器主、從動(dòng)螺旋弧齒錐齒輪副的側(cè)隙。間隙太大，會產(chǎn)生噪音、振動(dòng)；反之，會加劇齒輪的磨損，出現(xiàn)齒輪咬死甚至斷齒現(xiàn)象[2]。

上述因素，都是由調(diào)整墊片的厚度來控制的。

1 墊片選取工藝分析

1.1 主錐齒輪組件軸承預(yù)緊力的調(diào)整

把上下軸承外環(huán)裝入軸承套，組成軸承套組件P3；在主螺旋上裝入下端軸承內(nèi)環(huán)組成組件P6；裝P3進(jìn)P6到位；裝軸套P5，選裝一組調(diào)整墊片P4；裝上端軸承內(nèi)環(huán)；裝法蘭P2及帶槽螺母P1，按圖紙擰緊力矩要求擰緊P1。

用軟繩一頭纏繞在P3外圓上，另一頭用彈簧秤水平拉動(dòng)P3旋轉(zhuǎn)，測量其旋轉(zhuǎn)力是否符合要求。若不符要求，則把P1擰開，取出P6。更換墊片再次進(jìn)行測量（見圖1）。

圖1 軸承預(yù)緊力測量示意圖

由于旋轉(zhuǎn)力矩的測量和墊片的選取，完全依賴工人的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，更換墊片需要不定次的擰緊和松開螺母，嚴(yán)重影響裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性，造成裝配效率低下，同時(shí)加大了勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2 主、從動(dòng)螺旋錐齒輪嚙合位置的調(diào)整

對于大螺旋P7的軸向位置調(diào)整，是通過調(diào)節(jié)大螺旋兩端的調(diào)整螺母P8的旋合長度來實(shí)現(xiàn)的。對于主螺旋的軸向位置調(diào)整，則通過更換調(diào)整墊片P9來實(shí)現(xiàn)（調(diào)整方法見表1）。

表1 主螺旋的軸向位置調(diào)整方法表

在從動(dòng)螺旋錐齒輪（簡稱大螺旋）齒面上涂敷顏料，手工正反方向旋轉(zhuǎn)主減速器組件，觀察大螺旋齒面接觸區(qū)（見圖2）。

圖2 主、從動(dòng)齒輪嚙合位置調(diào)整示意圖

調(diào)整要求是，齒面接觸斑點(diǎn)，沿齒高方向?yàn)楣ぷ鼾X高的40%～70%，沿齒長方向?yàn)辇X長的35%～65%，工作齒面的接觸斑點(diǎn)須控制在齒的中部偏向小端，距小端2～7 mm為宜，非工作齒面接觸斑點(diǎn)須控制在齒的中部[3]。

在該組件裝配過程中，墊片的選取同樣完全依賴工人的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度，如果墊片不合適，零部件的拆裝更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2 測量選墊技術(shù)及其測量設(shè)備介紹

為了解決主減速器在上述的裝配過程中遇到的種種困難，我們通過對汽車行業(yè)進(jìn)行考察，最后決定采用測量選墊技術(shù)及其相關(guān)設(shè)備，對主減速器裝配工藝進(jìn)行改進(jìn)。

測量選墊技術(shù)，是采用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制專用測量機(jī)，在線對待測工件進(jìn)行裝配模擬加載，間接測量有關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)經(jīng)聯(lián)機(jī)計(jì)算和優(yōu)化后，提出調(diào)整墊片備選方案的技術(shù)[4]。該技術(shù)在汽車行業(yè)已經(jīng)得到了相當(dāng)程度的應(yīng)用。

2.1 設(shè)備主要測量內(nèi)容及原理

主錐齒輪軸承座的下軸承內(nèi)圈上端面到上軸承內(nèi)圈下端面之間的距離稱作A1；軸承隔套的高度稱作A2；軸承座安裝結(jié)合面到下軸承內(nèi)圈下端面距離稱作S1；托架大螺旋安裝圓弧面的軸線到托架與主螺旋組件安裝結(jié)合面的距離稱作S2（見圖 3）。

圖3 測量間隙計(jì)算的示意圖

數(shù)據(jù)A1、A2、S1的測量基準(zhǔn)均為平面，設(shè)計(jì)在一臺測量設(shè)備（稱為E1）進(jìn)行；S2的測量選擇托架的兩個(gè)半圓弧面和托架與主動(dòng)螺旋錐齒輪總成的安裝結(jié)合面為測量基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)應(yīng)用另一臺測量設(shè)備（稱為E2）。兩臺設(shè)備能對所選墊片的厚度進(jìn)行實(shí)測，并能實(shí)現(xiàn)相互間數(shù)據(jù)交換[4]。

