毕业设计任务书-后桥主减压装及预紧测量结构设计

1、毕业设计（论文）任务书（2013届）设计（论文）题目 后桥主减压装及预紧测量结构设计 学院名称 机械与汽车工程学院 专 业 （班 级） 机械设计制造及其自动化 09-9 班 姓 名 （学 号） 王训标 (20090688) 指 导 教 师 任永强 系 负 责 人 曾亿山 1一、 毕业设计（论文）的主要内容及要求（任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力）1. 了解汽车驱动桥工作原理及主减轴承预紧和总成齿轮啮合的调整对后桥工作性能的重要意义，收集与后桥总成隔套垫片测量相关的文献技术资料，阅读并加以消化；2. 深入熟悉伺服电机工作原理，低压电气控制原理，接近开关，位移传感器等工作原理。3.

2、针对驱动桥主减总成压装及预紧的测量提出相应的原理及构思相应的机构，设计出简易可行的测量机构，并对关键零部件进行计算与选型，并对测量控制工艺进行分析。4绘制压装及预紧总装结构图，关键零部件结构图，拟写相应的设计说明书（毕业论文）。1 应收集的资料及主要参考文献1邓星钟、朱承高 . 机电传动控制(第三版)M.华中科技大学出版社.2001.3.2陈家瑞. 汽车构造（第二版）下册M .吉林大学 .2005.1.3赵负图. 现代传感器集成电路M.人民邮电出版社.2001.1.4濮良贵、纪名刚. 机械设计（第七版）M.高等教育出版社.2001.6.5王化祥、张淑英. 传感器原理及应用（修订版）M.天津大学

3、出版社.1999.2.6秦曾煌. 电工学（电工技术第五版）M.高等教育出版社.1999.7周荷琴、吴秀清.微型计算机原理与接口技术（第三版）M.中国科学技术大学出版社.2004.8李清新.伺服系统与机床电气控制M. 机械工业出版社.9合肥工业大学工程图学教研室. 机械制图M. 机械工业出版社. 2003.8 . 10张家瑞等. 机电一体化系统设计M.高等教育出版社.2001.3.11左健民. 液压与气压传动M. 机械工业出版社第二版.1999.10.12尹志强、刘志峰、王玉琳、宋守许. 机电工程综合课程设计指导书M. 合肥工业大学出版社.2006.6.10.13朱家诚. 机械设计课程设计M.

4、合肥工业大学出版社.2005.7.三、毕业设计（论文）进度计划起 迄 日 期工 作 内 容备 注2013.1.20-2013.3.82013.3.8-2013.3.252013.3.26-2013.5.262013.5.27-2013.6.102013.6.10-2013.6.12查阅资料，阅读文献，外文翻译开题报告，拟订设计方案结构设计、零部件选型撰写论文论文答辩开 题 报 告 （该表格由学生独立完成)建议填写以下内容：1.简述课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。2.重点介绍完成任务的可能思路和方案；3.需要的主要仪器和设备等。 后桥主减压装及预紧测量结构设计 的

5、作用、意义，以及在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题。当前，我国的汽车保有量正在急剧上升，全国范围内掀起了汽车消费的浪潮。消费者对汽车的性能要求越来越高，这就迫使汽车生产厂家除了不断地开发出新产品，还应该提高汽车零件的质量，改善汽车装配工艺和装配质量。驱动桥作为汽车传动系关键部分，它的装配质量对汽车整体性能的好坏影响很大，由于汽车驱动桥总成是直接影响汽车行驶安全的关键总成，因而提高驱动桥总成的整体质量与装配质量已成为各个汽车驱动桥生产厂家不得不关注的问题。汽车零部件的装配离不开质量检测。检测技术是自动化控制技术、微电子技术、通信技术、计算机科学和物理学等学科有机结合、综合发展的产物，是

