汽油機(jī)甩油齒輪組件壓裝模設(shè)計(jì)

高立義

(廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，廣東 廣州510550)

圖1 是用于KG 系列汽油機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑的甩油齒輪組件結(jié)構(gòu)圖:甩油齒輪(材質(zhì)ABS)2 通過(guò)軸4 裝在發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋上，軸與齒輪動(dòng)配合，與箱蓋緊配合;軸用擋圈3 卡在軸的擋圈槽內(nèi);墊圈1 位于箱蓋與齒輪之間。裝配結(jié)束后，需保證組件間軸向總間隙0. 06 ±0.02 mm。

1 問(wèn)題的提出

試制初期，在氣動(dòng)壓床上對(duì)甩油齒輪組件壓裝;由于沒(méi)有專(zhuān)用定位導(dǎo)向措施，壓裝時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題:(1)若軸與孔的相對(duì)位置稍有偏差或軸稍有歪斜，45 鋼質(zhì)軸就會(huì)對(duì)箱蓋孔(材質(zhì)鋁合金)造成損傷，破壞了軸和孔的配合性質(zhì);(2)組件裝配后軸向總間隙0. 06 ±0. 02 mm 難以保證。為解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了壓裝模具。

2 壓裝模設(shè)計(jì)

2.1 定位夾緊方案設(shè)計(jì)

(1)箱蓋定位夾緊方案設(shè)計(jì)。如圖2 示，選擇箱蓋下平面定3 點(diǎn)，考慮到壓裝時(shí)的受力狀況，將3 點(diǎn)分別布置在箱蓋φ5H7 盲孔下端面和另外2 個(gè)凸臺(tái)處。為使箱蓋孔的徑向定位基準(zhǔn)與軸在裝配中的第一定位基準(zhǔn)重合，選φ5H7 孔定2 點(diǎn);因其是盲孔，壓裝時(shí)孔口朝上，因此將定位點(diǎn)放在孔口處。

箱蓋的夾緊由專(zhuān)用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)完成，圖2 中僅用符號(hào)示出位置。

(2)軸定位方案設(shè)計(jì)。如圖3 示，選擇軸的擋圈槽以上圓柱面定4 點(diǎn)，擋圈槽的上側(cè)面定1 點(diǎn)，則軸獲得完全定位。

2.2 定位及導(dǎo)向元件設(shè)計(jì)

(1)箱蓋定位元件設(shè)計(jì)。箱蓋定位元件分兩種，一種是孔用定位元件，一種是平面用定位元件。

設(shè)計(jì)壓模的壓桿同時(shí)為孔用定位元件，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4 中件1。壓桿小頭的工作尺寸φ5d6，為方便插入，其前端設(shè)計(jì)成15°斜角。箱蓋孔為鋁合金，壓桿的材料選用銅，采用嵌入式結(jié)構(gòu)裝于活塞3 中，便于更換。

平面定位元件分為兩種。如圖4 示:一種是自制凹形墊釘8，其上端面制成φ15 mm×2.5 mm 的凹面;另一種是墊釘6，為外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件。定位時(shí)先將箱蓋φ13 mm×4 mm 凸臺(tái)置于凹面內(nèi)，讓箱蓋快速獲得粗定位;再微調(diào)箱蓋，使壓桿插入φ5 mm 孔中定位。

(2)甩油齒輪軸定位元件設(shè)計(jì)。如圖3 示;設(shè)計(jì)壓裝模下端長(zhǎng)通孔為軸的徑向定位元件，孔的下端面為軸的軸向定位面，軸與定位孔的配合選用D7/n6。軸是以組件方式進(jìn)入定位，壓裝時(shí)以裝在軸上的軸用擋圈上側(cè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的軸向定位。

(3)導(dǎo)向元件設(shè)計(jì)。軸與孔材料的硬度相差很大，為防止壓裝過(guò)程中軸歪斜對(duì)孔造成損壞，設(shè)計(jì)軸的徑向定位孔同時(shí)為軸在壓裝過(guò)程中的導(dǎo)向元件(見(jiàn)圖3)。

2.3 壓裝模設(shè)計(jì)

壓裝模由氣動(dòng)壓模頭和定位板兩部分組成。根據(jù)大批量生產(chǎn)要求，選用氣動(dòng)壓床作壓裝設(shè)備。

(1)氣動(dòng)壓模頭設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)氣動(dòng)壓模頭如圖4示:壓模頭由壓桿1、氣缸2、活塞3、連接軸4 和螺釘5組成。其中壓桿在壓裝開(kāi)始前用于箱蓋定位，在壓裝過(guò)程中用作壓桿;氣缸與連接軸采用螺紋聯(lián)接，螺釘5用于防松。壓模頭通過(guò)連接軸裝在壓床主軸上，通過(guò)PLC 電控系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合作用控制壓裝過(guò)程。

