矿用汽车发动机动力输出（PTO）装置的研究与制造

生产装备矿用汽车发动机动力输出PTO装置的研究与制造摘要通过对国内外矿用汽车发动机动力输出PTO装置以下简称PTO的研究，介绍了PTO的组成和工作原理，同时将作者长期从事矿用汽车养、用、管、修的实践经验融,NPTOJ造的全过程，对生产出可靠性高、使用寿命长的优质PTO起到了重要的作用。论述了PTO在制造和安装中的注意事项，供国内同行借鉴和参考。关键词PTO装置组成工作原理制造安装注意事项中图分类号U464文献标识码BPTO是现代矿用汽车十分重要的传递动力装置，随着矿用汽车的快速发展其需求也在增长。河北汇工机械设备有限公司为了适应市场的需要，在充分消化吸收进口PTO的基础上，成功开发和生产了PTO装置，先后对设计、制造、安装到使用维修的全过程进行了深入系统的研究和分析，为生产出高质量的PTO奠定了坚实的基础。1PTO的组成及工作原理11PTO的组成PTO的组成如图1、表1。12PTO的工作原理PTO的工作原理，如图2。连接盘小端的止口和PTO止口相配，连接盘大端的止口和飞轮壳的止口相配，通过安装螺钉分别将PTO紧固在连接盘和飞轮壳上。弹性联轴器分别由外河北汇工机械设备有限公司杨钟胜圈和内圈组成。外圈通过螺钉固定在发动机的飞轮上。内圈上的止口和法兰盘的止口相配，并通过螺钉将法兰盘紧固在内圈上。外圈和内圈靠弹性元件优质合成橡胶制成的胶圈与其产生的足够的摩擦力连成一体。法兰盘内花键和PTO驱动轴外花键相连接，只要发动机在运转，弹性联轴器就随着飞轮的转动而转动。发动机的动力首先经过弹性元件的作用和传递，再JPTO驱动轴将动力输出。在发动机GNPTO之间，通过弹性联轴器的弹性元件变成了弹性连接。利用弹性元件的弹性变形可补偿轴向、径向、角向不同程度的偏斜和位移，传递发动机的动力和转矩，同时对发动机的扭振具有较高的阻尼减振和缓冲作用，改善了传动系统的工作性能。13PTO的作用1实现动力输出。发动机的动力经PTO驱动轴输出。60L汽车T艺与材料ATM2012年第5期生产装备图1PTO分解图2实现动力分动。PTO主动齿轮同时和两个从动齿轮相啮合。主动齿轮20。，Z45，M508MMI从动齿轮EL“20。，Z44，M508MM。主动齿轮和从动齿轮的传动为增速传动，其传动比1023。通过两个从动齿轮的内花键分别和油泵的外花键轴相配，随着从动齿轮的转动带动油泵工作，实现动力分动。3实现弹性连接，改善传动系统的工作性能。通过弹性元件的变形，来补偿两轴的偏斜和位移，传递发动机的动力和转矩；同时，弹性元件具有较高的缓冲和减振能力，实现弹性连接，改善传动系统的工作性能。2PTO壳体的加工及注意事项21PTO壳体的加工工艺1PTO壳体的技术要求APTO壳体表面应平整，不允许有锈蚀、粘砂、多肉及浇冒口等痕迹缺陷。BPTO壳体上共有3个轴线和两个必须确保的中心距，PTO座止口和驱动轴轴承孔的同轴度不大于0025MM；同一轴线上各孔的同轴度不大于0025MM另外两个轴线对PTO座止口的平行度不大于004MM；油泵安装平面的垂直度不大于004MM。C为确保孔系同轴，PTO座与盖打入定位销后镗孔。2PTO盖的加工工艺铸造毛坯一彻底清砂一人工时效去应力一钳划线一用专用工装在铣床上按划线找正，在铣床上分别铣PTO盖上的上、中、下3个平面一平面磨磨PTO盖上的上、中、下3个平面至尺寸要求一钻盖上有关孔。