6、工业生产的耳目，是监视、控制、保证和提高产品质量的重要手段。随着现代工业科学技术的发展，检测技术的重要性越来越被人们所重视。检测技术对于控制和改进产品生产过程中的质量、保证设备的安全运行以及提高生产率、降低成本等方面都起着重要的作用，是发展现代工业和科学技术必不可少的重要手段之一。在各种现代装备系统的设计和制造工作中，检测技术已占到首位。检测系统的成本已达到装备系统总成本的50%70%，它是保证现代工程装备系统性能指标和正常工作的重要手段，是其先进性能及实用水平的重要标志。主锥总成是汽车驱动桥中的起始部分，也是驱动桥的关键部分之一，其装配质量的好坏直接影响了整个驱动桥的质量，也必然会影响整部车

7、的性能，因此对主锥总成的检测显得格外重要，而主锥总成中对其性能影响最大的就是轴承预紧力的大小。 一些车桥生产厂家对主锥轴承预紧力的检测还停留在依靠熟练工人的经验检测和应用简单的测量工具进行检测的落后状态。随着高精度传感器以及计算机技术的发展，检测技术已经进入了快速、精确、方便时期，另外，车桥厂家对主锥总成装配质量提出了更高的要求，因此，对主锥总成中的轴承预紧力检测方式的革新也逐渐提上日程。成都电子科技大学的方法是在主锥总成装配的最后一道工序，也就是拧紧凸缘螺母时应用高精度传感器结合计算机技术检测轴承的预紧力矩。该方法测出的结果以及依据结果所做出的判断较为准确，但因为采用了角度控制拧紧法，故拧紧

8、检测时间偏长，影响生产节拍。另外，该方法是在拧紧凸缘螺母后才对轴承预紧力是否符合要求做出判断的，如果轴承预紧力不符合要求，则拆装产品重新选择垫片比较麻烦。不论是凭经验检测还是借助相关测量设备对轴承预紧力进行检测，最终可以归为两种检测方法。一种方法是测量轴承的摩擦力矩。这种方法的优点是简便易行；缺点是测量结果对预紧力矩的变化不够敏感。因此，采用这种方法调整轴承预紧时加的预紧力只能略大于推荐的预紧力矩。对于该预紧力矩的检测方法又有两种检测方式，一种是检测动态预紧力矩，一种是检测静态预紧力矩。另一种方法是测量轴承的轴向变形，由于轴向变形量即为预紧量，而轴承是否已经磨合对轴承变形量影响不大，采用这种方

9、法不必考虑轴承是否已磨合。这种测量方法的前提是轴承与轴以及轴承座的配合均为过盈配合，若为间隙配合则将导致轴向变量增大。这种方法的缺点是轴向力和变形的测量非常麻烦。在汽车驱动桥总成的装配过程中，主动锥齿轮总成的轴承预紧成为众多车桥厂家感到困难和棘手的问题，传统的装配工艺和检测手段使主锥总成的质量难以保证。本课题就是针对主锥总成传统装配工艺中的难题进行进一步探索和研究的。 对汽车主锥总成传统装配工艺的进一步探索与研究已有一些成果，这些成果主要集中在选择合适的调整垫片和对轴承预紧力检测方面。对于轴承预紧力检测，目前所应用的比较先进的方法就是拧测法,该方法是将轴承预紧力检测与凸缘螺母的拧紧集成在一起，

10、先将凸缘螺母拧到一定程度，然后开始检测轴承预紧力，同时使用角度控制法继续拧紧螺母，直到最终完成，此方法虽然能较好的检测预紧力是否符合要求，但是由于此方法采用了角度控制拧紧方法，故该工位的装配时间偏长，如果所选垫片不合格，产品的返修工作将比较麻烦。鉴于以上问题，本课题将检测轴承预紧力步骤提前，并通过认真分析研究主锥总成的装配工艺，将主锥的部分压装工作与该检测工作集成在一起，从而设计出压测设备。 压测机兼具了压装和检测功能，减少了主锥总成装配线上的工位，缩短了装配时间，加快了装配节拍。另外，由于在压装主锥外轴承内圈之后就立即进行轴承预紧力检测，假如产品不合格，则降低了拆装劳动强度，缩短了拆装时间。

