測量選墊技術在裝載機驅動橋主減速器裝配中的運用

李明晟

（柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

裝載機驅動橋主減速器，是裝載機的核心零部件之一，是將輸入的轉速降低、扭矩增大和改變扭矩的傳遞方向，并將動力傳給半軸及輪邊行星減速器的裝置[1]。影響主減速器裝配質量和壽命的主要關鍵因素有兩個：

一是主動螺旋錐齒輪（簡稱主螺旋）組件軸承預緊力的大小。預緊力太大，會加速軸承的磨損；反之，會產生噪音和振動。

二是主減速器主、從動螺旋弧齒錐齒輪副的側隙。間隙太大，會產生噪音、振動；反之，會加劇齒輪的磨損，出現齒輪咬死甚至斷齒現象[2]。

上述因素，都是由調整墊片的厚度來控制的。

1 墊片選取工藝分析

1.1 主錐齒輪組件軸承預緊力的調整

把上下軸承外環裝入軸承套，組成軸承套組件P3；在主螺旋上裝入下端軸承內環組成組件P6；裝P3進P6到位；裝軸套P5，選裝一組調整墊片P4；裝上端軸承內環；裝法蘭P2及帶槽螺母P1，按圖紙擰緊力矩要求擰緊P1。

用軟繩一頭纏繞在P3外圓上，另一頭用彈簧秤水平拉動P3旋轉，測量其旋轉力是否符合要求。若不符要求，則把P1擰開，取出P6。更換墊片再次進行測量（見圖1）。

圖1 軸承預緊力測量示意圖

由于旋轉力矩的測量和墊片的選取，完全依賴工人的經驗和熟練程度，更換墊片需要不定次的擰緊和松開螺母，嚴重影響裝配質量的穩定性，造成裝配效率低下，同時加大了勞動強度。

1.2 主、從動螺旋錐齒輪嚙合位置的調整

對于大螺旋P7的軸向位置調整，是通過調節大螺旋兩端的調整螺母P8的旋合長度來實現的。對于主螺旋的軸向位置調整，則通過更換調整墊片P9來實現（調整方法見表1）。

表1 主螺旋的軸向位置調整方法表

在從動螺旋錐齒輪（簡稱大螺旋）齒面上涂敷顏料，手工正反方向旋轉主減速器組件，觀察大螺旋齒面接觸區（見圖2）。

圖2 主、從動齒輪嚙合位置調整示意圖

調整要求是，齒面接觸斑點，沿齒高方向為工作齒高的40%～70%，沿齒長方向為齒長的35%～65%，工作齒面的接觸斑點須控制在齒的中部偏向小端，距小端2～7 mm為宜，非工作齒面接觸斑點須控制在齒的中部[3]。

在該組件裝配過程中，墊片的選取同樣完全依賴工人的經驗和熟練程度，如果墊片不合適，零部件的拆裝更加費時費力。

2 測量選墊技術及其測量設備介紹

為了解決主減速器在上述的裝配過程中遇到的種種困難，我們通過對汽車行業進行考察，最后決定采用測量選墊技術及其相關設備，對主減速器裝配工藝進行改進。

測量選墊技術，是采用工業計算機控制專用測量機，在線對待測工件進行裝配模擬加載，間接測量有關數據，參數經聯機計算和優化后，提出調整墊片備選方案的技術[4]。該技術在汽車行業已經得到了相當程度的應用。

2.1 設備主要測量內容及原理

主錐齒輪軸承座的下軸承內圈上端面到上軸承內圈下端面之間的距離稱作A1；軸承隔套的高度稱作A2；軸承座安裝結合面到下軸承內圈下端面距離稱作S1；托架大螺旋安裝圓弧面的軸線到托架與主螺旋組件安裝結合面的距離稱作S2（見圖 3）。

