汽車主減速器選墊技術分析研究

鮑益智

(上海納鐵福傳動系統有限公司，上海 201315)

0 前言

汽車主減速器裝于分動器之后，變速器動力通過分動器總成傳遞給中間傳動軸，然后從中間傳動軸通過主減速器總成傳遞給半軸，最終分配動力至后驅動輪。主減速器總成裝配過程中，主、被動齒輪是否嚙合良好，是影響汽車后橋主減速器的裝配質量好壞的一個重要因素[1]。正確選擇墊片，以保證主、從動齒輪間的合適的嚙合間隙，是提高主減速器裝配質量的關鍵之一[2]。因此，主、從動齒輪之間必須保證良好的裝配位置，方能使兩齒輪嚙合傳動時沖擊噪音小，磨損均勻。本文立足于主減速器選墊技術分析研究，通過分析主減速器裝配尺寸鏈，得出選墊問題的影響因素。在上述分析的基礎上，對測量系統的測量能力進行改進優化，并優化選墊反饋系統。

1 主減速器選墊原理.

1.1 主減速器的結構分析

圖1為某款主減速器總成裝配圖，主減速器總成主要由殼體、小齒輪(15)、圓錐滾子軸承(20&21)、差速器總成(16)、角接觸球軸承(22)、調整墊片(23&24)、油封(7&9)等零件裝配而成。由圖可知，差速器兩端分別裝配兩個角接觸球軸承以及調整墊片(23&24)，小齒輪上裝配了兩個圓錐滾子軸承，兩個軸承之間裝有彈性隔套和調整墊片。

圖1 主減速器總成裝配圖Fig.1 Assembly drawing of the rear drive unit

1.2 主減速器總成裝配工藝分析

在裝配工藝方面，主減速器總成裝配線綜合了齒輪相關尺寸測量，殼體相關尺寸測量，小齒輪安裝距離測量、墊片選擇、軸承壓裝、預載荷檢測、齒輪側隙測量、齒接觸斑點檢測、氣密性檢查等工序。裝配線集成各種關鍵工藝方法于一體，測量精度要求高，裝配工藝難度大。

在上述各種工藝內容中，零件相關尺寸測量和墊片選擇是關鍵的工序[3]。零件相關尺寸測量結果是否準確，直接影響墊片選擇是否合適，進而影響主減速總成的預載荷、齒接觸以及齒間隙，并最終決定其綜合運轉性能。

1.3 主減速器選墊尺寸鏈計算介紹

尺寸鏈示意圖如圖2所示，建立墊片T1、T2、T3的尺寸鏈公式：

圖2 尺寸鏈示意圖

T1=L4-(L2-MDR)

(1)

T2=L3+L5-L1-T1

(2)

T3=H2-H1-52.84

(3)

式中，

H1：軸承端面至小齒輪端面的距離；

L2：差速器齒輪端面至軸承端面的距離；

L1：差速器兩個軸承端面的距離；

H2：殼體軸線至小齒輪軸承座端面距離；

L4：殼體軸承至差速器軸承座端面距離；

L3：殼體端面至差速器軸承座端面距離；

L5：殼蓋端面至軸承座端面距離。

由上述分析可知，整個尺寸鏈中，調整墊片為補償環。裝配完成時，軸承處于預緊狀態，通過T1、T2墊片調整主、被齒輪的軸向位置，通過T3墊片調整小齒輪安裝中心距，進而保證齒嚙合以及齒間隙。因此，選擇合適的墊片厚度，對保證整個RDU的性能具有至關重要的作用[4]。

2 主減速器選墊影響因素分析以及優化

2.1 選墊影響因素分析

主減速器選墊系統通過測量總成中影響裝配精度的零部件尺寸，如軸承端面至齒輪端面的高度、軸承座軸承安裝面至殼體軸線的距離、調整墊片的厚度等，運用尺寸鏈原理，選擇調整墊片保證齒間隙裝配精度，因此選墊系統相關測量設備可以說是整個主減速器裝配的關鍵技術。

通過對主減速器裝配過程中影響裝配尺寸鏈的相關因素分析，得出了齒間隙不合格的影響因素，詳見表1。由于各個測量系統本身具有測量誤差，這些測量誤差最終影響到齒間隙控制的穩定性，操作員工需要根據經驗定期調整選墊系統補償系數。

表1 選墊影響因素

2.2 選墊相關問題優化

由上述分析可知，主減速器裝配過程中選墊存在多項影響因素[5]。本文針對關鍵影響因素進行分析研究，改進了墊片測量系統、小齒輪和差速器以及殼體測量系統，提高相關測量系統的測量能力。

測量系統相關改進內容如下：

(1)定義5S標準，組織員工進行培訓，提高測量零件以及測量工裝的清潔度；

(2)針對齒輪相關尺寸測量設備：改進設備結構并提高定位精度，定義該設備的定位精度要求并定期測量；更換測量工裝底座，定義工裝平面度要求并定期檢測；改進測量針頭結構，提高測量針頭的使用壽命，改善針頭磨損的問題，定義測量針頭的壽命并定期檢查；

(3)針對殼體測量設備，改進芯軸工裝，將其改進為脹緊結構，減少測量誤差。

另一方面，針對選墊反饋系統，通過大量的試驗分別分析三種墊片厚度變化對齒間隙的影響，如圖3所示。根據分析結果，只增加T2或者T3墊片厚度，齒間隙變小；只增加T1墊片厚度，齒間隙變大；T1和T2墊片厚度的變化對齒間隙影響程度大于T3墊片。通過上述試驗數據，建立墊片調整經驗數據庫，優化了選墊反饋系統。

圖3 墊片厚度變化和齒間隙的關系

3 效果分析與驗證

按照上述優化方法進行改進后，操作員工通過墊片反饋系統定期調整選墊系統補償系數，測量設備通過精確測量相關尺寸選擇墊片，并優化墊片組合，極大地提高了主減速器總成的裝配質量。

3.1 測量系統的改進效果分析

為了驗證測量系統的改進效果，分別對改進前后的測量設備進行測量系統能力分析。以L2尺寸的測量為例，選取同樣的零件，分別記錄改進前與改進后的重復性測量結果。如圖4所示，菱形標記點(下側)為改進前的測量數據，十組測量結果波動較大，最大值與最小值的波動在0.03 mm。正方形標記點(上側)為改進后的重復測量結果，測量結果波動在0.01 mm之內，測量結果比較穩定。

圖4 測量設備重復性結果

以測量系統能力分析的GR&R結果為例，通過測量系統改進，GR&R得到明顯改善。改進前后的GR&R對比如下表所示：

表2 改進前后測量能力 GR&R對比

3.2 返工率效果分析

根據質量數據反饋，該方法提高了選墊效率，降低了因選墊問題引起的齒間隙返工，返工率低于國外相同產品。

表3 改進前的返工率數據

表4 改進后的返工率數據

4 結論

(1)本文的選墊優化技術已應用于公司的主減速器裝配線上，實踐表明該方法可以降低主減速器裝配的返工率，提高了裝配效率以及裝配質量；

(2)為后續裝配線上高水平測控技術與裝備的開發奠定了基礎，持續提高公司的產品質量，實現裝配能力的同步提升。