同步器齒環(huán)錐孔磨削夾具的設(shè)計

□ 淮遵科 □ 鄧乃學(xué)

1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽 712000

2.陜西法士特齒輪責(zé)任有限公司 西安 710086

同步器是汽車手動機(jī)械式變速器的關(guān)鍵部件。現(xiàn)代手動機(jī)械式變速器一般都采用了同步器結(jié)構(gòu)，在各擋位之間設(shè)置同步器，保證汽車變速換擋時齒輪嚙合順暢平穩(wěn)，減少沖擊，輕便靈活，從而降低了噪聲，延長了變速器的壽命。同步器齒環(huán)是同步器的關(guān)鍵零件，在汽車換擋變速過程中起關(guān)鍵作用，換擋過程中力矩和運(yùn)動的傳遞靠同步器齒環(huán)內(nèi)錐面的摩擦材料與待接合齒輪齒轂接觸產(chǎn)生的摩擦力，所以同步器齒環(huán)的性能優(yōu)劣關(guān)系到汽車換擋變速的可靠性，而同步器齒環(huán)的加工工藝和加工精度決定同步器齒環(huán)的性能。

筆者和某載重汽車變速器生產(chǎn)企業(yè)合作開發(fā)了同步器齒環(huán)的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)是在同步器齒環(huán)的內(nèi)錐面黏接一層碳纖維布。制造工藝路線為：同步器齒環(huán)鍛造→熱處理→車削→磨削→碳纖維布黏接，其中磨削內(nèi)錐面工序是在數(shù)控內(nèi)圓磨床上進(jìn)行，采用液壓卡盤夾持外圓磨削錐孔的方法。在產(chǎn)品試驗時，發(fā)現(xiàn)同步器齒環(huán)內(nèi)錐面的碳纖維磨損不均勻，原因是同步器的齒環(huán)內(nèi)錐面和錐轂接合面積不足，這不僅影響變速器動力的輸出，而且影響同步器的壽命和汽車的安全性。

1 問題分析

圖1是同步器齒環(huán)磨削加工工序的結(jié)構(gòu)簡圖，從圖中可以看出，磨削加工工序的要求為：錐孔大端直徑93.5±0.025 mm，錐角 8°，厚度 8.75±0.05 mm，錐面圓度不大于0.05 mm，錐面及兩端面的粗糙度Ra1.6 μm，大端面相對錐面的跳動不大于0.05 mm。

▲圖1 結(jié)構(gòu)簡圖

同步器齒環(huán)磨削加工工序的工藝為：在數(shù)控內(nèi)圓磨床上用液壓三爪卡盤夾持φ100 mm外圓，磨削錐孔保證大端直徑93.5±0.025 mm，同時磨削大端面。

對同批次同步器齒環(huán)內(nèi)錐面碳纖維磨損不均勻的試驗實樣檢測發(fā)現(xiàn)，錐孔大端直徑、錐角、錐面圓度均未達(dá)到工序要求，加工誤差超過允許誤差4倍多。經(jīng)過對數(shù)控內(nèi)圓磨床的精度檢測和實際加工試驗，排除了磨床本身精度不夠的原因和工藝的原因，最終確定是夾具的問題。由于同步器齒環(huán)屬于薄壁環(huán)類零件，本身剛度差，用三爪卡盤夾持極易變形，加工精度難以保證，因此需要設(shè)計適合同步器齒環(huán)的專用夾具。

2 夾具設(shè)計方案

三爪卡盤屬于通用夾具，裝夾工件時定心精度不高，夾緊薄壁工件易變形，效率低。加工誤差超差的原因就是三爪卡盤三點夾持工件夾緊力不平衡，筆者利用該數(shù)控內(nèi)圓磨床具有的液壓驅(qū)動夾緊功能，以主軸的錐孔定位，設(shè)計了脹緊式彈性錐筒定心夾具，嘗試解決原夾具夾緊力不均衡的問題。

脹緊式彈性錐筒夾定心夾具設(shè)計方案是：彈性錐筒夾由一個內(nèi)錐筒和一個外錐筒組成，錐角為15°，內(nèi)外錐配合；外錐筒的內(nèi)孔與同步器齒環(huán)φ100外圓間隙配合，實現(xiàn)對同步器齒環(huán)的定位；外錐筒錐面沿軸向加工6條窄縫，內(nèi)錐筒沿軸向移動，會使外錐筒沿直徑方向收縮，實現(xiàn)對同步器齒環(huán)的定位夾緊。夾具通過莫氏錐柄安裝在數(shù)控內(nèi)圓磨床主軸錐孔內(nèi)，實現(xiàn)夾具的定位安裝。夾具的夾緊力由機(jī)床的液壓系統(tǒng)提供。

3 夾具機(jī)械結(jié)構(gòu)

▲圖2 夾具結(jié)構(gòu)圖

圖2是脹緊式彈性錐筒定心夾具的結(jié)構(gòu)圖，夾具由莫氏錐柄、推盤、螺釘、外錐筒、連接銷、內(nèi)錐筒、推桿等組成。外錐筒沿軸向加工有6個均勻分布的1 mm窄縫，材料選用65 Mn，經(jīng)熱處理后彈性很好。外錐筒和莫氏錐柄之間采用止口定位，通過螺釘連接；內(nèi)錐筒的內(nèi)圓柱面與外錐筒的外圓柱面滑動配合，與推盤之間的間隙為0.2～0.3 mm，用連接銷連接。同步器齒環(huán)安裝于外錐筒的內(nèi)孔中，當(dāng)磨床主軸夾緊油缸動作時，推力作用在推桿上，推動推盤移動，由于內(nèi)錐筒和推盤通過連接銷連接，因此內(nèi)錐筒沿外錐筒外圓柱面移動并擠壓其錐面，外錐筒收縮，同步器齒環(huán)定位并夾緊。夾緊油缸換向動作，夾具松開，取出同步器齒環(huán)。

4 結(jié)束語

針對同步器齒環(huán)內(nèi)錐面的碳纖維磨損不均勻問題，發(fā)現(xiàn)數(shù)控內(nèi)圓磨床上磨削錐孔選用的夾具不合理，經(jīng)重新設(shè)計適合同步器齒環(huán)磨削加工的夾具后，問題得到解決，目前該產(chǎn)品已大批量生產(chǎn)。實踐表明，脹緊式彈性錐筒定心夾具完全可以滿足像同步器齒環(huán)類的薄壁環(huán)零件的加工精度要求。脹緊式彈性錐筒定心夾具可以實現(xiàn)自動定心，定心精度高；通過控制液壓系統(tǒng)的壓力控制夾緊力，可以減少夾緊變形，保證加工精度；既提高了設(shè)備使用效率，又降低了成本。

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