差速器裝配中壓入設(shè)備的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳 波

（上海ABB工程有限公司動(dòng)力總成部門(mén)，上海201319）

0 引言

在差速器裝配中，需完成壓入工序的有圓錐滾子軸承內(nèi)外圈、主動(dòng)錐齒輪油封、輸出軸等裝配元件。這些裝配元件是否壓裝到位對(duì)隨后的工序有很大的影響，如圓錐滾子軸承外圈壓入后要求寬端面和殼體之間的間隙小于0.03mm，超出該值會(huì)使主、被動(dòng)錐齒輪之間的嚙合間隙值不合格；而油封如壓裝不到位，則會(huì)產(chǎn)生滲油、漏油現(xiàn)象。在最近參與的1條全新的半自動(dòng)差速器裝配線(xiàn)中，筆者設(shè)計(jì)了多臺(tái)以壓入為工藝內(nèi)容的裝配設(shè)備，在這些設(shè)備的設(shè)計(jì)中，有2種浮動(dòng)結(jié)構(gòu)可以比較經(jīng)濟(jì)地消除裝配元件和裝配主體件之間的偏心和傾斜，對(duì)于裝配的產(chǎn)品最終能符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求起到了關(guān)鍵作用。

1 裝配元件與裝配主體件之間保持相對(duì)浮動(dòng)的重要性

當(dāng)裝配元件1被壓入裝配主體件2的孔內(nèi)時(shí)，由于制造和裝配誤差的累計(jì)，總會(huì)使裝配元件與裝配主體件產(chǎn)生相對(duì)位置的偏移（圖1）。如果在這樣的狀態(tài)下強(qiáng)行壓入裝配元件，不僅會(huì)使壓入力顯著上升，還會(huì)刮損主體件并導(dǎo)致安裝不到位，使裝配質(zhì)量下降，影響產(chǎn)品的使用。雖然可以通過(guò)提高壓入設(shè)備的制造精度和裝配定位精度，來(lái)控制偏移在一定的允許范圍內(nèi)，但與之配合的裝配零件定位部分的公差也需要相應(yīng)提高，不僅需要付出較高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，且給產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。為了平穩(wěn)壓入，裝配元件與裝配主體件之間的相對(duì)浮動(dòng)是非常有必要的。

圖1 壓入位置偏移示意圖

2 浮動(dòng)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 裝配主體件固定側(cè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

在圓錐滾子軸承外圈壓入設(shè)備設(shè)計(jì)中，由于需要解決軸承外圈的定位、壓入導(dǎo)向和承受軸向載荷等問(wèn)題，所以浮動(dòng)由差速器外殼孔產(chǎn)生，作為裝配主體件的差速器外殼在浮動(dòng)支撐板上定位并夾緊，軸承外圈固定在壓頭上，外殼在壓入設(shè)備上的定位如圖2所示。具體工作原理如圖3所示，浮動(dòng)支撐板通過(guò)4組導(dǎo)套和導(dǎo)向軸連接到固定支撐板上，導(dǎo)套與浮動(dòng)板之間為過(guò)盈配合，但為防止使用中松脫另用臺(tái)階螺絲固定。導(dǎo)套和導(dǎo)向軸之間的單邊間隙為0.40～0.45mm，這樣可以使浮動(dòng)板能相對(duì)固定板作微量的移動(dòng)，補(bǔ)償軸承外圈和外殼之間的相對(duì)偏心和偏斜，使得外圈能順利壓入。浮動(dòng)板與固定板之間還有4組彈簧1和雙頭螺桿調(diào)節(jié)二者之間的初始間隙，初始間隙的設(shè)計(jì)值為1mm，設(shè)計(jì)浮動(dòng)范圍為±1mm。彈簧1和2的彈性系數(shù)均為29.4N／mm，在初始間隙為1mm的狀態(tài)下，彈簧1的變形量為4mm，承受的載荷為117.6N，4組彈簧共承受470N的載荷，作用在浮動(dòng)板上，可以使軸承壓入過(guò)程中浮動(dòng)支撐板的移動(dòng)不至于過(guò)快而導(dǎo)致外殼產(chǎn)生傾斜，在壓入完成后能迅速使浮動(dòng)支撐板回復(fù)原位。彈簧2的作用是防止調(diào)節(jié)螺母松動(dòng)。

圖2 外殼在浮動(dòng)支撐板上的定位示意圖

圖3 浮動(dòng)支撐板工作原理

2.2 裝配元件固定側(cè)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)

圖4所示為主動(dòng)錐齒輪油封的浮動(dòng)壓頭的工作原理，差速器外殼固定在浮動(dòng)支撐板上，以主動(dòng)錐齒輪工藝孔為定位基準(zhǔn)，壓頭前端的磁鐵吸住油封的內(nèi)圈，壓入差速器殼體的孔內(nèi)。由于油封的外圈為橡膠，設(shè)計(jì)公差較大，僅依靠外殼產(chǎn)生浮動(dòng)不足以消除二者之間的傾斜偏差，考慮到油封的壓入力較軸承外圈要小很多，所以油封固定側(cè)也可采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)消除傾斜的能力取決于推力球面軸承的調(diào)心范圍，在實(shí)際應(yīng)用中選取SKF公司的GX30F，該軸承調(diào)心范圍α＝5°，在該范圍內(nèi)是球面與支撐面上的聚四氟乙烯層之間的摩擦，在應(yīng)用該軸承時(shí)需防止球面滑動(dòng)超出該范圍。GX30F可承受的軸向額定動(dòng)態(tài)載荷為95kN，相對(duì)油封壓入的力，安全系數(shù)相當(dāng)高。推力球面軸承結(jié)構(gòu)如圖5所示。

推力球面軸承在壓入設(shè)備中的安裝方式如圖6所示，軸承軸與軸承球面內(nèi)徑的配合為間隙配合。橡膠減振器起到了減緩調(diào)心過(guò)程中的移動(dòng)和使壓頭工作后復(fù)位的作用。

圖4 浮動(dòng)壓頭工作原理

圖5 推力球面軸承結(jié)構(gòu)

圖6 推力球面軸承安裝方式示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

在壓入設(shè)備投入生產(chǎn)后，這2種結(jié)構(gòu)都發(fā)揮了很好的效果，保證了產(chǎn)品的順利生產(chǎn)。但二者之間各有優(yōu)缺點(diǎn)，利用推力球面軸承設(shè)計(jì)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)可以消除相對(duì)傾斜的偏差，而且結(jié)構(gòu)緊湊，但其不能解決水平方向裝配元件與裝配主體件中心線(xiàn)的偏移問(wèn)題。導(dǎo)向軸和導(dǎo)套成組使用可以解決偏心和傾斜2個(gè)方面的偏差，但因?yàn)樾枰紤]到承受不同方向的載荷，結(jié)構(gòu)相對(duì)較大，不適用于空間較小的場(chǎng)所。因此，需要實(shí)際分析裝配元件與裝配主體件的特點(diǎn)以及二者間的配合關(guān)系，才能作出合理的選擇。

［1］朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009