圖3 測量間隙計算的示意圖

數據A1、A2、S1的測量基準均為平面，設計在一臺測量設備（稱為E1）進行；S2的測量選擇托架的兩個半圓弧面和托架與主動螺旋錐齒輪總成的安裝結合面為測量基準，設計應用另一臺測量設備（稱為E2）。兩臺設備能對所選墊片的厚度進行實測，并能實現相互間數據交換[4]。

根據主減速器結構形式，建立如下尺寸鏈：

軸承調整墊片厚度L=A1-A2；

托架調整墊片厚度H=S+S1-S2。其中S為軸承座下軸承下表面到從動螺旋錐齒輪軸線的理論尺寸（如圖4）[5]。

圖4 測量尺寸鏈示意圖

根據主減速器的結構和裝配工藝特點，該測量技術采用相對測量方法，即首先制造出零件的標定件，該零件的所有尺寸均為標準值。獲得測量標定件時的傳感器壓縮量，再獲取測量待測件時的傳感器壓縮量。兩者的差值加上標定件的標準值，即得到對應的實測數值[6]。

2.2 E1測量機的測量過程

當進行A1的測量時，將標定隔套放在測量基準件上，控制測量機在隔套平面加載，使傳感器安裝架貼平隔套平面，此時傳感器產生壓縮量△A1標定；然后將待裝隔套放在測量基準面上，獲取傳感器壓縮量△A1實際。△A1標定和△A1實際的差值，反映了標定隔套和待裝隔套的高度差。由公式A1實際=A1標定+△A1標定-△A1實際可求出A1的實測數值（測量過程見圖 5）。

圖5 A1的測量過程示意圖

標定尺寸和待測尺寸的測量，均要進行兩次，比較前后兩次的傳感器壓縮量。如差值＞0.005 mm，則舍棄第一次壓縮量，將第二次壓縮量作為第一次壓縮量，再次進行測量；如差值＜0.005 mm，取兩次壓縮量的平均值作為測量數值。這樣是為了消除傳感器的隨機誤差。

當進行A2和S1的測量時，首先依順序將下軸承內圈、軸承座、測量基準盤和上軸承內圈放在測量平臺上，然后控制測量機在上軸承內圈模擬加載。加載力為圖紙要求的軸承預緊力。從而壓實各個零件，并使傳感器被壓縮。這樣就模擬出軸承套裝配完成時的受力情況（測量過程見圖6）。

圖6 模擬加載過程示意圖

標定尺寸和待測尺寸的模擬加載，同樣進行兩次。取前后兩次壓縮量的平均值，作為測量數值，以消除可能的壓合變化和傳感器隨機誤差。

模擬加載后，△A2標定和△A2實際的差值，反映了在實際工作情況下標定軸承軸向距離和待裝軸承軸向距離的高度差。設標定高度為A2標定，通過計算公式A2實際=A2標定+△A2標定-△A2實際，可得到待裝隔套的高度。

同理，得到 S1標定、△S1標定、△S1實際等一系列數值，由公式S1實際=S1標定+△S1標定-△S1實際求出S1實際。

將 A1實際和 A2實際代入公式 L墊片=A1實際-A2實際+△L補償值（△L補償值為墊片厚度補償值），可以得出所需墊片的理論厚度值L墊片。

計算機對L墊片進行圓整優化后，顯示出所需墊片的種類和數量組合方案。

由于墊片的制造精度問題，選好的墊片組合往往與理論值有所偏差，所以需對墊片進行實測。

選墊結束后，該測量機還可在對軸承進行模擬加載的情況下，驅動軸承座旋轉，實測旋轉力矩，確保力矩符合圖紙要求。

該測量機在進行測量時，軸承預緊力由液壓系統模擬加載，墊片測量數據由高精度的傳感器獲取，墊片的優化計算和選取以及軸承座旋轉力矩的測量，由計算機進行。避免了人工打緊鎖緊螺母提供軸承預緊力，墊片的測量和選取完全依靠工人經驗的情況，減少了由于墊片不合適的反復拆裝。