3PTO座的加工工艺铸造毛坯一彻底清砂一人工时效去应力一钳划线一半精车，车止口和止口端面及内孔一在铣床上，利用专用工装和PTO座止口相配定心，止口端面相配轴向定位，装夹固定，铣PTO座的上平面一平面磨用专用工装磨PTO座的上平面至尺寸要求一钻座上各有关孔，分别攻丝、铰孔至要求。4PTO盖和座组装后的粗、精镗孔工艺在数控立铣机床上，利用专用工装上的止口和PTO座止口相配定心，止口端面相配轴向定位，通过打7,2个锥销，将PTO盖固定在PTO座上，然后安装螺钉进行紧固，分别按要求粗、精镗各孔至尺寸要求。22PTO壳体加工中的注意事项1与轴承外圈相配内孔的LINTPTO壳体内共有3根轴线上的6个轴承孔需要加工，其配合性质和孔的加工尺寸非常关键。按K6过渡配合设计和加工时，当轴承外径为120MM时，其公差上偏差为O004MM，下偏差为一0018MM。若按过渡配合加工，将导致轴承跑外圈的几率大增。根据实践经验，将过渡配合的公差作如下2012年第5期汽车T艺与材料ATMI61生产装备序号数量名称备注唇形油封PTO座轴承轴承主动齿轮从动齿轮驱动轴卡簧密封垫圈定位销PTO盖传动又头锁紧螺母唇形油封止动垫圈呼吸器连接盘弹性联轴器总成弹性联轴器法兰盘发动机飞轮磁性油堵_SKFQT5007SKFSKF20CRNIMOA2OCR2NI4A20CRNIMOA20CR2NI4A40CRNIMOA标准件SKF标准件QT500742CRMO标准件SKF标准件标准件QT6003外圈45钢内圈QT5007弹性元件优质合成橡胶2OCRNIMOA随发动机配套标准件的技术处理，即上偏差为一0008MM，下偏差为一0025MM，显著地增大了过渡配合中的过盈配合率，对轴承的正常使用没有任何影响。这样一来，由于有足够的紧固力，可有效防止轴承跑外圈，在生产实践中取得了很好的使用效果。2与唇形油封外圆相配内孔的加工为了确保唇形油封的外圆在安装后有足够的紧固力，对相配内孔的；BNZ公差一般要求选用H级，不得大于H8。根据经验，内孔公称尺寸的加工公差按H6H7为宜，内孔表面粗糙度为斤1632UM，内孔的表面硬度无要求。3与唇形油封外圆相配内孔孔口导入倒角的；BNZ为了便于唇形油封的装配，在PTO壳体上与唇形油封外圆相配的内孔孔口应加工导入倒角。在倒角表面上不允许有毛刺、飞边，孔口倒角的表面粗糙度为1632UM，孔口导入倒角的加工要求如表2。4PTO壳体的清洗PTO壳体全部加工完毕之后，清洗工作十分重要，尤其是对PTO座上的盲螺纹孔的清洗一定要彻底，以免留下铁屑、污垢等污染油质，留下后患。3驱动轴的加工及注意事项31驱动轴的加工1驱动轴的技术要求A热处理调质后硬度为280320HBS。B驱动轴全长除螺纹部分中频淬火后硬度为4855HRC，淬火层深57MMOC其他要求详见标准图。2驱动轴的3种加工工艺驱动轴是典型的花键轴类零件，可用以下3种工艺加工。A用低碳低合金钢或低碳合金钢加工，经渗碳淬火低温回火而成，最后通过磨削花键来消除热处理62F汽车T艺与材料ATM2012年第5期11241，13121111111111200加NM“加生富鉴鐾土装莒弹图2PTO的工作原理变形。B用中碳或中碳合金钢加工，经整体淬火低温回火而成，最后通过磨削花键来消除热处理变形。C用中碳或中碳合金钢NT，采用高、中频感应淬火低温回火而成。3种工艺的对比分析如下。A驱动轴渗碳淬火。主要因渗碳淬火硬化层较浅，满足不了驱动轴工作上的要求。其次，驱动轴的一端是18的锥齿根渐开线外花键，其根径在花键磨削中无法加工，因而无法通过机械加工消除热处理的变形。这一工艺在应用中已不多见。B驱动轴整体淬火。