裝配變速器冠輪抓取失效的問題分析

李懷習，麥承賢，黃祖思，梁甲

1.柳州孔輝汽車科技有限公司 廣西柳州 545005 2.柳州上汽汽車變速器有限公司柳東分公司 廣西柳州 545005

在前驅汽車變速器中，冠輪是連接在差速器上與中間齒輪之間的重要傳動部件，主要起降速增扭的作用［1］。冠輪與差速器的裝配直接影響到變速器內部的清潔度，以及冠輪與中間軸齒輪的嚙合情況；同時，對齒輪的NVH性能也會有影響，影響駕駛員的駕駛體驗與乘客的乘坐感受。

現有某變速器差速器裝配線的裝配工藝存在以下問題。

1）在冠輪壓裝過程中，卡爪夾持冠輪工件隨壓柱下移，冠輪掉落。

2）冠輪壓到位后，壓頭上抬時，卡爪將冠輪帶出，或將差速器與冠輪一起帶出。

系統結構及工藝流程

現有某產品的差速器，差速器殼體與冠輪的設計配合為偏過盈的過渡配合，即差速器殼體與冠輪的配合會存在間隙配合的情況。同時，卡爪與冠輪不是硬性連接，為避免零件被帶出或者零件掉落的問題，卡爪力需要滿足一定的要求。

1.系統結構

如圖1所示，冠輪壓裝的系統主要由基座、彈簧、卡爪、卡爪安裝座、彈簧調節螺桿鎖緊螺母、彈簧調節螺桿、限位螺釘、卡爪軸、壓頭、冠輪及差速器殼體組成。

圖1 工位結構示意

以基座作為依托，卡爪安裝座通過螺栓連接安裝在基座下方，卡爪通過卡爪軸安裝在卡爪安裝座內，形成一個鉸鏈結構。彈簧調節螺桿、限位螺釘也安裝在卡爪安裝座內，并在螺桿上裝上彈簧，為卡爪提供了一個反向的抓取力，限位螺釘對卡爪的張開起到了一個限位的作用，這些部件形成了一組卡爪機構。在基座下方一共分布著3組卡爪機構，將冠輪放置上去時，將冠輪抓住。差速器殼體放置在托盤上，位于冠輪的正下方。

2.工作原理

冠輪放置在基座下方，向上推壓，卡爪張開放置限位面后，因彈簧力的作用將冠輪卡在工裝上，同時控制設備下壓，將冠輪壓到差速器殼體上，保壓時間過后，壓頭與基座向上撤回，這時冠輪與差速器已經結合，將冠輪松開。

3.裝配工藝過程

冠輪安裝的裝配工藝流程如圖2所示，按照該工藝流程，現場反饋：在第2步出現過冠輪掉落的情況，且多次放置后，仍然掉落；在第4步出現過差速器及冠輪被帶出的問題。兩者均需返工調整，嚴重影響產線的節拍［2］。

圖2 冠輪產線工藝流程

卡爪力分析過程

1.卡爪彈簧夾持力要求計算

卡爪受力狀態如圖3所示。

圖3 卡爪受力示意

為防止冠輪掉落，應有彈簧力矩大于冠輪質量的重力矩，即

為防止冠輪掉落，應有彈簧力矩小于冠輪與差殼質量和的重力矩，即

式中Fk——彈簧力（N）；

Fg1——冠輪傳遞的重力（N）；

Fg2——冠輪加差速器傳遞的重力（N）；

X1——彈簧力的力臂長度（mm）；

X2——零件重力的力臂長度（mm）。

根據產品要求及實際測量尺寸：Fg1冠輪傳遞的重力約為21.6N，Fg2冠輪和差速器傳遞的重力約為62.5N，彈簧力的力臂長度X1為23.5mm，零件重力的力臂長度X2為13.4mm。代入式（2）、式（3）計算可得彈簧力：4.115N＜Fk＜11.879N。

2.卡爪彈簧夾持力實際測量計算

卡爪位移關系如圖4所示。無工件狀態下，在卡爪上施力F，產生位移S，計算相應彈簧力Fk，S0為卡爪調定原始位置，計算當卡爪恰好能讓工件通過時位置Sa的彈簧力Fka。

圖4 卡爪位移關系示意

1）卡爪對應的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算?？ㄗ堥_S時，卡爪夾持力與對應彈簧力的關系為

卡爪張開S時，根據幾何關系，有卡爪位移與對應彈簧壓縮量關系，即

卡爪對應彈簧的彈簧剛度k的計算：

式中X3——測量點的力臂長度（mm）；

Sk——彈簧壓縮量（mm）；

ΔFk——彈簧力之差（N）；

ΔSk——彈簧壓縮量之差（mm）。

由于設備空間條件有限，3組卡爪只測量了2組卡爪的推力以及位移，每組測6個數值，取平均值，得卡爪推力、卡爪位移測量值見表1。

表1 卡爪推力、卡爪位移測量值

將表1中的測量數值帶人式（3）、式（4）、式（5）中，可得表2 中的彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算值。

表2 彈簧力、彈簧壓縮位移、彈簧剛度計算值

2）工件剛通過卡爪時的彈簧力。根據圖樣，測量可得卡爪恰好能讓工件通過時的彈簧壓縮量Ska=1.175mm，將Ska、Fk2、Sk2、k帶入式（5）有：Fka1=10.38N、Fka2=10.07N。

通過以上驗證計算可知正常工作狀態下，現有調節好的卡爪彈簧力Fk滿足在4.11～11.87 N的理論要求。

3.卡爪彈簧夾持力實際測量計算

冠輪與差速器殼壓裝后結合力Fj要求：結合力Fj大于差殼的重力，即

結合力Fj對卡爪產生的推力力矩大于彈簧力矩，即

根據前面測量計算及差速器的重量4.17kg，帶入式（6）、式（7）有：Fgc=40.85 N；Fk2X1=214.46 N.mm；綜合得：Fj＞48.8502 N。理論上，當結合力大于48.85N時，冠輪不會被帶起來。

優化策略

保持現有工裝不作改動，定期對夾具檢修、更換，規范卡爪力值的更合理調整范圍。當彈簧力衰減到產線零件夾持不住時，需要調節卡爪力；當出現間隙過大被帶出時，手動放置冠輪，手打螺栓。制作卡爪備件，當卡爪磨損到一定程度時，更換卡爪，按規范調節卡爪力。

結語

通過數據分析與現場測算相結合，分析冠輪在各個壓裝狀態下，卡爪抓取力使用的邊界條件，為生產工藝的優化及產線效率提高提供了理論依據。同時，這種方法為裝配變速器冠輪時，抓取失效問題分析提供了一個思路，提高了解決此類問題的工作效率。