汽车主减速器选垫技术分析研究

鲍益智

(上海纳铁福传动系统有限公司，上海 201315)

0 前言

汽车主减速器装于分动器之后，变速器动力通过分动器总成传递给中间传动轴，然后从中间传动轴通过主减速器总成传递给半轴，最终分配动力至后驱动轮。主减速器总成装配过程中，主、被动齿轮是否啮合良好，是影响汽车后桥主减速器的装配质量好坏的一个重要因素[1]。正确选择垫片，以保证主、从动齿轮间的合适的啮合间隙，是提高主减速器装配质量的关键之一[2]。因此，主、从动齿轮之间必须保证良好的装配位置，方能使两齿轮啮合传动时冲击噪音小，磨损均匀。本文立足于主减速器选垫技术分析研究，通过分析主减速器装配尺寸链，得出选垫问题的影响因素。在上述分析的基础上，对测量系统的测量能力进行改进优化，并优化选垫反馈系统。

1 主减速器选垫原理.

1.1 主减速器的结构分析

图1为某款主减速器总成装配图，主减速器总成主要由壳体、小齿轮(15)、圆锥滚子轴承(20&21)、差速器总成(16)、角接触球轴承(22)、调整垫片(23&24)、油封(7&9)等零件装配而成。由图可知，差速器两端分别装配两个角接触球轴承以及调整垫片(23&24)，小齿轮上装配了两个圆锥滚子轴承，两个轴承之间装有弹性隔套和调整垫片。

图1 主减速器总成装配图Fig.1 Assembly drawing of the rear drive unit

1.2 主减速器总成装配工艺分析

在装配工艺方面，主减速器总成装配线综合了齿轮相关尺寸测量，壳体相关尺寸测量，小齿轮安装距离测量、垫片选择、轴承压装、预载荷检测、齿轮侧隙测量、齿接触斑点检测、气密性检查等工序。装配线集成各种关键工艺方法于一体，测量精度要求高，装配工艺难度大。

在上述各种工艺内容中，零件相关尺寸测量和垫片选择是关键的工序[3]。零件相关尺寸测量结果是否准确，直接影响垫片选择是否合适，进而影响主减速总成的预载荷、齿接触以及齿间隙，并最终决定其综合运转性能。

1.3 主减速器选垫尺寸链计算介绍

尺寸链示意图如图2所示，建立垫片T1、T2、T3的尺寸链公式：

图2 尺寸链示意图

T1=L4-(L2-MDR)

(1)

T2=L3+L5-L1-T1

(2)

T3=H2-H1-52.84

(3)

式中，

H1：轴承端面至小齿轮端面的距离；

L2：差速器齿轮端面至轴承端面的距离；

L1：差速器两个轴承端面的距离；

H2：壳体轴线至小齿轮轴承座端面距离；

L4：壳体轴承至差速器轴承座端面距离；

L3：壳体端面至差速器轴承座端面距离；

L5：壳盖端面至轴承座端面距离。

由上述分析可知，整个尺寸链中，调整垫片为补偿环。装配完成时，轴承处于预紧状态，通过T1、T2垫片调整主、被齿轮的轴向位置，通过T3垫片调整小齿轮安装中心距，进而保证齿啮合以及齿间隙。因此，选择合适的垫片厚度，对保证整个RDU的性能具有至关重要的作用[4]。

2 主减速器选垫影响因素分析以及优化

2.1 选垫影响因素分析

主减速器选垫系统通过测量总成中影响装配精度的零部件尺寸，如轴承端面至齿轮端面的高度、轴承座轴承安装面至壳体轴线的距离、调整垫片的厚度等，运用尺寸链原理，选择调整垫片保证齿间隙装配精度，因此选垫系统相关测量设备可以说是整个主减速器装配的关键技术。

通过对主减速器装配过程中影响装配尺寸链的相关因素分析，得出了齿间隙不合格的影响因素，详见表1。由于各个测量系统本身具有测量误差，这些测量误差最终影响到齿间隙控制的稳定性，操作员工需要根据经验定期调整选垫系统补偿系数。

表1 选垫影响因素

2.2 选垫相关问题优化

由上述分析可知，主减速器装配过程中选垫存在多项影响因素[5]。本文针对关键影响因素进行分析研究，改进了垫片测量系统、小齿轮和差速器以及壳体测量系统，提高相关测量系统的测量能力。

测量系统相关改进内容如下：

(1)定义5S标准，组织员工进行培训，提高测量零件以及测量工装的清洁度；

(2)针对齿轮相关尺寸测量设备：改进设备结构并提高定位精度，定义该设备的定位精度要求并定期测量；更换测量工装底座，定义工装平面度要求并定期检测；改进测量针头结构，提高测量针头的使用寿命，改善针头磨损的问题，定义测量针头的寿命并定期检查；

(3)针对壳体测量设备，改进芯轴工装，将其改进为胀紧结构，减少测量误差。

另一方面，针对选垫反馈系统，通过大量的试验分别分析三种垫片厚度变化对齿间隙的影响，如图3所示。根据分析结果，只增加T2或者T3垫片厚度，齿间隙变小；只增加T1垫片厚度，齿间隙变大；T1和T2垫片厚度的变化对齿间隙影响程度大于T3垫片。通过上述试验数据，建立垫片调整经验数据库，优化了选垫反馈系统。

图3 垫片厚度变化和齿间隙的关系

3 效果分析与验证

按照上述优化方法进行改进后，操作员工通过垫片反馈系统定期调整选垫系统补偿系数，测量设备通过精确测量相关尺寸选择垫片，并优化垫片组合，极大地提高了主减速器总成的装配质量。

3.1 测量系统的改进效果分析

为了验证测量系统的改进效果，分别对改进前后的测量设备进行测量系统能力分析。以L2尺寸的测量为例，选取同样的零件，分别记录改进前与改进后的重复性测量结果。如图4所示，菱形标记点(下侧)为改进前的测量数据，十组测量结果波动较大，最大值与最小值的波动在0.03 mm。正方形标记点(上侧)为改进后的重复测量结果，测量结果波动在0.01 mm之内，测量结果比较稳定。

图4 测量设备重复性结果

以测量系统能力分析的GR&R结果为例，通过测量系统改进，GR&R得到明显改善。改进前后的GR&R对比如下表所示：

表2 改进前后测量能力 GR&R对比

3.2 返工率效果分析

根据质量数据反馈，该方法提高了选垫效率，降低了因选垫问题引起的齿间隙返工，返工率低于国外相同产品。

表3 改进前的返工率数据

表4 改进后的返工率数据

4 结论

(1)本文的选垫优化技术已应用于公司的主减速器装配线上，实践表明该方法可以降低主减速器装配的返工率，提高了装配效率以及装配质量；

(2)为后续装配线上高水平测控技术与装备的开发奠定了基础，持续提高公司的产品质量，实现装配能力的同步提升。