驱动轴整体淬火时形成的硬化层和对驱动轴的强化要求以及受力状况不一致，因此没有必要对驱动轴进行整体淬火。这一工艺目前在应用中也不多见。C冯区动轴高、中频感应淬火。采用高频淬火，由于硬化层过浅，齿根处没有淬硬，过渡层的拉应力与该处的应力集中叠加在一起，导致产生严重的裂纹。如硬化层终止在退刀槽处，由于同样的原因会导致早期疲劳断裂。驱动轴经中频淬火后，由于硬化层深，不但能显著提高疲劳强度，而且没有氧化和脱碳等缺陷，同时又因工件心部还处于低温状态，强度较高，因此热处理变形大为减少。经中频感应淬火的驱动轴不需要磨花键就可以满足使用要求。目前，国内外广泛采用中频感应淬火工艺加工花键轴类零件。该工艺已逐渐成为主导工艺。3驱动轴的加工工艺锻打毛坯一正火一粗车一预备热处理调质一半精车一滚花键一中频淬火低温回火一磨轴承位外圆一修锉毛刺、飞边一检验入库。4驱动轴工况分析A冯区动轴在工作中主要承受弯曲疲劳应力和传递扭矩，因此应具有高的抗弯曲、扭转疲劳强度，以及足够的冲击韧性、塑性和耐磨性。B驱动轴是典型的受弯曲和以扭转为主的轴类零件，其表面应力最大，向心部逐渐减小，到心部为零。2012年第5期汽车T艺与材料ATM163生产装备32驱动轴中频淬火中的注意事项1中频淬火的要求驱动轴全长上的淬火要求在一次连续中频淬火中完成。驱动轴表面由3段外花键组成，只允许一次连续中频淬火而成，以防止产生软带出现断轴的恶性事故。2硬化层深度的要求驱动轴的静扭强度还与硬化层的深度有关，硬化层越深，则静扭强度越大。淬硬层的深度可按驱动轴直径的10一20计算。当轴的直径大于4OMM时，硬化层的深度可取轴直径的1O；当轴的直径小于4OMM，就按轴直径的20计算这一计算方法同时适用于花键轴类的硬化层计算。3硬化层分布的要求驱动轴硬化层的分布不仅对疲劳强度有影响，对弯曲扭转强度也有很大的影响。因此，硬化层必须足够深，应形成一个完整的均匀分布的硬化层。为了得到均匀分布的硬化层，采取了以下措施。A调整定位装置，防止驱动轴在感应器中的位置偏心调整驱动轴和感应器的相对位置，使各边间隙相等，达到同心的目的。B调整淬火机床上、下顶尖，使其对正同心。4对中频感应设备和感应器的要求要求中频感应淬火机床转动平稳，感应器制造精确。驱动轴与感应器保持良好的同心度感应器上升平稳。在采用连续感应加热表面淬火时，为获得较深的硬化层，最好选用253KHZ的中频设备。33驱动轴轴承位的加工为了防止轴承内圈与轴运转时产生相对滑动，必须选择正确的安装配合。轴与内圈采用适当的紧配合，是防止二者相对滑动的最简单而有效的方法。用适当的紧配合可使轴承内圈在运转时受力均匀，使轴承的承载能力得到充分的发挥。但是轴承的配合又不能太紧，否则会因内圈的弹性膨胀和外圈的收缩，而使轴承内部游隙减小以至完全消除，从而影响轴承的正常运转。根据经验，驱动轴轴承位外径尺寸按M5的要求加工。当轴承内径的公称尺寸为55MM时，其公差上偏差为0024MM，下偏差为0011MM。经实践验证，效果比较理想。4主、从动齿轮的JNR“及注意事项41主、从动齿轮的加工1主、从动齿轮的技术要求ATEREX原版图中规定，内花键齿面和齿轮齿面渗碳淬火硬化层深1014MM成品渗层深度。B内花键齿面和齿轮齿面的表面硬度为5862HRC。C当材料为20CRNIMOA时，齿轮齿部的心部硬度为3338HRC当材料为20CR2NI4A时，齿轮齿部的心部硬度为3845HRC。D其他要求详见标准图。