根據(jù)主減速器結(jié)構(gòu)形式，建立如下尺寸鏈：

軸承調(diào)整墊片厚度L=A1-A2；

托架調(diào)整墊片厚度H=S+S1-S2。其中S為軸承座下軸承下表面到從動(dòng)螺旋錐齒輪軸線的理論尺寸（如圖4）[5]。

圖4 測量尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D

根據(jù)主減速器的結(jié)構(gòu)和裝配工藝特點(diǎn)，該測量技術(shù)采用相對測量方法，即首先制造出零件的標(biāo)定件，該零件的所有尺寸均為標(biāo)準(zhǔn)值。獲得測量標(biāo)定件時(shí)的傳感器壓縮量，再獲取測量待測件時(shí)的傳感器壓縮量。兩者的差值加上標(biāo)定件的標(biāo)準(zhǔn)值，即得到對應(yīng)的實(shí)測數(shù)值[6]。

2.2 E1測量機(jī)的測量過程

當(dāng)進(jìn)行A1的測量時(shí)，將標(biāo)定隔套放在測量基準(zhǔn)件上，控制測量機(jī)在隔套平面加載，使傳感器安裝架貼平隔套平面，此時(shí)傳感器產(chǎn)生壓縮量△A1標(biāo)定；然后將待裝隔套放在測量基準(zhǔn)面上，獲取傳感器壓縮量△A1實(shí)際?！鰽1標(biāo)定和△A1實(shí)際的差值，反映了標(biāo)定隔套和待裝隔套的高度差。由公式A1實(shí)際=A1標(biāo)定+△A1標(biāo)定-△A1實(shí)際可求出A1的實(shí)測數(shù)值（測量過程見圖 5）。

圖5 A1的測量過程示意圖

標(biāo)定尺寸和待測尺寸的測量，均要進(jìn)行兩次，比較前后兩次的傳感器壓縮量。如差值＞0.005 mm，則舍棄第一次壓縮量，將第二次壓縮量作為第一次壓縮量，再次進(jìn)行測量；如差值＜0.005 mm，取兩次壓縮量的平均值作為測量數(shù)值。這樣是為了消除傳感器的隨機(jī)誤差。

當(dāng)進(jìn)行A2和S1的測量時(shí)，首先依順序?qū)⑾螺S承內(nèi)圈、軸承座、測量基準(zhǔn)盤和上軸承內(nèi)圈放在測量平臺上，然后控制測量機(jī)在上軸承內(nèi)圈模擬加載。加載力為圖紙要求的軸承預(yù)緊力。從而壓實(shí)各個(gè)零件，并使傳感器被壓縮。這樣就模擬出軸承套裝配完成時(shí)的受力情況（測量過程見圖6）。

圖6 模擬加載過程示意圖

標(biāo)定尺寸和待測尺寸的模擬加載，同樣進(jìn)行兩次。取前后兩次壓縮量的平均值，作為測量數(shù)值，以消除可能的壓合變化和傳感器隨機(jī)誤差。

模擬加載后，△A2標(biāo)定和△A2實(shí)際的差值，反映了在實(shí)際工作情況下標(biāo)定軸承軸向距離和待裝軸承軸向距離的高度差。設(shè)標(biāo)定高度為A2標(biāo)定，通過計(jì)算公式A2實(shí)際=A2標(biāo)定+△A2標(biāo)定-△A2實(shí)際，可得到待裝隔套的高度。

同理，得到 S1標(biāo)定、△S1標(biāo)定、△S1實(shí)際等一系列數(shù)值，由公式S1實(shí)際=S1標(biāo)定+△S1標(biāo)定-△S1實(shí)際求出S1實(shí)際。

將 A1實(shí)際和 A2實(shí)際代入公式 L墊片=A1實(shí)際-A2實(shí)際+△L補(bǔ)償值（△L補(bǔ)償值為墊片厚度補(bǔ)償值），可以得出所需墊片的理論厚度值L墊片。

計(jì)算機(jī)對L墊片進(jìn)行圓整優(yōu)化后，顯示出所需墊片的種類和數(shù)量組合方案。

由于墊片的制造精度問題，選好的墊片組合往往與理論值有所偏差，所以需對墊片進(jìn)行實(shí)測。

選墊結(jié)束后，該測量機(jī)還可在對軸承進(jìn)行模擬加載的情況下，驅(qū)動(dòng)軸承座旋轉(zhuǎn)，實(shí)測旋轉(zhuǎn)力矩，確保力矩符合圖紙要求。

該測量機(jī)在進(jìn)行測量時(shí)，軸承預(yù)緊力由液壓系統(tǒng)模擬加載，墊片測量數(shù)據(jù)由高精度的傳感器獲取，墊片的優(yōu)化計(jì)算和選取以及軸承座旋轉(zhuǎn)力矩的測量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。避免了人工打緊鎖緊螺母提供軸承預(yù)緊力，墊片的測量和選取完全依靠工人經(jīng)驗(yàn)的情況，減少了由于墊片不合適的反復(fù)拆裝。

