重型变速箱圆锥滚子轴承间隙测量与调整

　　大同齿轮集团于2002年引进了日本日产柴油汽车工业株式会社MPT21B12档重型汽车变速箱的制造技术，此变速箱档位多传递扭矩大，结构复杂，具有电控换档系统，操纵灵活轻便。该变速箱士箱的输入轴、中间轴、二轴和副箱的中间轴都采用圆锥滚子轴承支撑，这四处锥轴承需要调整间隙。文中概括介绍了变速箱锥轴承间隙测量与调整的设计和使用。
　　1　间隙测量的重要性
　　间隙是否合理直接影响变速箱的性能和可靠性，间隙太小会使轴承烧死；间隙太大，会造成轴定位不准，从而使齿轮啮合不良，产生噪音，甚至打齿，也会引起脱档现象以及轴承的早期点蚀。锥轴承间隙的控制成为该变速箱装配质量保证的关键。轴承间隙测量处如图1所示。
　　2　间隙测量的原理
　　根据锥轴承设计轴向间隙的要求与变速箱总成设计技术标准，输入轴轴承间隙为0.02-0.12mm，驱动齿轮轴向间隙为0.03-0.09mm，中问轴后轴承间隙为0.09-0.19mm，副中间轴轴承间隙为0.09-0.19mm。根据日产柴的先进经验，间隙测量时必须加负载，否则不能反映滚锥轴承受力的真实情况，测量结果也不准确。应用回归法测算出在零负载装配时的间隙，通过计算排除一些因素，得到调整垫片的厚度。具体操作方法为：
　　①用类似轴承盖的压盖工装，压在锥轴承的外圈上（与轴承接触部位厚度为4mm），三点紧固，紧固扭矩为29.4±1.5Nm。
　　②松开螺栓，把扭矩降为0Nm，再次用2.9±0.2Nm的扭矩紧固；
　　③旋转中间轴2-3圈，用5.9±0.3Nm扭矩紧固。并重复做几次；
　　④旋转中间轴2-3圈，用8.8±0.4Nm扭矩紧固。然后分别测量3点间隙值，求出平均值C1；
　　⑤依次用11.8Nm、14.7Nm、17.7Nm的扭矩紧固，并重复做几次步骤4、5。求出平均值C2、C3、C4；
　　⑥根据扭矩值和间隙的平均值C1-C4做出一次回归直线，求出D值；
　　⑦根据以下公式：垫片的厚度X2=4-0.14-D=3.86-D，算出垫片厚度；（中间轴后轴承间隙为0.09-0.19mm，取中间值0.14mm，为装上垫片后的轴承间隙）；
　　⑧根据垫片厚度，选择合适垫片。
　　3　间隙测量及垫片选装机的制造
　　根据间隙测量的原理，由中科院沈阳自动化研究所设计制造了三台间隙测量及垫片选装机。该机可以自动加负载，同时自动旋转主轴，自动测量并选择厚度合适的垫片，显示存储测量结果并提示操作者拿取调整垫片，使用方便，精度高。图3为一轴间隙测量机与垫片选装机图片：
　　4　间隙测量及垫片选装机的缺陷
　　经过变速箱总装生产实践，目前变速箱采用间隙测量机进行间隙的自动测量、计算并自动选择垫片，精度高，但也存在以下缺点：
　　①测量的时间较长：中间轴和副中间轴间隙测量的节拍为5分钟/台，一轴间隙测量的节拍为8分钟/台，这样装配线的年装配能力不足3万台（按每年250个工作日、每天两班、每班有效工作时间7.5小时计算），与公司制定的年产5万台的能力相差甚远。而且装配线的空间已无法布置新的间隙测量机。
　　②适应性较差：当变速箱的中心距变化后，原有的间隙测量机就不能使用。
　　③间隙测量机自动化程度高出现故障后维修困难，必须等制造商来解决，生产风险较大。
　　④属于高科技产品，精度高、造价高。
　　5　间隙测量工装的设计与使用
　　5.1 设计思路
　　根据间隙测量的原理，把间隙测量机完成的复杂工作简化，假如有一套精度高的检测工具，它自身的误差忽略不计，所有与轴承间隙相关的零件都安装在该工具上。当它安装到变速箱锥轴承部位后，会自动显示出当前锥轴承部位Z合适的垫片的厚度，操作者就会很快选择好垫片，整个测量过程要准确、简单、快捷。
　　根据这一思路，我们设计了一种半自动间隙测量工装，目前已投入使用，精度能满足要求，测量时间只有原来的一半。
　　5.2 设计原理
　　锥轴承外圈装在工装锥套的外锥面上，轴承盖直接装在轴承外圈上，而工装锥套的内锥面套在轴承的滚动体上。用3条螺栓穿过轴承盖和工装，以规定的扭矩紧固到壳体上。这样与轴承间隙有关的零件通过工装都安装在一起。其结构如图4所示。
　　操作者在紧固螺栓时要均匀地增加扭矩，并尽可能使3条螺栓扭矩相同。在紧固螺栓的过程中，要多次转动输入轴，使轴承的锥面接触均匀。当扭矩达到规定值后，就可以读出两个百分表显示的数据，计算出这两个数据的平均值，就是该变速箱输入轴的Z合适的垫片厚度。
　　上述操作过程简单，但关键是要确定两个百分表的初始数据。
　　5.3 间隙测量工装的初始数据标定
　　百分表初始数据的标定是一项复杂的工作。当一套工装制造出来后，首先对一台经过间隙测量机测量的变速箱进行检测，当按照上述步骤操作完后，将两个百分表的初始数据调整成间隙测量机测出的调整垫的厚度值。然后连续测量50台变速箱，将测量出的数据与间隙测量机测出的数据进行对比，不断进行微调，使工装与间隙测量机测出的数据的偏差小于0.03，这时工装的初始数据就调整好了。
　　为防止百分表松动造成初始数据变化，我们设计了工装校准件，就是一个按轴承外圈设计的带有内锥面的基准件1和一个按滚动体尺寸设计的带有外锥面的校准2，具体见图5。工装在校准件上按测量步骤紧固至规定的扭矩后，两个百分表的读数的平均值就是工装的校准值。这一数据应标注在工装上，作为工装校准的基准值，应在每班班前和班中定时点检和校准。
　　5.4 需要说明的问题
　　a.上述测量方法是基于高精度的间隙测量机而制定的。如果没有间隙测量机，可以用其它标准样件进行对比。
　　b.为防止工装磨损造成测量误差加大，工装每测量一定批次或使用一段时间后，应再次与间隙测量机或其它标准样件进行对比，及时调整基准值。基准值变化后，应将调整后的数据重新标注在工装上。
　　c.工装的锥套或校准件更换后应重新确定基准值。
　　6　结束语
　　锥轴承间隙测量机与锥轴承间隙测量工装相互配合使用，提高了变速箱装配生产的效率，减小了生产风险，在生产任务较小时间隙测量机就可以满足生产；当时间紧、任务急时，两套设施同时使用。锥轴承间隙测量工装精度高、测量过程简单、快捷，但劳动强度大，在正常情况下还是以间隙测量机为主。