2主、从动齿轮的加工工艺毛坯一等温正火一粗车一预备热处理调质一半精车一拉内花键一以锥度花键心轴和拉后内花键孔相配，双顶心轴一半精车齿轮各相关表面一滚齿一钳热前倒棱一渗碳淬火低温回火一强化喷丸一磨基准孔和基准端面一磨齿一钳倒棱一质检，入库O3主、从动齿轮内花键工况分析内花键传递扭矩的同时，还要承受一定的冲击和振动，内、外花键在结合中键侧壁还存在摩擦和磨损。因此，内花键只有具有足够的强度和硬度，才能满足工作时的需要。42主、从动齿轮在渗碳淬火中的注意事项主、从动齿轮在渗碳淬火中产生内花键孔的畸变产生椭圆和锥度是公司在质量上存在的主要问题，既影响生产效率和成本，又影响齿轮的精度和强度。一直以来，内花键的畸变是国内齿轮行业所关注的技术难题。64I汽车T艺与材料ATM2012年第5期生产装备1主、从动齿轮内花键热处理畸变分析A内花键结构不对称是产生畸变的主要原因之一。内花键热处理畸变与热处理前的精度对称度和刚度有直接的关系。精度越高，对称度越高，热处理畸变越小。通常，对称度高的内花键在加热和冷却及组织转变的过程中，热传递和组织转变对称度高，产生的热应力和组织应力分布对称度也高，所导致的畸变也小；另一方面，对称度高的结构抵抗内应力畸变的能力也强。B内花键壁厚不一也是产生畸变的主要原因之一。C变形无规律，变形量多少不一。在检测内花键M值时发现，椭圆和锥度上变形大。总的趋势是渗碳淬火后，M值和热前孔相比缩小最为多见，但每一炉的变形量多少不一，呈无规律状态。D根据生产实践，主动齿轮由于内花键结构上处于对称状态，其变形比从动齿轮要小。2减少内花键孔热处理畸变的工艺措施A减小内应力，从而减少内花键畸变的工艺原则。改变加热和冷却工艺，热处理过程中尽量保证加热和冷却速度缓慢，齿轮表面温度及其变化率均匀；改进加热和冷却工艺，尽量减小齿轮的内外温度梯度；减少热处理过程的次数；改进锻造工艺，保证锻造加工时齿轮各表面塑性变形量和变形速度均匀改进装夹和切削工艺，减少夹紧力和切削力。B提高齿轮的刚性，减小变形的工艺原则。粗加工和半精加工阶段采用心轴装夹；精加工采用高精度心轴装夹；渗碳及其后续热处理工艺改为采用空TB、WU、,轴，提高刚度及齿轮关键表面的加工精度。C渗碳中应控制齿轮加热时的温差。渗碳加热不容忽视，采取合理装夹，加热时采用预热、阶梯升温方式，以尽量减小齿轮各部位加热时的温差。D淬火中尽可能使齿轮冷却均匀。淬火是影响齿轮变形的主要环节，采取合适的夹具、合理的装夹摆放，根据结构形状采用平衡补偿块、垫圈及心轴，冷却介质尽量用热油等，尽可能使齿轮各部冷却均匀。43控制热后主、从动齿轮内花键畸变的工艺方法对热处理后变形量小于0一MM的内花键，用通过压力机上加压的推刀进行切削，可减少或消除部分变形。该方法简单易行、效果明显。5传动叉头的加工及注意事项51与唇形油封内孔相配的传动叉头轴颈的加工传动叉头轴颈的加工公差一般要求选用H级，不得大于H11级。根据经验，轴颈公称尺寸的加工公差选H7H8为宜。轴颈表面粗糙度为O2一O8UM。52传动叉头轴端导入倒角的加工与唇形油封配合的传动叉头的轴端导入倒角上不应有毛刺、尖角和粗糙的机械加工痕迹，以免划伤唇形油封的主、副唇边。表面粗糙度为O2063UM。轴端导入倒角图3的加工要求如表3。53传动叉头上唇形油封配合面的硬度要求运行过程中唇形油封不停地在与其相配的传动叉头表面擦移，传动叉头配合面硬度低的话则不耐磨。根据国内外先进经验和推荐值，该硬度要求在3050HRC为宜。6PTO制造中关键配套件的选择与优化措施61关键配套件的选择PT0的最终制造质量不仅取决于加工件的质量，也取决于配套件如轴承、唇形油封等的质量。因此，对配套件把关是一项十分重要的工作。