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主被齿垫片测量机测量精度影响因素分析与实验分析.pdf

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插图清单图2.1典型汽车驱动桥主减速器及差速器6图2.2主动锥齿轮总成..9图2.3差速器总成9图2.4测量示意图.1 1图2.5主锥装配测量S1.11图2.6总成装配线测量S211图2.7直接测量方法示意图.12图28相对测量方法示意图.12图2.9装配线截面图14图2.10装配小车..15图211测量设备结构图16图2.12测量系统结构图17图2.13测量系统三维模型图.17图214测量平板受力分析示意图18图215下测量平板的应力分析图..19图2.16下测量平板的应变分析图19图2.17上测量系统安装板应力分析..19图2.18上测量系统安装板应变分析19图2.19支撑板的应力分析.20图2.20支撑板应变分析..20图2.21测量实时曲线.21图3.1调试标定值分布图24图3.2调试标定值O.01mm区间的概率24图3.3调试测量结果分布图25图3.4调试测量值0.Olmm区间的概率25图3.5表面粗糙度27图3.6减速箱装配结构图.29图3.7减速箱装配尺寸链29图3.8判断增环、减环的方法30图3.9尺寸链误差积累..31图3.1 0封闭环误差计算一32图3.11测量系统的工作结构图及其尺寸链图..34图3.12滑块在不受外力情况下状态..37图3.13滑块受外力作用37图3.14回转部分结构图..39图3.15紧螺栓连接受力变形线图..40图3.16直线到导轨副的改进..42图3.17测量系统支撑板改进..42图4.1改进后测量实时曲线45图4.2标定结果的分布图.45图4.3标定结果的3s置信区间.45图4.4测量结果的分布图46图4.5测量结果的3s置信区间46图4.6合格的啮合斑点..48图4.7不合格的啮合斑点..48图4.8安装距与齿面接触区的关系..49图4.9安装距对齿面接触区的影响..50图4.10轴线偏置与齿面接触区域的关系一50图4.11轴线偏置对齿面接触区的影响..50图4.12齿轮调节示意图51表格清单表2.1同一时间段的标定数据20表2.2同一工件的测量值.21表4.1标定数据.44表4.2同一工件的测量值.44表4.3手工测量与设备测量的结果对比47表4.4啮合斑点的调整方法52独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 金匿工些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位敝储躲糯歇 签字日期.≯矛年细谚日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金日巴』些厶堂有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权金壁工些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书学位论文作者虢拗次签字日期莎年勿月踢日学位论文作者毕业后去向工作单位通讯地址导师签名签字日期pp年y月电话邮编彳日致 谢三年紧张而充实的研究生生活即将结束。在此论文完成之际,我的心情万分激动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程,我得到了许多热情的帮助。首先感谢我的导师王淑旺副教授,在过去三年研究生的学习和生活中给了我无数的关怀和指导,王老师在繁忙的工作之中从未放松对我的指导,鼓励我以创造性思维思考问题,教导我如何进行理论上的研究,并为我提供了许多实践的机会,锻炼了我独立解决问题和实际运用能力。在日常生活中,王老师也给了我极大支持和关怀。王老师独特的教学方法、严谨的治学态度、渊博的学识以及平易近人的待人方式,给我留下了深刻的印象,是我永远的学习榜样。