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ZF055矿用车驱动桥主减速器总成装配工艺分析 摘要 主减速器是矿用车传动系的最关键部件之一，主减速器总成的装配精度对驱动桥乃至整车的性能都有很大的影响。主减速器的装配中，主动锥齿轮与从动锥齿轮的正确啮合很重要，正确的相对位置可保证主、从动锥齿轮运转过程中振动和噪声较低，轮齿沿长度方向磨损均匀。因此，在装配过程中要保证主、从动锥齿轮有足够的支承强度，这样在运转过程中他们才不会发生很大的变形，影响啮合精度。要保证主、从动锥齿轮有足够的支承强度就要在装配过程中对轴承进行预紧，合适的轴承预紧力是主、从动锥齿轮总成装配中的主要技术指标。主动锥齿轮总成是主减速器的关键部件，其装配质量对主减速器的性能有很大影响。本文围绕本人在桥箱车间矿用车后驱动桥主减速器总成装配线上的实习心得，了解的主减速器总成装配工艺，主要介绍了以下内容：车间实习的一些基本情况，矿用车后驱动桥主减速器总成的结构和装配技术；提出了保证主动锥齿轮总成中圆锥滚子轴承合适的预紧力的重要性，以及主动锥齿轮总成装配中存在的调整垫片选择的问题，分析了在汽车驱动桥装配中普遍采用的调整垫片选择的测量选垫技术及其理，并对新厂区规划中引进该套设备的可行性进行了析。关键词：驱动桥，主减速器，主动锥齿轮总成，轴承，调整垫片，预紧力，测量选垫技术 1.绪论 1.1 矿用车的市场需求分析2008年我国与矿用汽车相关的铁矿、有色金属矿、露天煤矿、石灰石矿、水利水电五大行业总运输量约120亿吨，而2006年该数据为97亿吨。其中：我国煤炭产量从2006年的23.3亿吨，增加到了2008年的27.15亿吨，各大行业的具体运输量见表1。我国在上述五大行业的总运输量中其中重卡承担了约77.2%左右长;目前五大领域在用重卡约35000台,而这些车辆约有40%将被矿用自卸汽车所取代,矿用自卸车的在这些领域的应用将达到14000台左右;但其目前仅仅有4000台左右的矿用自卸汽车在这些领域使用,市场缺口很大。表1 各行业具体运输量类别总产量（亿吨）露天开采量（亿吨）露天开采比例剥采比总采剥量（亿吨）铁矿8.24 5.75 70% 9:1 57.5 有色金属矿3.15 1.31 42% 9.17:113.4 水泥石灰石28.5 28.5 100% 0.2:1 34.2 煤矿27.15 1.23 4.5% 5:1 7.3 水利水电8.1 合计（亿吨）120.5 表1各行业具体运输量 类别 总产量 （亿吨）露天开采量根据市场需求，我公司在2007年对矿用车市场进行了充分的调研和论证，针对我国矿用车市场的巨大需求，以50年军工产品的设计生产经验，聚集了经验丰富的矿用车辆设计团队，成立了矿用车项目组。2008占领市场，而后在矿车市场上快速替代传统重卡，成为了矿用车辆的首选1.2 驱动桥的组成和功用 驱动桥是矿用汽车的关键传动部件，其质量的好坏直接影响到整车的使用性能和质量，在一般的汽车结构中，驱动桥包括主减速器、差速器、半轴和桥壳等部件。万向传动装置传来的发动机转矩依次经过主减速器、差速器和半轴，最后传给驱动车轮。主减速器可以降低转速，增加转矩，并改变转矩的传递方向，以适应汽车行驶的方向，差速器的功用是在必要时可以使汽车两侧的车轮以不同的转速旋转，以适应汽车转弯及在不平道路上行驶。半轴的功用是将扭矩从差速器传给驱动轮。桥壳用以支承汽车的部分重量，并承受驱动轮上的各种作用力，同时它又是主减速器、差速器等传动装置的外壳。