11、本设备采用了高精度、高效率的液压控制系统以及先进的电气控制系统和专门的软件，加上高精度传感器，使测量过程简便，测量结果准确可靠。本设备配合装配线上的其他自动化设备，在一定程度上提高了国产汽车驱动桥的整体装配性能，同时也降低了劳动强度，加快了生产节拍，提高了生产效率，从而也必将带来一定的经济效益。后桥主减压装及预紧测量结构设计的思路和方案1.轴承预紧力检测方法 主锥总成部分在经过主锥垫片测量预选机选择好调整垫片后，接下来的工序便是将主动圆锥齿轮内轴承内圈、隔套、调整垫片、主动圆锥齿轮外轴承内圈、油封及盖总成、凸缘压装入主动圆锥齿轮轴中，如果在主锥齿轮前端还有起支撑作用的前导向轴承，则还需将前导向

12、轴承内圈压入主锥齿轮轴的前端。在以上工序进行完成后，便是用单轴拧紧机拧紧凸缘螺母，在拧紧凸缘螺母时，一般均有一个扭矩范围进行拧紧力矩大小控制。 在基本上装完主锥总成之后便是一系列的检测，主要有两项检测，一项是检测主锥总成凸缘端面跳动值是否达到相关要求，因为凸缘端面跳动过大影响凸缘与前一部分之间的装配；另一项检测任务就是轴承预紧力矩的检测。通常情况下有以下3种检测方法。1.1 经验检测法 经验检测主要依靠熟练技术工人长时间积累的对力矩的感知能力来判断轴承预紧力矩大小是否达到要求力矩范围。通常是在主锥总成装好之后由有丰富经验的技术工人先将主锥总成固定好，使夹具和主动锥齿轮无切向移动，有经验的工人用

13、双手转动轴承座，使其旋转，从而根据双手所受的阻力矩大小来判断产品是否符合要求，这里双手所受到的阻力矩就是主锥轴承的预紧力矩。 1.2 弹簧秤检测法 弹簧秤一般用来测量拉力，其一端与被测物体相连接另一端用手或者施力设备向相反的方向施加力，当读数处于稳定状态时即为最终测量结果。 用弹簧秤测量轴承预紧力矩时，先将主锥齿轮轴固定好，并保证轴承座能旋转，然后将弹簧秤的一端钩在轴承座的螺纹孔中，或者用细绳的一端绑在螺纹孔处，另一端拴在弹簧秤的挂钩上，用手握住弹簧秤另一端，并一直沿轴承座螺纹孔中心所在的圆的切线方向施加拉力，使轴承座跟随旋转，记下此时弹簧秤的值F，测出来的值为力的大小，再乘以轴承座螺纹孔中心

14、到主锥齿轮轴轴线的距离值r即为主锥轴承预紧力矩值。如图1 所示。F轴承座螺纹孔中心所在圆主锥齿轮轴轴心图1 弹簧秤检测法示意图1.3 传感器检测法 随着现代传感器技术的高速发展，测量力矩便显得越来越简单方便。 传感器是人类通过仪器探知自然界的触角，它的作用与人的感官相类似。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路部分组成，辅助电源为传感器的转换元件和测量电路供电。传感器的组成可以用如图2所示框图表示。传感器的分类方式有很多种，按被测量分主要有位移、压力、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器；按能量种类分为机、电、热光声磁等传感器；按工作机理可分为结构型（空间型）和物性型（材料型）两大类；按所

15、使用的材料可以分为陶瓷传感器、半导体传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器等；按技术水平分可分为普通型和先进型两大类。其中有些类又可以细分。在这里主要对应变式转矩传感器作简要介绍。显示器记录仪数据处理仪器辅助电源敏感元件转换元件测量电路图2 传感器的组成转矩传感器是力学量传感器的一种，它主要有以下特点：a、既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩；b、检测精度高，稳定性好，抗干扰性强；c、体积小，重量轻，多种安装结构，易于安装使用；d、不需反复调零即可连续测量正反转转矩；e、没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行；f、测量弹性体强度大，可承受100%的过载。转矩传感器是将专用

16、的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号，将该应变信号放大后，经压频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。此信号经过相关仪器或计算机处理便可显示出转矩值。借鉴以前的方法，仍采用固定主锥齿轮轴旋转轴承座测量方法。使用特殊的机械夹具在驱动设备的带动下使轴承座跟随旋转，转矩传感器装在特殊的机械夹具上，测量出来的该夹具所受的反作用力矩值就是轴承预紧力矩值。驱动设备可以使用常见的驱动电机来提供动力。轴承预紧力传感器检测方法如图3所示。扭矩传感器机械夹具驱动机构主锥总成机械夹具轴向力产生设备图3 新检测法示意图 以上所讨论的是轴承预紧力矩动态测量方法