1轴承选择国际知名品牌的SKF轴承。经实践验证，SKF轴承的综合技术、经济效益显著。2唇形油封2012年第B期汽车工艺与材料ATMI65生产装备图3轴端导入倒角轴直径DD一注若轴端采用倒圆倒入导角，则倒圆的圆角半径不J、于表中的DLD之值。选用国际知名品牌SKF的CP或CR径向轴用密封。P表示聚丙烯酸酯胶，R表示丁腈橡胶，P比R的适用性更好。经验证，该径向轴用密封在密封可靠性方面赢得了用户的信赖和好评。3润滑油选美孚HD8OW9O,N滑油，其各项技术指标能满足PTO工况的需要，使用效果比较理想。62保证润滑油油质纯净度的优化措施PTO齿轮和轴承靠飞溅润滑，所以油质的纯净度至关重要。为了确保油质的纯净度，先后采取了以下优化措施。A呼吸器改为有滤网的C型空气滤清器，可有效防止在长期工作中灰尘砂粒混入而污染油质。B放油油堵改为磁性油堵，工作中一旦有毛刺、飞边等金属颗粒脱落混24ET中，则可吸附在磁性油堵上，不再参加循环润滑，这样保证了油质的纯净度。7安装中的技术要求及注意事项71技术要求APTO各齿轮应转动灵活、运转平稳，不得有窜动、冲击、异常噪声和阻滞现象。BPTO满载时的噪声值不得大于85DBA。CPTO润滑油不得有渗漏现象。DPTO与发动机连接螺栓的强度等级不得低于88级。EPTO在正常装配、使用和保养的条件下，首次大修期的寿命应不低于5000H。72注意事项1唇形油封的安装由唇形油封安装不当引起泄漏过大，破坏密封效果的现象屡见不鲜，足以可见安装的重要性。A唇形油封安装前应检查其规格、型号、配合尺寸，检查主、副唇有无碰坏、变形、裂纹等现象，合格后方可投入使用。B检查传动叉头上与唇形油封相配合的轴颈表面以及导入倒角的表面有无毛刺、沟痕及碰伤等。如发现有毛刺及碰伤，应及时修平打光，然后用汽油清洗，不允许有灰尘、铁屑等杂质粘附在零件的表面上。装配前，在传动叉头配合面上涂适量洁净的机械油，以便装配。C检查驱动轴的轴向窜动量和径向跳动量是否符合制造及安装精度要求，以防止唇形油封内孔偏磨。D安装与装配过程中应保持清洁，保证主、副唇不被划伤碰坏。不允许用工具敲打唇形油封。E用干净而柔软的纱布或脱脂棉之类的东西擦洗唇形油封。F沿唇形油封主、副唇的圆周涂上109机械油或透平油，以便装配。2滚动轴承的安装A确保作业场地以及所用设备工具、擦拭和润滑材料、轴承本身及相配零件的清洁。BSKF轴承出厂前涂有防护油脂，安装前不要清66L汽车工艺与材“IATM2012年第5期生产装备洗轴承。轴承在投入运行后，其上的防护油脂能充分和润滑油融为一体，并参与正常的润滑，没有任何负面的影响。而轴承在投入运行前，在库房存放期间，其上防护油脂还有可靠的防护作用。因此，用户使用非常方便。C轴承安装前，应对轴承及相配件进行仔细检查，发现问题及时排除，否则不能安装。D轴承安装时，应根据轴承的配合性质，合理选择装配方式冷装或热装。E轴承安装时，应尽量使用压力机和各种拉器等专用拆装工具，尽量避免用铜棒或手锤直接敲击。加力时，压力必须均匀地分布在套圈四周，方向与套圈端面垂直。F轴承安装时，安装压力应加在紧配合的套圈上。如果加力于非紧配合的套圈上，压力就要通过滚动体传到紧配合的套圈上，必然在轴承工作表面产生凹痕，引起轴承的早期损坏。G轴承安装时必须仔细，避免轴承损伤。保持架最容易变形，安装中尽量不让保持架受力。H确保轴承的安装精度。要严格按照技术条件的要求，保证轴承与相配件的配合精度和相互位置精度及轴承游隙，安装后应进行检查和调整。3PTO座和盖之间密封垫圈