2.3 E2測量機(jī)的測量過程

由于S2的測量，是以圓弧中心為基準(zhǔn)，無法直接獲得。因此，制造一個(gè)測量圓棒，測量開始前，將之放置于圓弧上。采用動(dòng)力裝置使測量機(jī)的傳感器沿水平方向向圓棒前進(jìn)，當(dāng)傳感器觸碰到圓棒后，將沿圓棒表面爬升。當(dāng)傳感器爬升到最高點(diǎn)時(shí)，壓縮量最大，取此時(shí)的壓縮量為測量數(shù)值(測量過程見圖7)。

圖7 E2測量機(jī)的測量過程示意圖

在標(biāo)定過程中，測量機(jī)上放置標(biāo)定托架。標(biāo)定托架的理論尺寸稱為S2標(biāo)定。獲取測量傳感器對應(yīng)于S2標(biāo)定時(shí)的兩次最大壓縮量，取平均值后得到△S2標(biāo)定。

在測量時(shí)，工作臺上放置待安裝的托架。獲取測量傳感器的兩次最大壓縮量，取平均值后得到△S2實(shí)際。由公式S2實(shí)際=S2標(biāo)定+△S2標(biāo)定-△S2實(shí)際，算出S2實(shí)際。

E2和E1聯(lián)機(jī)讀取相應(yīng)軸承座的S1實(shí)際。由公式H=S理論+S1實(shí)際-S2實(shí)際，得到托架調(diào)整墊片的厚度H。計(jì)算機(jī)優(yōu)化處理數(shù)據(jù)后顯示選墊方案。

由于墊片的制造精度問題，選好的墊片需要組合迭加好后進(jìn)行實(shí)測。

采用該測量機(jī)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)螺旋軸向位置的自動(dòng)測量和調(diào)整控制，避免了人為因素的影響，減少了零件返工。

3 零件設(shè)計(jì)的更改

為了配合測量選墊技術(shù)的運(yùn)用，在結(jié)合汽車廠的經(jīng)驗(yàn)并對公司裝載機(jī)產(chǎn)品的分析后，我們對零件設(shè)計(jì)做了相應(yīng)的更改。

3.1 軸承預(yù)緊力調(diào)整件

原來采用鋼質(zhì)軸套和銅質(zhì)墊片的組合。由于銅質(zhì)材料比較軟，而且裝載機(jī)的工況是低速重載的，主減速器在工作時(shí)，調(diào)整件承受的動(dòng)態(tài)載荷和沖擊載荷均比較大。造成裝配中調(diào)整合格的墊片發(fā)生變形使預(yù)緊力達(dá)不到要求。

基于上述原因，我們將調(diào)整件更改為鋼質(zhì)隔套和鋼質(zhì)墊片的組合。兩者的硬度和耐磨性均類似。這樣就減小了動(dòng)載時(shí)墊片變形對裝配精度的影響，保證了主減速器工作的穩(wěn)定性。

由于主螺旋軸承預(yù)緊力對調(diào)整墊片厚度的敏感度為0.01 mm，隔套分組以0.01 mm一檔；墊片分組以0.1mm、0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm為檔次。兩者組合可以實(shí)現(xiàn)在公差范圍內(nèi)的預(yù)緊力調(diào)整。

3.2 主螺旋軸向位置的調(diào)整件

原來采用紙墊。密封性能較好，但是比銅墊更加容易變形，而且紙制墊片的公稱尺寸很難測量準(zhǔn)確，嚴(yán)重影響了裝配精度。

因此，我們采用不易變形的鋼墊取代紙墊。螺旋錐齒輪嚙合間隙的調(diào)整幅度比較大，墊片分組以0.1mm為檔次。另外，在鋼墊兩面涂敷密封膠后再進(jìn)行裝配，也可得到理想的密封效果。

4 采用測量選墊技術(shù)前后的對比（見表2）

表2 采用測量選墊技術(shù)前后對比表

5 結(jié)束語

公司投產(chǎn)的基于測量選墊技術(shù)的主減速器測量選墊機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)了測量選墊這一先進(jìn)技術(shù)在工程機(jī)械的運(yùn)用，改變了傳統(tǒng)的測量選墊工藝，提高了裝配效率，穩(wěn)定了裝配質(zhì)量，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]JB/T 9717.1－1999，輪式工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)橋術(shù)語[S].

[2]張燕飛，等.弧齒錐齒輪傳動(dòng)齒輪副側(cè)隙調(diào)整[J].機(jī)械傳動(dòng)，2005，29（4）：9-11.

[3]JB/T 6041-92,輪式工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)橋·主減速器齒輪副技術(shù)條件[S].

[4]何元祥，等.汽車后橋主減速器殼體墊片預(yù)選機(jī)的研制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，25（3）：447-450.

[5]謝鐵邦，等.互換性與技術(shù)測量（第三版）[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1998.

[6]林巨廣，等.汽車分動(dòng)器齒側(cè)間隙調(diào)整優(yōu)化技術(shù)[J].裝備制造技術(shù)，2007，(4)：6-7.