CN105149864A - 变速器轴齿零件的过盈连接实现方法 - Google Patents

Abstract

一种变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，通过连接部位尺寸的在线检测、齿轮孔径的加热方式的组合、齿轮加热与轴冷却的工艺参数的设置以及齿轴连接夹具的对中套装装置，采用经过反复试验的工艺参数及过程控制，利用材料的热涨冷缩原理，将需要过盈配合的齿轮内孔和轴径先进行预处理，使相配零件部位形成足够的间隙，直接进行无阻力套装；待总成零件结合、冷却收缩后，相配部分恢复到原来的理想过盈量，形成足够的承受扭矩能力；本发明工艺实施后的零件不破坏已成品状态的齿轮内部组织结构及微观齿轮精度，又能承受相当的扭矩，适合大批量生产。

Description

变速器轴齿零件的过盈连接实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械制造领域的技术，具体是一种变速器中能承受一定扭矩的轴齿零件的过盈连接实现方法，且能应用于大批量生产。

背景技术

传统的输入轴与主动齿结合时，通常采用花键配合，或整体式的设计。

整体式的设计：由于轴向尺寸的限制，往往在机加工过程中会产生干涉，提高了制造难度；并且整体式设计，锻件成形性差，导致材料利用率低，成型成本高，且大余量的车削导致加工应力高，热处理畸变大的缺陷。

传统上，为了解决一体轴设计的成本和工艺性缺点，轴类零件上的齿轮通常采用花键过盈压配而成。缺点是增加了轴、齿花键制造工艺，需投入花键加工设备；内外花键的热处理变形稳定性控制是个难题；对于有齿轮的齿面硬加工，更需增加内花键硬拉的设备投入。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，利用材料的热涨冷缩原理，将需要过盈配合的齿轮内孔和轴径先进行预处理，使相配零件部位形成足够的间隙，直接进行无阻力套装；待总成零件结合、冷却收缩后，相配部分恢复到原来的理想过盈量，形成足够的承受扭矩能力；本发明工艺实施后的零件不破坏已成品状态的齿轮内部组织结构及微观齿轮精度，又能承受相当的扭矩。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

步骤1、连接部位尺寸的在线检测；

步骤2、齿轮孔径的加热方式的组合；

步骤3、齿轮加热与轴冷却的工艺参数的设置；

步骤4、将齿轮和轴分别置于齿轴连接夹具的对中心装置中实现对中套装。

技术效果

与现有技术相比，本发明适用于变速箱内承受一定扭矩的输入轴总成零件的大批量生产。相比现有的传统工艺，制造更为简单，只需要对零件的内孔和轴的外径进行普通的磨加工，没有特殊工序，每个零件锻造及制造难度降低、节省锻造材料。但对于本工艺的四项专利要求，有着严格的技术难点，是该工艺方法得以成功实现的必要条件。

附图说明

图1为本发明处理零件示意图。

图2为实施例中测量待连接齿轮内径尺寸示意图；

图3为实施例中测量待连接轴外径尺寸示意图；

图4为实施例中两齿轮孔径加热方式组合示意图；

图5为实施例中第一、二齿轮内孔感应加热器示意图；

图6为实施例中第一、二齿轮内孔加热棒示意图，图中：a、b为两个齿轮加热棒；

图7为实施例中两齿轮堆叠保温加热棒示意图；

图8为实施例中齿轮的外径初步定中心示意图，图中：a为对中夹具示意图，b为中心顶尖杆示意图；

图中：2输入轴、3第一齿轮、4第二齿轮、5气动测量装置、6齿轮上料料道、7接触测量装置、8感应加热器、9接触加热棒、10保温接触加热棒、11温度传感器、12对中夹具、13中心顶尖杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的输入轴2总成上第一齿轮3、第二齿轮4，其承载600NM静扭设计要求，计算出两个齿轮内孔与输入轴2外径相连接处的过盈量0.024～0.056；要完成该工艺，首先通过加热齿轮，使孔径涨大，输入轴2通过冷却，使在装配尺寸形成0.01‐0.05的间隙，达到无阻力套装的条件。通过相应计算公式，得出齿轮与输入轴2达到温度差ΔT＝181/194℃时，齿轮内孔会涨出0.07‐0.08，能满足0.01‐0.05间隙套装要求。齿轮零件的材料决定，低温回火温度范围是低于250℃，故考虑不影响热后金相组织及性能，目前的齿轮加热温度必须低于200℃，只要两者之间温度差ΔT满足181/194℃。

本实施例具体包括以下步骤：

步骤1、连接部位尺寸的在线检测：必须严格控制套装前相配零件组的尺寸，选配合格，才能进入装配；必须达到理论设计要求，满足热胀后的套装间隙及冷缩后的过盈。

预检系统，集成在设备总线里：在两个齿轮上料料道6的两侧分别安装两个气动测量装置5，在齿轮加热前，通过两个气动非接触式读取测量传感器测其内径；在输入轴2的上料料道前端，集成了一个接触测量装置7，此测量装置上采用一个接触式测量传感器对输入轴2的外径进行测量。非接触式及接触式读数，高分辨率检测精度达到0.0016，同时有可读式的电子程序，根据软件QDAS进行评估，通过电脑作测量报告；如果发现不合格品，机床停止，桁架机械手将齿轮或输入轴2自动移除到不合格品料架上，并重新装载新的零件，直到合格零件组相配，如图2所示。

步骤2、齿轮孔径的加热方式的组合：该步骤应用了感应预加热8、接触加热棒9和接触保温加热棒10的组合方式加热，具体为：齿轮从测量站转运到感应加热站，预加热自动开始，达到150℃，预加热温度比最终温度要低。感应发生器集成温度传感器11，对温度进行控制，加热时间通过程序设定来控制，如图4～图6所示。

