黃祖思　麥承賢　徐永路　梁甲　李懷習(xí)　范明林　董恒波　趙雷

摘 要：對(duì)于汽車差速器，需要保證差速齒輪側(cè)隙，因而在裝配時(shí)需要對(duì)半軸齒輪調(diào)整墊片等級(jí)進(jìn)行選配。本文簡(jiǎn)述一種差速器裝配工藝分析及優(yōu)化，在保證差速器性能要求的同時(shí)，提升生產(chǎn)的效益。

關(guān)鍵詞：差速器;齒輪側(cè)隙;選墊裝配;間隙檢測(cè)

1 引言

在前驅(qū)汽車變速器中，差速器是傳遞扭矩的重要部件，其作用是使左、右的半軸實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)車輪，以實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)彎的需求。差速器齒輪側(cè)隙的匹配適合性決定了半軸齒輪、行星齒輪、差速器殼體的使用壽命，同時(shí)也影響到變速器的NVH性能，影響到駕駛員及乘客的主觀感受。現(xiàn)有差速器裝配工藝在將半軸齒輪、行星齒輪、半軸齒輪墊片、行星齒輪墊片等零件裝配好后，需要對(duì)半軸齒輪間隙進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)合格。現(xiàn)有某款產(chǎn)品產(chǎn)線工藝存在間隙測(cè)量值波動(dòng)大，且偶爾出現(xiàn)超出要求范圍的間隙值等缺點(diǎn)。本文將對(duì)差速器結(jié)構(gòu)、工作原理及裝配工藝的研究，以期優(yōu)化現(xiàn)有的差速器裝配工藝與要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

變速器的動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)一系列的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)才能傳遞到汽車的驅(qū)動(dòng)輪，而差速器是變速器動(dòng)力最終輸出的總成零件，差速器內(nèi)部采用傘齒輪傳動(dòng)的方式，傘齒輪在差速器內(nèi)部處于浮動(dòng)的狀態(tài)，為使得差速器傘齒輪處于最佳的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要對(duì)其間隙提出要求。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，差速器由差速器殼體、行星輪軸、半軸齒輪、行星齒輪、半軸齒輪墊片、行星齒輪墊、冠輪等零件組成。

以差速器殼體為依托，冠輪安裝在差速器殼體外部，半軸齒輪和行星齒輪安裝在差速器內(nèi)部起動(dòng)力傳遞的作用，行星輪軸安裝在差速器內(nèi)部，起限位行星齒輪的作用，半軸齒輪墊片和行星齒輪墊片安裝在差速器殼體內(nèi)部，其中半軸齒輪墊片起著間隙調(diào)整和回轉(zhuǎn)力矩調(diào)整的作用。

2.2 工作特征

變速箱的主減齒輪傳遞過(guò)來(lái)的扭矩，通過(guò)齒輪副傳遞到冠輪，冠輪與差速器殼體是通過(guò)螺栓聯(lián)接的，冠輪扭矩傳遞給差速器殼體，這時(shí)會(huì)帶動(dòng)行星輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)行星齒輪，動(dòng)力通過(guò)齒輪副傳遞，傳遞到半軸齒輪，半軸齒輪將動(dòng)力輸出至半軸，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪向前。

當(dāng)汽車直線行駛的時(shí)候，左右兩車輪受到阻力一致，行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)，動(dòng)力經(jīng)半軸齒輪，輸出至半軸，這時(shí)，左右兩車輪的轉(zhuǎn)速一致，差速器內(nèi)部可以看成剛性連接。

當(dāng)汽車直線轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，左右兩車輪受到阻力不一致，行星齒輪公轉(zhuǎn)的同時(shí)，同時(shí)自轉(zhuǎn)，動(dòng)力傳遞半軸齒輪，但半軸齒輪轉(zhuǎn)速不一致，實(shí)現(xiàn)左右車輪車速不一致，保證車輛的順利轉(zhuǎn)彎。

3 檢測(cè)原理分析

3.1 差速器產(chǎn)線裝配過(guò)程

差速器零件裝配工藝流程如圖3所示，按工藝過(guò)程，在進(jìn)行差速器裝配的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在半軸齒輪墊片不做調(diào)整的情況，第4步間隙重復(fù)測(cè)量的結(jié)果波動(dòng)大，經(jīng)常出現(xiàn)超出要求范圍的產(chǎn)品，需要返工調(diào)整。

3.2 產(chǎn)線設(shè)備的檢測(cè)原理

仔細(xì)分析齒側(cè)檢測(cè)設(shè)備及其工作過(guò)程，初檢設(shè)備與復(fù)檢設(shè)備相同，齒側(cè)間隙無(wú)法直接測(cè)出，是間接方式測(cè)量計(jì)算出來(lái)：即通過(guò)測(cè)量半軸齒輪的軸向間隙，從而計(jì)算出齒側(cè)間隙;同時(shí)，為保證齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中沒(méi)有發(fā)生輪齒嚙合干涉，檢測(cè)設(shè)備做回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)，設(shè)備動(dòng)作分兩步，先進(jìn)行回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量，再進(jìn)行半軸齒輪軸向間隙檢驗(yàn)。