综上所述，驱动桥的基本功用首先是增扭、降速，改变转矩的传递方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理地分配给左、右驱动车轮；其次，驱动桥还要承受作用于路面和车身之间的垂直力、纵向力和横力，以及制动力矩和反作用力距等。1.3 国内外主减速器装配技术发展现状稳性、噪声、寿命及能耗，因此提高后桥主减速器装配线自动化程度，保证装配质量是十分重要的，提高汽车后桥主减速器装配质量成为摆在我们面前迫切需要解决的问题。在汽车主减速器装配方面，欧美和日韩的等国的汽车企业，都拥有自己先进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；对轴承的压装，一般采用数字化压装机，控制压装质量；对垫片厚度、轴承预紧力、螺母拧紧扭矩、齿侧间隙等进行现场在线测量调试；大量采用可控力矩的螺母拧紧机。目前，国内开展的主减速器装配技术研究，主要还是集中在专用设备层面。为了提高主锥的支撑刚度，特别是轴向刚度，以保证后桥齿轮和轴承的良好工作状态，要求主锥螺母在满足工艺要求的拧紧力矩条件下，主锥圆锥滚子轴承应具有合适的预紧力矩。国内几家高校都对此进行了相关研究，建立了主锥选垫测量模型，开发了主锥选垫测量设备，极大的提高了主动锥齿轮总成的装配质量。2. 实习车间基本情况介绍2.1 实习车间基本情况驱动桥的主要自制件均为铸锻件，这些件的加工工序相对较多，且均不出桥箱车间，不同车型上的同一种零件的工艺流程基本相同。ZF055矿用车后驱动桥的主要自制件有后桥壳、后桥主减速器壳、轴承座、轮间差速器大壳、轮间差速器小壳、半轴、行轮架，这些自制件的加工均在桥箱一车间，主要协作件有半轴套管、后桥主从动锥齿轮、轮毂、行星轮、行星轮架外壳、齿圈支承等。桥箱二车间分为机加区和装配区，机加区主要从事的是变速箱壳体等一些自制件的加工，装配区分为装载机桥装配线、推土机桥装配线、变矩器装配线、变速箱装配线、实验区、清洗区以及其他变速箱及推力杆合套区等。2.2 主减速器的结构形式我公司生产的ZF055矿用车后驱动桥主减速器为分开式双级主减速器，主从动锥齿轮采用一对陕西沃克公司生产的螺旋锥齿轮传动，主动锥齿轮采用跨置式支承形式，结构如图1所示。 图1 主减速器总成装配图 2.3 主减速器总成装配工艺介绍 2.3.1 主动螺旋锥齿轮合套（1）主减速器主动螺旋锥齿轮总成采用一对圆锥滚子轴承支承，安装前应详细阅读滚动轴承使用说明书，保证轴承干净、整洁、包装良好，并且在安装轴承时应使轴承受力均匀，不可以直接敲击轴承圈、保持架或滚动体，轴承装配时应使用压力机、压轴承工装等设备将轴承安装位。（2）在轴承座上与轴承外圈结合的圆柱孔面上涂上一层薄薄的3#锂基润滑脂，然后在压力机上分别将轴承31314外圈、轴承31313外圈压入轴承座，其中轴承31314为图1中的组件17，轴承31313为图2-1中的组件13。（3）在锥齿轮轴上安装轴承的位置涂上一层薄薄3#锂基润滑脂，将靠近锥齿轮的轴承31314的内圈与主动螺旋锥齿轮合套，然后将隔套、隔环、调整垫片、轴承座、轴承31313内圈与主动螺旋锥齿轮合套，用压力机压住轴承31313的内圈，利用调整垫片调整轴承31314和轴承31313的轴向间隙为0.250.45mm，使主动螺旋锥齿轮转动时有1.01.5N.m的阻力矩。装配后，试转轴承座，无卡紧现象，转动灵活且无轴向窜动。检查方法：用压力机及工装压住轴承内圈，压力调至10MPa,用弹簧秤钩住轴承座上的螺栓孔，沿切向方向缓慢拉动弹簧秤，当轴承座刚转动时，弹簧秤的读数应为710N。