17、，还有一种是轴承预紧力矩静态测量方法。静态测量方法与动态测量方法基本相似，它们之间的区别在于动态测量法使用的是转速转矩传感器，并且该传感器与驱动电机的驱动轴相连接，传感器测量的是动态值，而静态测量法采用的是扭矩传感器，该传感器与驱动电机座连接，驱动电机使用动支承，驱动电机座所受到的反作用力矩即为主锥轴承预紧力矩，传感器测量的是静态值。除了使用转矩传感器来检测轴承预紧力矩方法外，还有一种就是使用高精度位移传感器检测轴承的轴向变形量，而轴向变形量即为轴承的预紧度，因其测量相当麻烦，故在这里不做详细介绍。1.4预紧力检测方法的比较 主锥轴承预紧力矩一般只有几个牛米，使用经验法检测过多的依据了人对力矩

18、的感知度，因为是人为判断，具有一定的随意性，其间的错误判断难以察觉，且不同经验的工人所得到的结论很可能不一致，就算同一位工人在不同情况下做出的判断也可能不一致，此时很难评价哪种判断更为准确，因此对于汽车零件的检测来说，不能较好的保证其质量要求，也不能拿出让客户可信的数据。 弹簧秤检测法操作起来比较简便，也可大致得出主锥轴承预紧力矩大小，但其准确性仍值得怀疑。使用弹簧秤测量轴承预紧力矩时难以保证弹簧秤的拉力方向与轴承座螺纹孔中心所在圆的切线方向一致，也难以读取当弹簧秤拉动轴承座旋转时弹簧秤的稳定拉力值，另外，所测拉力值还受弹簧秤本身精度的限制。 相对以上两种轴承预紧力矩检测方法来说，运用了现代传

19、感器技术的检测方法所得出的结论更加值得信赖。首先，随着转矩传感器精度的逐步提高，对于像只有几个牛米的轴承预紧力矩的检测更加准确；其次，带有转矩传感器的检测设备征对性强，位置固定，一般都开发的有专门的夹具，能更好的固定待测产品，更能增加测量结果的准确性；另外，因其为专业设备，加上配套的自动化控制系统使检测时间缩短，能加快生产节拍，提高效率。 轴承预紧力矩检测方法对比如表1所示。表1 主锥轴承预紧力矩检测方法对比经验检测法弹簧秤检测法新方法 操作性 很方便 较方便 方便 准确性 很差 较差 很好 可靠性 很不可靠 较可靠 很可靠 重复性 较差 一般 很好 劳动强度 一般 一般 很低 不合格产品返修

20、工作的复杂性 比较复杂 比较复杂 很简单 经济性 很好 好 成本较高 由表中对比，可以看出弹簧秤检测法无论从操作性还是测量结果的准确性、可靠性、重复性以及不合格产品返修工作的复杂性来看，都没有传感器检测方法好，这主要在于这种方法相对传感器检测方法来说操作工人参与的程度高一些，这就使测量的准确性和可信度大打折扣。经验法要求虽然操作性很好，但整个测量过程需要操作者有很好的力矩感知经验，并且这种力矩的感知度本身就受很多因素干扰，其准确性、可靠性以及重复性很难保证。因传感器检测方法使用驱动电机等自动化产品来带动轴承座旋转，故基本不需人力参与，另外，在固定主锥齿轮轴方面，可以定制相关夹具，在装好主锥齿轮

21、轴后就将其固定好，基本上都可采用吊装设备和其他自动化设备来完成，因此工人的劳动强度很低。相对前两种的资金投入来说，因使用了较为昂贵的传感器以及驱动机构，传感器检测方法的成本无疑比前面两种方法高许多，相对而言，经验法的经济性最高。从整体来看，虽然在投入上传感器检测方法花费的多一些，但其工作效率远远高于其他方法，对于竞争日益激烈的汽车行业，这一点无疑是最重要的。2.1 主锥轴承预紧力检测方法的选择在上文中，分析了轴承预紧力的几个影响因素，在所列出的几个影响因素中，轴向力以及调整垫片厚度是主要的影响因素，并且详细讨论了轴向力以及调整垫片与轴向变形量也就是预紧度的关系。测量轴承的轴向变形来检验主锥是否