半軸齒輪回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)：旋轉(zhuǎn)上端的半軸齒輪，旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，記錄其最大扭矩，作為回轉(zhuǎn)力矩;

半軸齒輪軸向間隙檢測(cè)：a、兩端同時(shí)將半軸齒輪往中間頂，如圖4藍(lán)色見(jiàn)圖所示;b、再?gòu)膫?cè)邊將半軸齒輪分別往上下方向撥，如圖4紅色見(jiàn)圖所示;c、記錄半軸齒輪軸向活動(dòng)量為間隙值。

通過(guò)分析齒側(cè)間隙檢測(cè)設(shè)備的工作原理，可知因有回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)過(guò)程，復(fù)檢的齒側(cè)間隙與初檢的齒側(cè)間隙很難在同一副嚙合齒輪上，因而兩次檢測(cè)的值沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋，在不更換墊片的情況下，初檢和復(fù)檢結(jié)果偏差可達(dá)到0.05mm以上。

3.3 半軸齒輪軸向間隙與齒側(cè)間隙關(guān)系

根據(jù)機(jī)械齒輪原理及幾何學(xué)知識(shí)，半軸齒輪為錐齒輪，齒側(cè)間隙與齒高位移及壓力角相互關(guān)系如圖5a）所示，半軸齒輪軸向移動(dòng)間隙與齒高位移距離及節(jié)錐角相互關(guān)系如圖5 b）所示，計(jì)算公式可按公式（1）、公式（2）、公式（3）進(jìn)行。

其中，e為單側(cè)齒側(cè)間隙的一半

c為齒側(cè)間隙值

α為壓力角

t為半軸齒輪軸向間隙

δ為半軸齒輪節(jié)錐角

綜合公式（1）、（2）、（3）可得半軸齒輪的軸向間隙與嚙合齒側(cè)間隙的關(guān)系式如公式（4）所示。

根據(jù)產(chǎn)品齒輪要求：壓力角α為24°，面錐角β為53.67°，齒側(cè)間隙的變動(dòng)量為0.07mm時(shí)，可得半軸齒輪軸向間隙t的變動(dòng)量為0.1068mm。

4 零件驗(yàn)證

4.1 驗(yàn)證方法

分別采用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)重復(fù)性測(cè)量的方法，測(cè)量5套工件，每套工件測(cè)量10次，分析其極差值（極大值-極小值）。

靜態(tài)重復(fù)性測(cè)量：在差速器裝配完成之后，不再轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部的齒輪，使之保持在同一位置，重復(fù)測(cè)量。

動(dòng)態(tài)重復(fù)性測(cè)量：在差速器裝配完成之后，每次測(cè)量前轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部的齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度一致，重復(fù)測(cè)量。

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

將5套涉及零件的相關(guān)尺寸檢測(cè)合格的零件進(jìn)行裝配，按照靜/動(dòng)態(tài)的測(cè)量要求，分別測(cè)量10次，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析極差值，結(jié)果如圖6、圖7所示。

從結(jié)果可以看出，單件同位置測(cè)量極差值較小，最大值為0.0138mm，說(shuō)明靜態(tài)重復(fù)性好;單件不同位置測(cè)量極差值較大，重復(fù)性差，最大值0.1056mm，與計(jì)算結(jié)果0.1068mm相符，因此可以確定是半軸齒輪位置轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致了測(cè)量值的波動(dòng)。

4.3 回轉(zhuǎn)力矩試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品，半軸齒輪齒數(shù)為15齒，行星齒輪齒數(shù)為11齒，若需所有齒都相互嚙合一次，則共需進(jìn)行165次嚙合。之前產(chǎn)品做回轉(zhuǎn)力矩測(cè)量時(shí)，半軸齒輪僅旋轉(zhuǎn)9圈進(jìn)行，按此圈數(shù)完成的嚙合齒數(shù)為135次，沒(méi)有達(dá)到全部齒數(shù)嚙合的效果。將5套檢驗(yàn)樣件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)12圈的回轉(zhuǎn)力矩試驗(yàn)，結(jié)果沒(méi)有突變的力矩值，說(shuō)明沒(méi)有干涉的嚙合齒。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)前面的分析檢驗(yàn)，半軸齒輪軸向間隙的波動(dòng)值為0.1068mm，將間隙要求調(diào)整為軸向間隙0.1mm～0.3mm，選墊片時(shí)，將間隙調(diào)整值保證在0.2mm，所有嚙合齒的間隙值才能落在要求范圍內(nèi);同時(shí)，優(yōu)化測(cè)量回轉(zhuǎn)力矩的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)至12圈，確保所有齒皆互相嚙合上一次，徹底排除干涉的風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)裝配驗(yàn)證和理論分析相結(jié)合，確認(rèn)了現(xiàn)有差速器產(chǎn)線半軸齒輪軸向間隙波動(dòng)的特性，并提出了軸向間隙的合適的調(diào)整范圍。通過(guò)分析齒數(shù)關(guān)系，得到檢測(cè)齒輪嚙合干涉的合理的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。分析提出的改進(jìn)調(diào)整解決了產(chǎn)線生產(chǎn)出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

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