2.3 E2測量機的測量過程

由于S2的測量，是以圓弧中心為基準，無法直接獲得。因此，制造一個測量圓棒，測量開始前，將之放置于圓弧上。采用動力裝置使測量機的傳感器沿水平方向向圓棒前進，當傳感器觸碰到圓棒后，將沿圓棒表面爬升。當傳感器爬升到最高點時，壓縮量最大，取此時的壓縮量為測量數值(測量過程見圖7)。

圖7 E2測量機的測量過程示意圖

在標定過程中，測量機上放置標定托架。標定托架的理論尺寸稱為S2標定。獲取測量傳感器對應于S2標定時的兩次最大壓縮量，取平均值后得到△S2標定。

在測量時，工作臺上放置待安裝的托架。獲取測量傳感器的兩次最大壓縮量，取平均值后得到△S2實際。由公式S2實際=S2標定+△S2標定-△S2實際，算出S2實際。

E2和E1聯機讀取相應軸承座的S1實際。由公式H=S理論+S1實際-S2實際，得到托架調整墊片的厚度H。計算機優化處理數據后顯示選墊方案。

由于墊片的制造精度問題，選好的墊片需要組合迭加好后進行實測。

采用該測量機，實現了主動螺旋軸向位置的自動測量和調整控制，避免了人為因素的影響，減少了零件返工。

3 零件設計的更改

為了配合測量選墊技術的運用，在結合汽車廠的經驗并對公司裝載機產品的分析后，我們對零件設計做了相應的更改。

3.1 軸承預緊力調整件

原來采用鋼質軸套和銅質墊片的組合。由于銅質材料比較軟，而且裝載機的工況是低速重載的，主減速器在工作時，調整件承受的動態載荷和沖擊載荷均比較大。造成裝配中調整合格的墊片發生變形使預緊力達不到要求。

基于上述原因，我們將調整件更改為鋼質隔套和鋼質墊片的組合。兩者的硬度和耐磨性均類似。這樣就減小了動載時墊片變形對裝配精度的影響，保證了主減速器工作的穩定性。

由于主螺旋軸承預緊力對調整墊片厚度的敏感度為0.01 mm，隔套分組以0.01 mm一檔；墊片分組以0.1mm、0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm為檔次。兩者組合可以實現在公差范圍內的預緊力調整。

3.2 主螺旋軸向位置的調整件

原來采用紙墊。密封性能較好，但是比銅墊更加容易變形，而且紙制墊片的公稱尺寸很難測量準確，嚴重影響了裝配精度。

因此，我們采用不易變形的鋼墊取代紙墊。螺旋錐齒輪嚙合間隙的調整幅度比較大，墊片分組以0.1mm為檔次。另外，在鋼墊兩面涂敷密封膠后再進行裝配，也可得到理想的密封效果。

4 采用測量選墊技術前后的對比（見表2）

表2 采用測量選墊技術前后對比表

5 結束語

公司投產的基于測量選墊技術的主減速器測量選墊機，首次實現了測量選墊這一先進技術在工程機械的運用，改變了傳統的測量選墊工藝，提高了裝配效率，穩定了裝配質量，降低了工人勞動強度。

[1]JB/T 9717.1－1999，輪式工程機械驅動橋術語[S].

[2]張燕飛，等.弧齒錐齒輪傳動齒輪副側隙調整[J].機械傳動，2005，29（4）：9-11.

[3]JB/T 6041-92,輪式工程機械驅動橋·主減速器齒輪副技術條件[S].

[4]何元祥，等.汽車后橋主減速器殼體墊片預選機的研制[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2002，25（3）：447-450.

[5]謝鐵邦，等.互換性與技術測量（第三版）[M].武漢：華中科技大學出版社，1998.

[6]林巨廣，等.汽車分動器齒側間隙調整優化技術[J].裝備制造技術，2007，(4)：6-7.