在此再次向王老师致以深切的敬意和衷心的感谢感谢合肥工业大学机械与汽车工程学院的林巨广老师、任永强老师对我研究生期间学习的关心和教导。感谢巨一自动化装备有限公司的沈百诚总工程师;郭金虎、王剑波、吕苗苗、石爱文、张明、杨建君、俞琦等工程师。感谢连传庆、蔡高坡、王金龙、吴磊、柳国光、汪洋、景兴琪等师兄在工作及学业上给予手把手的指导。感谢郗世洪、张定、关鹏、赵强、鲁恒飞、梅宇等师弟们给予极大的帮助和支持。感谢我的同学陈清红、王华国、杨勇、苏晓峰、郑大维及507实验室所有兄弟,有他们的陪伴使得我研究生生活精彩丰富。我要特别感谢我的父母和哥哥多年来对我的学习和生活的支持和鼓励。在我困惑犹豫茫然的时候,是他们给予了我坚定的信心和前进的力量,使我得以顺利完成了学业。本文凝结了他们的心血、教诲和温暖最后,感谢评阅论文和出席硕士论文答辩委员会的诸位专家、教授在百忙中给予的悉心指导同时也对曾给予我帮助和关心我的老师、同学和朋友们表示衷心的感谢作者沈磊跃2010年04月第一章绪论1.1课题的来源及意义1.1.1课题的来源本课题来源于安徽巨一自动化装各有限公司为某车桥生产企业的某型号主减速器装配线所研制的主被齿垫片测量机的项目,同时也是合肥工业大学汽车装备工程技术研究所的研发项目。拟通过对该型号测量机简称“主被齿垫片测量机“的测量精度影响因素进行分析和实验研究,找出影响设备测量精度的因素,为设备的改进及新一代主被齿垫片测量机的研制奠定基础。1.1.2课题的意义现代汽车工业是“技术密集、资金密集、劳动密集’’型产业i1】。制造业尤其是汽车工业整体的快速发展带动了经济、技术及诸多相关行业迅猛发展,形成了庞大的经济产业链,任何发达中国家无一不将其作为重要产业。汽车制造业现已成为评价国家工业化水平以及科技水准的主要指标。中国作为后起的汽车工业国家,提升汽车的质量,提高国产化率是我国汽车工业今后参与国际竞争的前提条件【2j。近代全球经济发展表明,发达国家经济的发展均与汽车产业有着密不可分的关系【3】。中国建国以来,汽车工业经过半个多世纪的发展,特别是近二十几年来的发展,其经历了从无到有、规模由小到大的辉煌历程。2009年中国汽车年产量已实现1300万辆目标,中国的汽车生产量和消费量已经跃居世界第一位,汽车变速箱和桥减速器产值已超过千亿人民币。国家相关部门预测,我国汽车产业还将继续迅速稳健增长。由国家汽车工业部的相关规划可以看出,我国今后相当长的一段时间里,整车设计及其零部件的自主研发能力建设是汽车工业的发展重点。随着国内外汽车市场竞争的加剧,依靠先进的科学技术提高汽车质量、降低成本已成为汽车企业生存发展的途径。我国汽车工程学会的相关报告也反映出,现阶段我国汽车行业应不断增强自主研发独立设计的能力,重视技术标准的研究和制订,同时也应该加快推出新产品的速度,提高制造工艺和产品装配设备的设计能力,为提高我国汽车工业的国际竞争力打好基础。我国“十一五“规划中,国家汽车工业部特别提出将汽车产品的母机作为今后汽车行业发展的重点方向。主减速器总成是汽车传动系关键部件,其质量的好坏,直接影响汽车运行的平稳性、噪声、寿命及能耗。主减速器总成在汽车传动系中发挥着重要作用,其质量性能与生产规模已成为评价一个国家汽车工业发展水平的重要标准。提高主减速器总成的装配质量,已成为各汽车车桥生产企业关注的主要问题。零部件制造质量和总成装配质量是减速器总成质量的决定因素,所以在主减速器装配过程中,必须严格控制关键的间隙、扭矩和预紧等【4】。主减速器总成装配中,需要严格控制的关键点有主从动锥齿轮副之间的齿侧间隙及该齿轮副的啮合斑点情况;主减速器锥齿轮总成装配过程中圆锥滚子轴承预紧力;装配过程中各个部位的螺钉、螺母需要拧紧的扭矩。关于圆锥滚子轴承的预紧力及螺钉、螺母的拧紧扭矩,国内学者已做过相当多的研究,其控制技术日趋成熟。但主从动锥齿轮副之间的间隙及啮合斑点的调整,目前仍未出现有效的突破。主减速器中主从动锥齿轮副是减速器总成的核心零部件之一,准确选择轴承座与减速器壳体接触面间的垫片是控制主从动锥齿轮在传动中保持适当齿侧间隙及良好啮合区域的保证。