22、合乎要求是两种轴承预紧力检测方法之一，轴承的轴向变形量即为预紧量，而且轴承是否磨合对轴承轴向变形影响不大，但是从上一章节对轴向变形的分析来看，测量轴向变形需要高精度的位移传感器，高精度位移传感器一般需要从国外进口，价格很高，经济性差，在实际操作中轴承的轴向变形量也很难测量，另外，目前轴承预紧力的检测指标也不使用轴向变形量表示，而是使用轴承滚子的摩擦阻力矩表示的，所以，在这里不选用该方法。鉴于以上分析，本课题只能选用预紧力矩测量方法，而预紧力矩测量方法中又分为两种，一种是静态测量方法，一种是动态测量方法，两种方法已在上一章中简要介绍过，在这里将不再重复介绍。对于静态测量方法，因该方法测量的是驱动

23、电机所受到的反作用力矩，故驱动电机使用的是浮动支承，因需使用浮动支承来装配驱动电机，设备结构变得较为复杂，这样一来可靠性便无法很好的保证，鉴于此原因，本课题最终选用动态测量方法，也就是利用转矩传感器来测量轴承的预紧力矩。3.1 机械部分的总体方案 表2 主锥总成装配线工艺流程及主要设备工位 工艺流程 主要设备 1 将主动圆锥齿轮内、外轴承外圈压装到轴承座中 专用压力机 2 测量选择调整垫片；复测垫片厚度 主锥垫片测量预选机 3 将主动圆锥齿轮内轴承内圈压装入主动圆锥齿轮轴中 专用压力机 4 将隔套、调整垫片、主动圆锥齿轮外轴承内圈、油封及盖总成、凸缘放入或压装入主动圆锥齿轮轴中；检测主齿轴承预

24、紧力矩 压测机 5 拧紧主锥总成锁紧螺母 单轴拧紧机 6 检测主锥总成凸缘端面跳动值 端面跳动测量仪 7 下线，将主锥总成移至主减线 吊装设备 经过前面几个工位的装配，主锥总成已完成工位1内外轴承外圈的压装、工位2调整垫片的选择以及工位3内轴承内圈的压装等工作，接下来将进入工位4，经过深入分析和仔细研究，最终拟定在工位4中进行如图4所示装配步骤。不合格压装外轴承内圈压装油封及盖总成拆卸外轴内圈压装凸缘测量轴承预紧力矩合格图4 压测机的装配步骤首先将已压装入内轴承内圈的主锥齿轮轴放入轴承座中，并依次放好隔套和已选好的调整垫片，然后将外轴承内圈压装入主锥齿轮轴上，在压装过程中进行轴承预紧力矩测量，

25、当轴承预紧力矩达到合格范围值，压力也达到要求范围值时，压装设备进入保压状态，测量系统继续进行测量。如果产品不合格，即预紧力矩值和压装压力值有一个值不符合要求时，将外轴承内圈压出主锥齿轮轴，重新进行垫片选择；如果产品合格，即预紧力矩值和压装压力值均在要求范围内时，则将油封及盖总成、凸缘压入主锥齿轮轴中，到此处本工位工作完成。 根据以上所分析的本工位装配步骤，本方案决定将压装和不合格产品的拆卸所需要使用的压装设备集成在一起，使用上下两个液压缸进行压装和拆卸，并使用一个液压站集中控制这两个液压缸，采取不同的可更换压头进行不同部分的压装和拆卸，同时采用装有同步带轮的预紧力矩检测系统进行轴承预紧力矩的实

