同步器齿环锥孔磨削夹具的设计

□ 淮遵科 □ 邓乃学

1.陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000

2.陕西法士特齿轮责任有限公司 西安 710086

同步器是汽车手动机械式变速器的关键部件。现代手动机械式变速器一般都采用了同步器结构，在各挡位之间设置同步器，保证汽车变速换挡时齿轮啮合顺畅平稳，减少冲击，轻便灵活，从而降低了噪声，延长了变速器的寿命。同步器齿环是同步器的关键零件，在汽车换挡变速过程中起关键作用，换挡过程中力矩和运动的传递靠同步器齿环内锥面的摩擦材料与待接合齿轮齿毂接触产生的摩擦力，所以同步器齿环的性能优劣关系到汽车换挡变速的可靠性，而同步器齿环的加工工艺和加工精度决定同步器齿环的性能。

笔者和某载重汽车变速器生产企业合作开发了同步器齿环的生产技术，该技术是在同步器齿环的内锥面黏接一层碳纤维布。制造工艺路线为：同步器齿环锻造→热处理→车削→磨削→碳纤维布黏接，其中磨削内锥面工序是在数控内圆磨床上进行，采用液压卡盘夹持外圆磨削锥孔的方法。在产品试验时，发现同步器齿环内锥面的碳纤维磨损不均匀，原因是同步器的齿环内锥面和锥毂接合面积不足，这不仅影响变速器动力的输出，而且影响同步器的寿命和汽车的安全性。

1 问题分析

图1是同步器齿环磨削加工工序的结构简图，从图中可以看出，磨削加工工序的要求为：锥孔大端直径93.5±0.025 mm，锥角 8°，厚度 8.75±0.05 mm，锥面圆度不大于0.05 mm，锥面及两端面的粗糙度Ra1.6 μm，大端面相对锥面的跳动不大于0.05 mm。

▲图1 结构简图

同步器齿环磨削加工工序的工艺为：在数控内圆磨床上用液压三爪卡盘夹持φ100 mm外圆，磨削锥孔保证大端直径93.5±0.025 mm，同时磨削大端面。

对同批次同步器齿环内锥面碳纤维磨损不均匀的试验实样检测发现，锥孔大端直径、锥角、锥面圆度均未达到工序要求，加工误差超过允许误差4倍多。经过对数控内圆磨床的精度检测和实际加工试验，排除了磨床本身精度不够的原因和工艺的原因，最终确定是夹具的问题。由于同步器齿环属于薄壁环类零件，本身刚度差，用三爪卡盘夹持极易变形，加工精度难以保证，因此需要设计适合同步器齿环的专用夹具。

2 夹具设计方案

三爪卡盘属于通用夹具，装夹工件时定心精度不高，夹紧薄壁工件易变形，效率低。加工误差超差的原因就是三爪卡盘三点夹持工件夹紧力不平衡，笔者利用该数控内圆磨床具有的液压驱动夹紧功能，以主轴的锥孔定位，设计了胀紧式弹性锥筒定心夹具，尝试解决原夹具夹紧力不均衡的问题。

胀紧式弹性锥筒夹定心夹具设计方案是：弹性锥筒夹由一个内锥筒和一个外锥筒组成，锥角为15°，内外锥配合；外锥筒的内孔与同步器齿环φ100外圆间隙配合，实现对同步器齿环的定位；外锥筒锥面沿轴向加工6条窄缝，内锥筒沿轴向移动，会使外锥筒沿直径方向收缩，实现对同步器齿环的定位夹紧。夹具通过莫氏锥柄安装在数控内圆磨床主轴锥孔内，实现夹具的定位安装。夹具的夹紧力由机床的液压系统提供。

3 夹具机械结构

▲图2 夹具结构图

图2是胀紧式弹性锥筒定心夹具的结构图，夹具由莫氏锥柄、推盘、螺钉、外锥筒、连接销、内锥筒、推杆等组成。外锥筒沿轴向加工有6个均匀分布的1 mm窄缝，材料选用65 Mn，经热处理后弹性很好。外锥筒和莫氏锥柄之间采用止口定位，通过螺钉连接；内锥筒的内圆柱面与外锥筒的外圆柱面滑动配合，与推盘之间的间隙为0.2～0.3 mm，用连接销连接。同步器齿环安装于外锥筒的内孔中，当磨床主轴夹紧油缸动作时，推力作用在推杆上，推动推盘移动，由于内锥筒和推盘通过连接销连接，因此内锥筒沿外锥筒外圆柱面移动并挤压其锥面，外锥筒收缩，同步器齿环定位并夹紧。夹紧油缸换向动作，夹具松开，取出同步器齿环。

4 结束语

针对同步器齿环内锥面的碳纤维磨损不均匀问题，发现数控内圆磨床上磨削锥孔选用的夹具不合理，经重新设计适合同步器齿环磨削加工的夹具后，问题得到解决，目前该产品已大批量生产。实践表明，胀紧式弹性锥筒定心夹具完全可以满足像同步器齿环类的薄壁环零件的加工精度要求。胀紧式弹性锥筒定心夹具可以实现自动定心，定心精度高；通过控制液压系统的压力控制夹紧力，可以减少夹紧变形，保证加工精度；既提高了设备使用效率，又降低了成本。

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