对于该垫片的测量选择因此显的尤为重要。1.2国内外主减速器总成装配技术研究现状及发展趋势主减速器在汽车传动过程中的重要性不言而喻,在对主减速器研究方面,国外做了大量工作取得了众多成果,尤其是在装配工艺及新型主减速器的研制方面。在主减速器的装配过程中,主从动锥齿轮的装配是减速器的重要组成部分,也是装配要求较高的零部件,因此,主从动锥齿轮配对装配技术的研究很早就得到了国内外汽车生产厂家的重视。1.2.1国内主减速器总成装配技术研究现状我国“十一五“规划提出,增强汽车工业自主创新能力,加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件,大力发展民族汽车工业。目前,国内开展的主减速器总成装配技术研究方向主要有以下几个方面1主减速器壳体垫片选择主、被动锥齿轮是否啮合良好,是影响汽车后桥主减速器装配质量好坏的一个重要因素。正确选择壳体垫片厚度,以保证主、从动齿轮间合适的啮合区域及齿侧间隙,是提高主减速器装配质量的保证。国内合肥工业大学和成都电子科技大学等开展了主减速器壳体垫片预选相关研究,建立了测量选垫模型,开发了主减速器壳体垫片预选设备,测算满足主、被动齿轮正确啮合所应垫垫片的总厚度,完成主减速器壳体垫片预选工作,提高了主减速器的装配质量【5】【6】o2主锥轴承预紧垫片选择为了提高主动齿轮轴的轴向刚度,以及支撑刚度,以保证后桥齿轮和轴承的良好工作状态,要求主动齿轮轴螺母在满足工艺要求的拧紧力矩条件下,主齿轮轴轴承应具有合适的预紧力矩【7】。而预紧力的大小是通过调整垫在两个圆锥滚子端面的垫片厚度来调节的。垫片过厚则螺母拧紧产生的预压力作用至垫2片上,仅通过轴承内圈,使得轴承的预紧力偏小;反之垫片选择过薄则轴承预紧力偏大。为此,合肥工大汽车装备工程技术研究所经过深入的研究,建立了主锥选垫的测量模型,顺利地研制了选垫设备并应用于生产。3汽车主锥总成预紧力检测技术现阶段,国内部分车桥生产企业对主锥轴承预紧力的检测还停留在依靠熟练工人的经验检测及应用简单的测量工具进行检测的情形。随着车桥生产企业对主锥总成装配质量提出了更高的要求,轴承预紧力检测方法的革新也逐渐提上日程,成都电子科技大学和合肥工业大学开展了一系列研究【8】【9】【lo】,成功研制了压装检测设备,及拧紧检测设备。压装检测设备主要是根据主动锥齿轮凸缘螺母的拧紧力矩要求,计算出圆锥滚子轴承承受的正压力,在该设备模拟该正压力的过程中,测量轴承的预紧力矩,当预紧力合适是则通过该工位,若不合格将返回2,重新选择主锥轴承预紧垫片。拧紧检测设备是根据凸缘螺母的拧紧力矩要求,在拧紧过程中,实时监测拧紧力矩同时检测圆锥滚子轴承的预紧力,当拧紧力矩在要求范围内,且轴承预紧力也符合要求,则该主减速器锥齿轮总成装配合格。该研制设备已经开始应用在生产实践过程中,并得到客户的高度认同。4汽车主锥总成拧紧主锥凸缘螺母通过伺服电机带动拧紧轴的拧紧机,拧到所要求的扭矩范围内。国内原来的主锥总成拧紧设备的稳定性较差、效率低,而高档拧紧机都依赖进口国外设备。为此,合肥工业大学联合电子科技大学等就自动拧紧设备的应用展开了研究,成功研制了全新的自动拧紧设备【ll】【121。现阶段国内展开的主减速器总成装配技术研究,其发展趋势主要表现在以下几个方向1高柔性。随着社会和市场的发展,汽车需求趋于多样化、多元化,企业的生产也必须满足多种类、中小批量的需求。汽车传动系制造技术及装备,必须具有高度的柔性以满足多种类产品的需求;2高精度、高可靠性。零部件的制造质量与装配质量直接影响到汽车传动系总成的质量。因此,要保证汽车传动系的质量,就必须提高车辆传动系零部件的制造与装配质量;3自动化。随着市场的扩大和汽车行业的整合使得汽车企业的生产规模越来越大,企业产品的质量要求越来越高,提高装配质量及装配效率是企业面临的关键问题。通过提高产品的装配设备的能力,提高工人操作效率,提高产品的装配质量。装配设备的自动化是当前的发展趋势,通过提高装配设备的自动化测控程度来提高装配产品的质量及效率已成为一种极有效措施。