26、时检测。该工位属于整条主锥总成装配线中的关键环节之一，此工位的设备属于在线设备，因此在做机械部分的总体方案时除了要考虑本设备需要完成的功能外，还要考虑与临近设备的协调问题，特别要注意本机械部分与线体、托板小车以及小车上装载的产品之间的协调问题。另外，该工位设备占地面积也必须进行考虑。本工位出的机械部分的具体设计在本论文中不作详细介绍，对于它的总体结构将在接下来的一节中作简要介绍。 3.2 机械部分的总体结构 结合上一节的分析，经过反复探索和改进，确定出如图5所示的总体结构。下压头下端液压缸拨叉上端液压缸上压头称重传感器同步带轮1转 盘伺服电机减速器转矩传感器同步带轮2安全离合器同 步 带图5

27、压测机机械部分的总体结构示意图本设备主要实现压装和轴承预紧力矩检测两大功能，因此在结构上也大体分为两大部分，即压装系统和测量系统。压装系统主要由上下两个液压缸和连接在液压缸上的压头组成，下端液压缸以及下压头主要用来将工件顶起，使工件脱离运载小车，避免运载小车在工件压装过程中受力，从而导致运载小车受到损害。另外，下压头在压装压测以及不合格产品拆卸过程中还用来配合上压头工作。上压头需要完成的工作比较多，首先是将主锥总成外轴承内圈压入主动锥齿轮轴中，如果产品测量不合格还需拆卸该轴承内圈，经过测量合格的产品还需由上压头压装油封及盖总成和凸缘部分，对于不同的压装工序，因零部件形状各异，所需的压头也不同，

28、因此，在进行以上压装工序时上压头还需装配上适合被压零件的压装装置。主要压装的是外轴承内圈，而外轴承内圈是套在主锥齿轮轴上的，因此上压头不能做成实心轴，必须做成具有一定强度的空心轴。 测量轴承预紧力矩是本设备研制的初衷，按照主锥总成实际工作状态来看，由前一级机构将转矩传递到主动锥齿轮轴，使主动锥齿轮旋转，装在主动锥齿轮轴上两个圆锥滚子轴承内圈随着主锥齿轮轴旋转，而轴承外圈与轴承座固定在主减速器其它部分上保持静止，如果测量轴承预紧力矩，按照主锥总成的实际工作状态应该是固定好轴承座，使用驱动机构使主锥齿轮轴旋转，从而测出轴承的预紧力矩，然而在实际实施过程中却很困难，固定好轴承座比较容易，但将主锥齿轮

29、轴与驱动机构相连接有些复杂，根据作用力与反作用力原理，将主锥齿轮轴固定，旋转轴承座来测量得到的力矩大小其实就是轴承预紧力矩大小，而且实现方法比较简单，在此处设计了两个拨叉伸入轴承座的筋板处，利用筋板在伺服电机的带动下使轴承座旋转。一般来说，将拨叉直接和转矩传感器连接能更好的测量轴承预紧力矩，因在压测机上还需进行压装操作，而压头轴心与拨叉盘同心，故不能将拨叉盘直接与转矩传感器相连，在这里为了尽量减少误差，采用了同步轮机构，确保来自轴承座的反作用力矩能较准确的全部传递到与同步带轮2相连的转矩传感器处，从而准确得到力矩值。如果轴承被憋死，为了保护转矩传感器，在带轮2处设置了安全离合器，当拨叉处遇到的

30、力矩超过一定值时安全离合器使同步带轮2与转矩传感器脱离从而保护转矩传感器。一套完整的自动化机械设备一般由四个基本部分组成：主机部分、驱动部分、控制部分、检测及显示部分。主机部分指工作机械本体，其他部分则可归纳为控制系统，因此亦可说，一套完整的机械设备由执行机构和控制系统两部分组成。执行机构主要任务是以特定的顺序来预演规定的动作，而控制系统用来向执行机构发出并传递命令以及显示和存储反馈回来的信息。机械设备控制系统所应用的控制方法有很多，有电气的、液压的、气压的、机械的或综合的等。对于自动化设备来讲，它的一整套动作的完成离不开控制系统。如果将机械机构比作人的手足，那么控制系统无疑就是人的大脑和神经中枢。没有控制系统参与的自动化设备只能是一堆废铜乱铁，无法用它来为生产服务。因此，控制系统是压测机不可或缺的部分。参 考 文 献1 陈家瑞，汽车构造（第2版）上册，机械工业出版社，