预加热后，卡爪抓取齿轮，通过线性导轨提升齿轮然后移动，齿轮被转运到温度保持站。在此保温站，通过接触式加热的方式，齿轮达到最终需要的温度，加热棒和齿轮部位都安装了温度传感器11，对其温度进行控制和监测的，齿轮温度最大不超过200℃，温差为±5℃。

当温度达到后，两齿轮集中成一套。通过数控X/Z输入轴2线性导轨的动作，齿轮被重叠放置。在重叠时，另有保温加热站，直至套装夹具上，也带有保温装置。工件的内孔涨出量是稳定可靠的，如图7所示。

步骤3、齿轮加热与输入轴2冷却的工艺参数的设置：感应加热是齿轮预加热工位，温度为150℃，通过试验数据论证及零件的外形结构，设定第一齿轮3感应加热功率52％，加热时间30S；设定第二齿轮4感应加热功率68％，加热时间30S，能使工件升温到150℃。加热线圈缠绕方式优化，使线圈头尾不集中一点。防止加热点集中，温度不可控。

加热保温站通过恒温接触加热棒10实现，设定加热棒理论温度185℃，上限温度250℃；加热棒和齿轮部位都安装了温度传感器11，对其温度进行控制和监测的，齿轮温度最大不超过200℃，温差在±5℃。同时升温保温时间控制在900S之内，加热次数小于3次。防止加热后零件局部变色发蓝，产生回火现象，防止热后金相组织及性能的变化。

要完成该工艺，通过加热齿轮，使孔径涨大，输入轴2通过冷却，使在装配尺寸形成0.01‐0.05的间隙，达到无阻力套装的条件。通过相应计算公式，得出齿轮与输入轴2达到温度差ΔT＝181/194℃。在上料输入轴2时，通过水/气型冷却装置进行水热交换，在输入轴2的四周布上喷嘴，吹出冷风，将输入轴2冷却到大约5～10℃。在冷却通道的尾端，温度被非接触温度测量传感器测量。输入轴2冷却系统配备温度控制系统，以确保输入轴2的冷却温度的恒定，温度控制精度+/‐5℃

步骤4、齿输入轴2连接夹具的对中套装装置：第一齿轮3和第二齿轮4被送到对中夹具中12，固定在对中夹具中的夹紧位置，通过齿轮的外径初步定中心；下方伸出一个中心顶尖杆13，通过两个顶尖固定住输入轴2，完成最终定中心并带动输入轴2向下垂直移动，不产生任何压力的情况下穿过两个齿轮，从而实现了无阻力套装，如图8所示。

所述的定中心，条件为顶尖的外径与齿轮的内径的同心度达到0.02mm。齿轮的套装输入轴的轴向尺寸是通过数控轴控制的，集成了力值和行程监控。

Claims (10)

1.一种变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、连接部位尺寸的在线检测；

步骤2、齿轮孔径的加热方式的组合；

步骤3、齿轮加热与轴冷却的工艺参数的设置；

步骤4、将齿轮和轴分别置于齿轴连接夹具的对中心装置中实现对中套装。

2.根据权利要求1所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的步骤1，具体为连接部位尺寸的在线检测：实现连接零件100％符合配合过盈要求，并能反馈检测信息给相应集成服务器，实现总成零件质量和过程参数的可追溯性。

3.根据权利要求2所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的在线检测，通过预检系统实现，该预检系统集成在设备总线里：通过在两个齿轮上料料道6的两侧分别安装两个气动测量装置，在齿轮加热前，通过两个气动非接触式读取测量传感器测其内径；在输入轴的上料料道前端，集成了一个接触测量装置，此测量装置上采用一个接触式测量传感器对输入轴的外径进行测量。

4.根据权利要求1所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的步骤2，具体为齿轮孔径的加热方式的组合：要实现齿轮内孔表面均匀、稳定、快速加热，且在零件热套前，能保持最终的温度，选择合理优化的加热方式：通过感应加热、端面接触集加热和保温一体的加热棒方式，使孔径涨出量快速、稳定达到理想尺寸；过程又不破坏已成品状态的齿轮内部组织结构及微观齿轮精度。

5.根据权利要求4所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的加热，齿轮温度最大不超过200℃，温差为±5℃。

6.根据权利要求4所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的保温。通过恒温接触加热棒实现，设定加热棒理论温度185℃，上限温度250℃；齿轮温度最大不超过200℃，温差在±5℃，升温保温时间控制在900S之内，加热次数小于3次。

7.根据权利要求1所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的步骤3，具体为齿轮加热与轴冷却的工艺参数的设置：优化加热功率、控制加热时间、相配零件的温度差匹配、加热线圈的的缠绕方式、反复加热的次数限制、轴冷却的方式及冷却温度设定；在得到齿轮加热膨胀量的同时，又避免低温回火现象，同时也控制轴冷却的水滴问题，使零件在装配尺寸形成足够合理的间隙，达到无阻力套装的条件。

8.根据权利要求7所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的工艺参数具体是指：设定第一齿轮感应加热功率52％，加热时间30S；设定第二齿轮感应加热功率68％，加热时间30S，能使工件升温到150℃。

9.根据权利要求1所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的步骤4，具体为齿轴连接夹具的对中心装置的设计：调整夹具齿轮与轴的定心装置，齿轮固定，外径粗定心；轴装在两个顶尖上固定，实现两顶尖与齿轮外径粗定位的同心度，带动轴上下垂直移动，无阻力通过齿轮，实现零件组的同轴度及装配到位，适合大批量生产。

10.根据权利要求9所述的变速器轴齿零件的过盈连接实现方法，其特征是，所述的顶尖的外径与齿轮的内径的同心度达到0.02mm。