1.2.2国外主减速器总成装配技术研究现状发达国家汽车产业的主减速器总成装配质量普遍高于国内,原因主要是两3方面18】一是零部件的加工质量高。国外企业通过先进精密加工技术使得零部件制造误差小,零部件的加工质量高。这为获得优良的产品装配质量提供了必要条件。二是多年积累的经验为他们装配线上高水平测控技术与装备的开发奠定了基础。高技术水平的在线测量设备是高质量的装配产品的保证。作为汽车驱动桥重要组成部分的主减速器装配技术研究早已得到了国外厂家的重视。发达国家的汽车生产企业,很早就开始了主减速器中主被齿装配方面的相关研究。由于影响汽车后桥装配线上主被齿调整垫片的测量选择的因素较多,故很难准确测量与选垫。现阶段对于国外的大部分车型,该调整垫片已替换为弹性垫片或通过提高装配零部件的制造精度取消该处的调整垫片结构,以减小测量选择垫片带来的误差。但在重载卡车上,这种结构仍然使用,选择装配完成后,通过齿侧间隙自动测量调节设备对主减速器进行装配调节。在汽车主齿轴轴承预紧及其隔套垫片选择方面,主锥选垫机也早已广泛使用,使其产品性能得到了可靠的保证【l 31。国外研究主要集中在轴承预紧力对旋转的主动锥齿轮轴的动态和静态特性参数的影响、轴承部件的预紧方法和预紧力控制,在大批量生产过程中实现预紧力等方面的控制【14儿15】【16】【1 71。这些自动化装配设备在测控方面尤其是在精度控制方面,绝大部分都采用了6s检测,部分高要求的采用3s检测理论。在满足使用要求的前提下,通过该设备装配产品,对己成功装配的产品相关参数做样本统计,并作6s/3s的置信区间,以此来判别下一次装配产品的参数合格与否。如测量设备对轴承预紧力垫片测量选择过程中,采用3s检测理论,通过多次测量选垫,系统将已测量数据做样本统计,得到该数据的统计规律,针对数据分布的正态分布特征曲线,做±3s的概论统计,确定测量极限误差在±3s区间内,对于超出这个区间的测量值,系统将判定该测量值对应的产品不合格或出现相关故障。发达国家的汽车企业,均具有自己先进的主减速器总成装配线,其装配效率高、工作噪声低、使用寿命长,主减速器装配工艺标准明显高于国内。国外装配线的突出特点驱动桥减速器总成装配线的自动化程度高,且在线自动测量设备应用广泛。1.3本课题研究的主要内容为了提高测量设备的测量精度及其稳定性,并使得通过测量设备测量选择出来的调整垫片满足减速器装配时的质量要求,提高产品的装配效率及质量,本文从以下几个方面内容进行研究通过对诸多的影响因素进行理论分析和实践研究,针对目前某车桥生产企业正在使用的在线主被齿垫片测量机的情况,对测量选垫机测量准确度和稳定性进行深入分析,为新型测量设备的研制奠定基础。4本论文第二章首先从产品的结构分析入手,详细地分析了该型号主减速器的结构、装配工艺、及该主减速器的关键装配环节,确定测量的对象,测量的必要性和可行性,并在此基础上,选择测量的原理及方法。接下来根据装配线及装配工艺的要求,对测量设备进行具体的结构设计。把握测量设备中的关键零部件,利用材料力学、相关分析软件对该部分的零部件做分析。在符合刚度及强度的基础上,根据产品的特点完成设备的结构设计。在该设备制造装配完成后,对该设备进行调试得到初步的调试结果。第三章通过对调试结果做进一步分析,确认该设备的测量精度及稳定性较差。通过对影响测量精度及稳定性的因素进行分析研究,把握测量精度的主要的影响因素并对测量元器件、被测工件等进行分析。接下来再利用尺寸链相关理论对测量设备的装配及工作过程进行分析,找出结构上的存在的缺陷。然后,从测量设备的电气控制及数据采集与分析的处理办法上,分析可能存在的影响因素。最后,根据以上分析得到的结果,对该设备做相关改进。第四章根据改进后测量设备的装配调试数据分析确认该设备的精度及稳定性达到使用要求。在实际应用中,测量选择相应厚度值垫片,装配时通过现场啮合斑点反馈,检测垫片选择的合适程度,并根据啮合斑点情况,给出相关调整指导。
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