自動變速箱換擋制動器墊片測量方法及設備的研究

陳甦欣，劉健，郭裕聰

(合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥230009)

汽車自動變速箱以其乘坐舒適性及操作便捷性已經得到了廣泛的應用，而在其換擋過程中多摩擦片式換擋制動器起著至關重要的作用［1］。制動器裝配的好壞直接影響到變速箱換擋的性能，而摩擦片組的裝配間隙是影響制動器裝配質量的重要因素［2］。如裝配間隙過小，致使制動器在脫離時不完全，且發熱量過大;間隙過大，致使制動器接合時，反應速度慢，換擋時間長［3］。一般采用調整法蘭墊片的厚度來實現制動器摩擦片組間隙的控制。因此，正確選用墊片厚度是提高制動器裝配質量的關鍵。

目前，換擋制動器的墊片測量方法是在裝配過程中先利用螺栓壓緊制動器的摩擦片組，再用塞規測量間隙，根據此間隙選擇合適的墊片厚度［4-5］。采用這種測量方法，需要經常拆卸工裝，影響整條裝配線的節拍平衡，嚴重降低裝配效率。此外，測量過程中人為因素較多，精度及準確性不高，造成選用的墊片厚度與實際所需厚度存在誤差，嚴重影響了裝配質量［6］。

作者針對4AT變速箱制動器的結構，基于相對測量原理提出了一種對工件型腔槽上表面與型腔內摩擦片上表面的間隙值進行精確測量的方法，從而實現墊片厚度的在線檢測，大大提高變速箱的裝配精度及效率。

1 墊片測量原理

1.1 換擋制動器的結構分析

圖1所示為某4AT自動變速箱殼體，其中位置I為制動器工作腔及摩擦片組。

圖1 自動變速箱殼體

制動器由摩擦片、鋼片、復位彈簧、卡環和活塞等組成。摩擦片與單向離合器的外圈連接，鋼片與殼體連接。液壓油經油道口推動活塞，鋼片和摩擦片在活塞推動下緊壓在一起，制動器即接合［7-9］。在裝配過程中，工件的I型腔內主要有摩擦片、鋼片、法蘭墊片和卡環等，如圖2所示。

圖2 制動器腔內主要零件圖

1.2 墊片測量模型分析

圖3為工件測量原理圖，可得尺寸鏈公式:

式中:L為工件型腔I總高度，B為摩擦片和鋼片被壓緊時的疊加厚度，A即為法蘭墊片、卡環的厚度與制動器分離間隙之和。由于卡環 (為工件)厚度已知C=1.6 mm，分離間隙的參考范圍為0.806～1.206 mm，選墊時選取最接近分離間隙的中間值1.0 mm。所以，如果測量出A的高度就能計算出適合的墊片厚度，即:

圖3 工件測量原理圖

考慮到直接測量出A非常困難。故作者采用基于相對測量原理的測量方法［10］，即分別測量一個與工件具有相似卡槽形狀且尺寸相近的標定件與工件，進而得出A的精確尺寸的測量方法。標定件測量原理圖如圖4所示，A0的尺寸接近A的尺寸范圍并保證很高的加工精度。

圖4 標定件測量原理圖

具體的測量方法為:第一步，先對標定件進行測量 (參考圖4)，通過3個圓周均勻分布的位移傳感器分別測得標定件摩擦片組上表面位置的讀數并取平均值得到M0，用另外3個圓周均勻分布的位移傳感器測得標定件卡槽上表面位置的讀數并取平均值得到N0;第二步，裝入摩擦片組，對工件卡槽進行測量(參考圖3)，用與第一步相對應位置的傳感器、相同的測量方法分別得到工件摩擦片組上表面位置的讀數M1和工件卡槽上表面位置的讀數N1。根據尺寸鏈可得工件卡槽的深度:

再把測量得到的A值代入式 (2)中，即可得到法蘭墊片的厚度D。

2 測量機構設計

根據以上測量原理，研制出變速箱換擋制動器墊片預選測量機，其中關鍵的墊片測量機構如圖5所示。

圖5 墊片測量機構

在該機構中，傳感器7、彈簧9、摩擦片測量桿10和摩擦片壓板12形成一支測量分路。為了提高測量精度，這樣的測量分路沿圓周均布了3處，摩擦片壓板通過6個圓周均布的矩形彈簧11壓緊在摩擦片組上。傳感器2、指狀測桿5和測量頭6形成另一支測量分路，測量頭與卡槽的上表面壓緊，為了提高測量的準確性，這樣的測量分路也沿圓周均布了3處。由于測量頭需要進入凹槽內，因此需增設輔助旋轉升降機構。該機構中旋轉氣缸8的水平運動驅動轉軸和棘輪組件3旋轉，棘輪邊緣的棘輪撥動頭驅動卡爪4繞指狀測桿的軸線旋轉，再通過升降氣缸1的伸縮和彈簧的作用來實現測量頭與卡槽上表面的分離與壓緊。

3 測量結果分析

3.1 測量穩定性分析

在設備測量過程中，由于實驗氣壓、測量形式、摩擦片和鋼片擺放形式的不同都會對測量結果的穩定性產生影響。根據以上幾種影響測量結果穩定性的因素，設計了4種實驗形式分別進行測量，并根據實驗數據分析出穩定性最高的測量方式。

4種實驗形式下的各組測量數據如表1所示。

表1 4種實驗形式下的測量數據

分別計算各組數據的最大值與最小值之差，得到第2種測量形式的差值最小，證明該種測量方式最穩定，故設備測量時選擇第2種實驗形式進行測量。

3.2 測量準確性分析

采用檢具隨機誤差的驗收評定方法，以測量能力指數Cg值作為評定指標 (Cg≥1.33可判定被評定測量器具具有測量能力)［11］。計算公式為:

式中:K為縮小系數，一般取K=0.2;

KT為允許的測量結果分布寬度;

4S為實際達到的測量結果分布寬度;

T為工件被檢項目公差 (此次實驗T＞10 μm);

Xi為第i次測量值;

X為平均測量值;

n為測量次數 (此次實驗次數n=10)。

確定實驗方式后，對測量設備進行調試并記錄實驗數據，代入測量數據得重復精度為 Cg=5.441≥1.33，如表2所示，證明測量系統合格。

表2 測量數據處理

綜上所述，通過實驗證明，該測量方法及測量設備能夠保證墊片選擇的準確性和測量的穩定性。

4 總結

實踐證明，作者研制出的檢測設備檢測節拍為45 s、選墊一次性通過率為98%，大大提高了裝配效率和裝配精度，為變速箱的裝配質量提供了可靠的保證。換擋制動器墊片測量設備的研制成功將對變速器總成裝配技術的發展起到推動作用。

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