双离合变速器输出轴前轴承压装工艺研究

涂广平， 韩雪， 邹勇， 曹元平， 黄超， 尹大乐

（1.浙江吉利动力总成有限公司，浙江 宁波315800；2.合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥230009）

0 引 言

轴承是变速器的支撑组件，为保证定位，与壳体轴承座孔之间采用过盈配合，轴承压装过程直接影响变速器的传动精度、振动噪声和使用寿命[1-2]。最初是采用手工敲击的方法对变速器轴承进行装配，这种装配方式不仅效率低下，而且严重影响装配质量。随着装配技术的不断发展，汽车生产厂商开始使用压力机进行轴承装配。压装受力过程十分复杂，无法准确测量压装过程中和压装完成后轴承和轴承座的应力分布[3-4]，因此，需要对轴承压装力进行正确的分析计算。本文在理论计算的基础上，分析了双离合自动变速器（DCT）输出轴前轴承外圈在壳体轴承座孔的压装工艺过程及设备，并通过试验对结果进行了验证，得到压装力-位移曲线，为压装设备的设计与压装过程的监测提供了理论依据。

1 压装力理论计算

为了得到压装力的理论值，首先需要计算出接触面间的径向接触应力。多层组合圆筒结构是将厚壁圆筒分为2个或2个以上的单层圆筒，各层之间有一定的过盈尺寸，这种利用紧配合的方法套在一起制成的厚壁圆筒称为“组合圆筒”[5]。显而易见，轴承外圈与轴承座孔之间的过盈装配属于“组合圆筒”问题，其具体结构如图1所示。过盈配合的接触比较复杂，接触区间在压装过程中通常会产生弹性变形和塑性变形[6]，在本文中仅考虑了压装过程中的弹性变形。对于弹性变形状态下过盈配合的接触应力，可采用厚壁圆筒理论与拉梅公式来进行求解[7]。套合前，轴承外圈（内圆筒）内半径为R1i，外半径为R1O；轴承座孔（外圆筒）内半径为R2i，外半径为R2O。设理论过盈量为δ，则δ=R1O-R2i。

在压力p的作用下，轴承外圈外壁向内压缩，轴承座内壁向外膨胀，从而使轴承外圈和轴承座紧密配合。设轴承外圈外径变形量为u1，轴承座孔内径变形量为u2，则

图1 轴承外圈与轴承座孔套合模型

式中：E1为轴承外圈弹性模量，N/mm2；μ1为轴承外圈泊松比。

由弹性力学理论可以列出轴承座孔内壁的径向位移为

2 压装系统及工艺分析

本文介绍的双离合变速器轴承与轴承座孔具体结构如图2所示。装配过程是通过电动伺服压机完成的，属于压力压装法。

图2 DCT输出轴前轴承与壳体轴承座孔结构示意图

2.1 电动伺服压装设备

电动伺服压机主要由C形架、反靠机构、托盘举升定位机构、伺服压机、压头浮动机构、压机变位机构、离壳随行托盘、RFID（射频识别装置）、操作面板HMI（人机界面）等部分组成，综合考虑变速器装配流程和定位要求，伺服压机固定在随行托盘下方，伺服电动机通过同步带轮驱动滚珠丝杆，与滚珠丝杆配套的螺母依靠导向机构带动抗扭压轴及其联结的压头实现垂直向上的压装动作，具体结构如图3所示。

图3 电动伺服压机

伺服压机标配的编程软件可用于创建简单和复杂的压装程序，记录、显示质量数据，存储压装的过程数据。通过操作界面可以在程序步中直接输入过程参数，如压力、位移、时间、速度、加速度、减速度等，程序被调用时就会自动向下执行。可以通过力-位移（Fl）曲线上的窗口或包络线等方式对工件的压装过程进行监控。该压机具有刚性好、噪声低、效率高、柔性好等优点。

电动伺服压机的压装过程分为快进、探测、压装、保压、返回等5个步骤[8]。开机时设备自动寻找工作原点，人工设置好压装参数后，工件9随托盘2移动到压装工位，RFID3读取托盘2上的信息，托盘2举升定位，反力机构8下降与工件9接近，压头10将在此位置以快进速度上升至探测位置，开始探测过程；压头10以探测速度继续上升，若到了所设定的探测限制位置仍未探测到工件，压头10将停止动作，并自动返回工作原点，报警请求工作人员处理；而在探测过程中接触压力及其它参数达到设定值时，压头10自动切换到压装速度，开始压装过程；压装到设定位置时将按照设定好的时间进行保压过程；保压完成后压头10按照设定速度返回至工作原点，压装过程结束。具体流程如图4所示。

图4 压装流程图

2.2 工艺分析

为保证压装质量，在压装过程中应注意以下几点：1）输出1轴采用圆柱滚子轴承，且具有正反面，压装过程中应注意轴承正反防错，可以采用光电传感器对正反面轴承保持架与外圈端面高度差异进行检测，轴承正确压装方向如图5所示；2）为保证压装位置准确，壳体通过3个小平面和2个孔进行定位，如图6所示；3）壳体为薄壁件，为防止壳体在压装过程中受力变形，应采用反力支撑机构，如图7所示；4）压装过程力设置为2～18 kN，压装截止力为23 ～25 N。

图5 轴承压装方向

图6 定位孔及定位面

图7 反力支撑面

压装试验及结果分析

采用第2节所述的电动伺服液压机，严格按照压装步骤及压装工艺要求，对双离合自动变速器轴承进行压装试验，试验结果如图8所示。在图8中有一条反映各阶段压装状态的时间轴。自设备工进开始，采样频率10 000 Hz，将这些点连接起来，便形成一条曲线，从而反映轴承在压入轴承座孔过程中的每一位置的压力变化（t5区除外）。在时间轴上，将压装曲线划分为t0、t1、t2、t3、t4、t5共6个时间阶段进行分析[9]：1）t0阶段。浮动压头找正，曲线有起伏。2）t1阶段。轴承外圈挤压压缩，至外圈未压入部分直径与壳体配合孔径大小接近为止，曲线上升。3）t2阶段。轴承外圈和壳体内孔受压综合形变进入稳定区域，压装力上下小幅度波动。4）t3阶段。轴承端面贴靠到壳体，压装力急速上升，直至完全贴合。5）t4阶段。轴承压装系统无间隙，压装力近似垂直上升。6）t5阶段。压机达到设定的截止力，开始保压，保压5 s（该区域压头位移为零）。

图8 轴承压装曲线

从图8中轴承压装曲线及对各个阶段的分析可以看出，压装曲线在规定区域内，压装结果较为理想。

4 结 论

本文通过理论计算、压装工艺的分析与实验验证三个方面对变速器轴承压装工艺进行研究，得到以下结论：1）变速器轴承外圈的压装力F与摩擦因数f、过盈量δ、压装深度l等因素成正比例关系；2）压装速度对压装力的影响很小，在生产过程中可以适当调节压装速度以适应生产节拍；3）通过对双离合自动变速器轴承压装试验结果分析，证明了采用电动伺服压机按照文中给出的压装方法有利于提高生产效率、稳定加工质量。