4）在主动螺旋锥齿轮的下端轴颈上安装圆柱滚子轴承NUP307E（图1中的组件19），装上轴承定位套。2.3.2轮间差速器总成与从动螺旋锥齿轮合套安装前应对从动锥齿轮、轮间差速器大小壳进行清洗，并保证半轴锥齿轮十字轴等组件的清洁度。 （1）将从动螺旋锥齿轮与轮间差速器大壳合套，装上从动锥齿轮、螺栓，螺栓拧紧后用锁片锁死，螺栓的拧紧力矩为140-160N.m。（2）将轮间差速器大壳合套件、止推垫片、半轴锥齿轮、十字轴、衬套差速齿轮、球面垫圈，通过选择止推垫圈的不同厚度厚度保证0.22-0.46mm之间，与轮间差速器小壳合套，螺栓拧紧力矩为涂上一层薄薄的3#锂基润滑脂，将轴承33018（图1中组3）与轮间差速器大、小壳合套。2.3.3 主减速器总成合套间隙值应不大于0.15mm，并做好记录。将主减速器壳转180，利用高效清洁剂可赛新1755EF对主减速器壳体进行清洗，除去油污、污垢，再用面团除去铁锈和杂质。在轴承座与主减速器壳之间的结合面上涂上可赛新螺栓M14x1.5x60-10.9，在螺栓上涂上螺纹紧固密封胶可赛新1234，将螺栓拧紧，拧紧力矩为140-160N.m。（2）在油封座内部与油封结合的圆孔面上涂上适量的3#锂基润滑脂，将油封B85x105x13、FB85x105x13压入油封座，注意油封的安装方向及安装位置图4-1 测量间隙计算示意图数据A1、A2的测量基准均为平面，设计在一台测量设备（称为E1）进行；据主减速器结构形式，建立如下尺寸链：轴承调整垫片厚度L = A2- A1；根据主减速器的结构和装配工艺特点，该测量技术采用相对测量方法，即首先制造出零件的标准件，该零件的所有尺寸均为标准值。获得测量标准件时的传感器压缩量，再获取测量待测件时的传感器压缩量。两者的差值加上标准件的标准值，即得到对应的实测数值。4.3 E1测量机的测量过程当进行A1的测量时，将标准隔套放在测量基准件上，控制测量机在隔套平面加载，传感器安装架贴平隔套平面，此时传感器产生压缩量标准；然后将待装隔套放在测量基准面上，获取传感器压缩量A1实际。A1标准和A1实际的差值，反映了标定隔套和待装隔套的高度差。由公式A1实际= A1标准+ A1标准- A1实际可求出A1的实测数值，测量过程见图4-2。图4-2 A1测量过程示意标准尺寸和待测尺寸的测量，均要进行两次，比较前后两次的传感器压缩量。如差值0.005 mm，则舍弃第一次压缩量，将第二次压缩量作为第一次压缩量，再次进行测量；如差值0.005 mm，取两次压缩量的平均值作为测量数值。这样是为了消除传感器的随机误差。当进行A2的测量时，首先依顺序将下轴承内圈、轴承座、测量基准盘和上轴承内圈放在测量平台上，然后控制测量机在上轴承内圈模拟加载。加载力为图纸要求的轴承预紧力。从而压实各个零件，并使传感器被压缩。这样就模拟出轴承套装配完成时的受力情况，测量过程见图4-3图4-3模拟加载过程示意图在测量时首先进行标准件的测量，然后进行待测件的测量，标准尺寸和待测尺寸的模拟加载，同样进行两次。取前后两次压缩量的平均值，作为测量值，以消除可能的压合变化和传感器随机误差。 模拟加载后，A2标准和A2实际的差值，反映了在实际工作情况下标准轴承轴向距离和待装轴承轴向距离的高度差。设标准高度为A2承内圈之间的高度。 将A1实际和=A2实- A1实际+ L补偿值式中L补偿值为垫片厚度补偿值，可以得出所需垫片的理论厚度值L垫片。