氣缸側(cè)面設(shè)計(jì)進(jìn)排氣孔A 與B，兩孔通過(guò)氣管與車(chē)間氣源相連;下端φ5 mm 通孔用于對(duì)甩油齒輪軸的定位及壓裝過(guò)程導(dǎo)向。

壓桿采用銅質(zhì)材料;活塞采用灰口鑄鐵;氣缸和連接軸均采用45 鋼，且需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

(2)定位板設(shè)計(jì)。定位板由墊釘6、墊板7 和凹形墊釘8 組成。其中凹形墊釘自制，材質(zhì)45 鋼，調(diào)質(zhì)處理;墊釘為外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件;墊板是自制基礎(chǔ)支承件，采用灰口鑄鐵(見(jiàn)圖4)。

3 U 形塞尺設(shè)計(jì)

由圖1 知組件裝配結(jié)束后需要保證軸向總間隙Z=0.06 ±0.02 mm。Z值是裝配中多環(huán)尺寸鏈中的封閉環(huán)。若用提高尺寸鏈中各組成環(huán)的制造精度并對(duì)壓裝進(jìn)行行程控制的措施來(lái)保證Z值，則零件的制造成本會(huì)大幅度上升，不宜采用。

分析圖5 中墊圈、箱蓋和甩油齒輪的相關(guān)尺寸，充分利用有限空間，設(shè)計(jì)U 形塞尺來(lái)控制Z值。壓裝時(shí)U 形塞尺插在甩油齒輪與箱蓋相鄰兩側(cè)面間，其理論厚度H應(yīng)等于墊圈厚度1 mm 與Z值之和，即H=1.06 ±0.02 mm。塞尺的制造公差取H尺寸公差的1/2;為提高使用壽命，考慮到工作磨損，取塞尺制造的最大極限尺寸等于H的最大極限尺寸1. 06 +0.02 mm。

墊圈外徑為φ10 mm，設(shè)計(jì)塞尺U 形開(kāi)口尺寸為10.2 mm;為方便插入，在U 形開(kāi)口處設(shè)計(jì)R2圓角。塞尺的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖6 示，材料采用65Mn，淬火及發(fā)黑處理。

4 模具的使用

4.1 箱蓋定位夾緊

壓裝開(kāi)始前，將箱蓋φ13 mm ×4 mm 凸臺(tái)按圖4所示置于凹形墊釘8 的φ15 mm×2.5 mm 凹面內(nèi)。按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，壓床主軸帶動(dòng)壓模頭快速下移至預(yù)定位置，壓床主軸停，活塞向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)壓桿慢速下移;微調(diào)箱蓋位置，使壓桿緩慢插入φ5H7 孔中深3 mm 位置，箱蓋獲得完全定位，活塞停止運(yùn)動(dòng);氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)將其夾緊，活塞向上慢速運(yùn)動(dòng)，壓桿返回初始位置，壓床主軸快速返回初始位置，PLC 電控系統(tǒng)延時(shí)。

4.2 組件壓裝

左手將已組裝好的甩油齒輪軸插入壓模頭下端定位孔中并保持定位狀態(tài);PLC 電控系統(tǒng)延時(shí)結(jié)束，壓床主軸帶動(dòng)壓模頭快速下移至預(yù)定位置，壓床主軸停，活塞慢速向下運(yùn)動(dòng);在壓桿開(kāi)始將軸緩慢壓入箱蓋φ5H7 孔中時(shí)，松開(kāi)左手，墊圈落在箱蓋φ13 mm 凸臺(tái)面上;右手將兩面已涂潤(rùn)滑油的U 形塞尺緊貼箱蓋凸臺(tái)面插進(jìn)墊圈直至壓裝過(guò)程結(jié)束(見(jiàn)圖6)，活塞停止運(yùn)動(dòng);右手將U 形塞尺抽出，活塞慢速向上運(yùn)動(dòng)，壓桿返回初始位置，壓床主軸快速返回;與此同時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)，取下壓裝組件。系統(tǒng)完全復(fù)位。

5 結(jié)語(yǔ)

壓裝模具制成后裝于氣動(dòng)壓床。使用表明:壓裝模具完全能控制甩油齒輪組件裝配的軸向總間隙;保證了鋼質(zhì)軸與鋁合金孔的壓裝質(zhì)量;滿足了裝配技術(shù)及生產(chǎn)要求。

［1］成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］趙福如. 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)［M］. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2006.