计算机对L垫片进行圆整优化后，显示出所需垫片的种类和数量组合方案。由于垫片的制精度问题，选好的垫片组合往往与理论值有所偏差，所以需对垫片进行实测。选垫结束后，该测量机还可在对轴承进行模拟加载的情况下，驱动轴承座旋转，实测旋转力矩，确保力矩符合图纸要求。该测量机在进行测量时，轴承预紧力由液压系统模拟加载，垫片测量数据由高精度的传感器获取，垫片的优化计算和选取以及轴承座旋转力矩的测量，由计算机进行。避免了人工打紧锁紧螺母提供轴承预紧力，垫片的测量和选取完全依靠工人经验的情况，减少了由于垫片不合适的反复拆装。4.4 采用测量选垫技术前后的对比采用测量选垫技术前后情况见2 表2采用测量选垫技术前后对比表装配质量测量选垫时间（更换一次垫片）（min）主减速器单件装配时间（min）劳动强度改进前测量选垫和预紧力的加载依靠工人经验，人为因素影响很大2.09 17.83 装配过程由人力进行，劳动强度大改进后 测量选垫和模拟加载自动进行。基本消除人为因素的影响1.57 15.64 自动化程度高，降低了劳动强度5 结束语 目前国内汽车主减的装配技术，在物流和自动化程度上和国外相比尚有一定差距，在专用设备层面上已经逐步达到了国际水平，各种专用设备的采用对主减速器的装配质量有了显著的提高，对汽车整体质量和性能的提高方面已经取得了巨大的成功。在螺栓（螺母）总成的拧紧、主减速器壳体垫片的预选、轴承的压装、主锥轴承预紧垫片选择等方面技术的发展和设备的使用将对主减速器装配质量的提升产生更加深远的影响，而这些技术和设备在工程机械方面的应用还比较少见。我公司生产的桥类部件主要有装载机桥、推土机桥、矿用车桥等，桥为这工程机械车辆的核心部件，也是我公司的核心竞争力产品。结合我公司情况，如果在新厂区建设规划中引进主锥测量选垫设备，将实现主锥测量选垫这一先进技术在工程机械行业的运用，改变了传统的测量选垫工艺，提高了装配效率，稳定了装配质量，也降低了工人劳动强度，那么对我公司装载机、推土机、矿用车等车辆整体质量和性能的提升将产生显著的影响，同时也增强了我公司的核心竞争力。 参考资料 1张燕飞. 弧齿锥齿轮传动齿轮副侧隙调整J. 机械传动，2005 2JB/T 6041- 92. 轮式工程机械驱动桥主减速器齿轮副技术条件S 3何元祥. 汽车后桥主减速器壳体垫片预选机的研制J. 合肥工业大学学报（自然科学版），2002 4谢铁邦. 互换性与技术测量（第三版）M. 武汉华中科技大学出版社，1998 5林巨广. 汽车分动器齿侧间隙调整优化技术J. 装备制造技术，2007 6刘惟信汽车设计北京：清华大学出版社，2001 7陈家瑞汽车构造机械工业出版社，2001，l联上)，121126(下) 8邢刚汽车驱动桥主锥总成选垫分析与应用硕士学位论文合肥：合肥工业大学，200512 9邱宣怀机械设计(第四版)北京：高等教育出版社，20025 10黄晓农驱动桥主锥预紧力分析与模糊控制实现硕士学位论文成都：电子科技大学，200112 11万长森滚动轴承的分析方法机械工业出版社，19853 12王雪清轴承使用时的预紧情况分析J轴承，No2，2001：1518 13胡泓汽车主锥总成刚度调节研究电子科技大学学报V0125 No1，Feb1996 14曹张汽车后桥主减速器装配过程的力学性能分析与隔套选型硕士学位论文合肥：合肥工业大学2006615周后贵汽车主锥选垫机测量准确度影响因素硕士学位论文合肥工业学。20063 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