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    自動(dòng)變速器下線測試傳動(dòng)軸快速連接系統(tǒng)研究

    2022-06-22 08:02:54王虎張健魏存洋
    汽車工藝師 2022年6期
    關(guān)鍵詞:花鍵軸光電開關(guān)花鍵

    王虎,張健,魏存洋

    西安雙特智能傳動(dòng)有限公司,陜西西安 710119

    自動(dòng)變速器下線測試臺(tái)主要用于變速器總成生產(chǎn)裝配完成后,將變速器安裝到測試臺(tái)架并對其進(jìn)行一系列的下線功能檢測,以確保其功能正常,出廠合格。自動(dòng)變速器下線測試包括空載測試和負(fù)載測試,空載測試完成后需要連接傳動(dòng)軸進(jìn)行負(fù)載測試,負(fù)載電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸向自動(dòng)變速器傳遞轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。傳統(tǒng)連接傳動(dòng)軸的方式多為手動(dòng)連接,測試結(jié)束后再進(jìn)行手動(dòng)拆除,效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大,不能滿足現(xiàn)代工廠大批量生產(chǎn)的需求。因此,設(shè)計(jì)一種適用于自動(dòng)變速器測試的傳動(dòng)軸快速連接裝置顯得尤為重要。

    快速連接裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    試驗(yàn)臺(tái)原整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過飛輪盤與變速器的輸入端相連,空載測試不需要連接傳動(dòng)軸,負(fù)載測試前,變速器的輸出端通過傳動(dòng)軸與負(fù)載電動(dòng)機(jī)相連。原系統(tǒng)中使用的傳動(dòng)軸為萬向節(jié)傳動(dòng)軸,每臺(tái)變速器的下線測試負(fù)載測試前都需要將傳動(dòng)軸連接到變速器輸出法蘭,測試完成后又需要斷開傳動(dòng)軸。目前的方式為手動(dòng)連接或斷開,單臺(tái)連接或斷開各需要耗時(shí)60s,勞動(dòng)強(qiáng)度高且效率低下。

    圖1 臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)

    本方案是將圖1中的傳動(dòng)軸替換為一種快速連接裝置,具體結(jié)構(gòu)為圖2所示?;ㄦI套A一端連接變速器輸出軸端面齒法蘭,花鍵套內(nèi)部為內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu),花鍵套與傳動(dòng)軸通過花鍵方式連接,從而傳遞轉(zhuǎn)矩。傳動(dòng)軸末端設(shè)置有高彈聯(lián)軸器F,傳動(dòng)軸通過高彈聯(lián)軸器與負(fù)載電動(dòng)機(jī)相連。傳動(dòng)軸外側(cè)設(shè)置有防護(hù)罩E,防護(hù)罩一方面可以起到安全保護(hù)作用,另一方面防護(hù)罩上安裝有3個(gè)光電位置傳感器B、C、D,可以在傳動(dòng)軸對接過程中監(jiān)測其位置。負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座還設(shè)置有3個(gè)壓緊氣缸。

    圖2 快速連接裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    整體方案

    花鍵套預(yù)先安裝在變速器輸出法蘭上,需要連接傳動(dòng)軸時(shí),操作工按下控制盒上的前進(jìn)按鈕,位于負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座側(cè)面的3個(gè)壓緊氣缸執(zhí)行抬起動(dòng)作,位于底座下方的20個(gè)空氣氣窩開始充氣,向上頂起負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座,減小負(fù)載電動(dòng)機(jī)整體相對質(zhì)量,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過絲桿帶動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)整體向變速器輸出法蘭的方向快速移動(dòng)。安裝在負(fù)載電動(dòng)機(jī)上的花鍵軸開始靠近安裝在變速器輸出法蘭上的花鍵套,位于花鍵軸外側(cè)的防護(hù)罩跟隨花鍵軸整體移動(dòng),同時(shí)負(fù)載電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)帶著花鍵軸慢速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。安裝在防護(hù)罩上的光電開關(guān)B實(shí)時(shí)檢測花鍵套邊緣凸臺(tái)位置,光電開關(guān)B檢測到凸臺(tái)后移動(dòng)電動(dòng)機(jī)開始慢速移動(dòng),此時(shí)花鍵軸一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢插入花鍵套,在光電開關(guān)C檢測到凸臺(tái)位置后,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止,負(fù)載電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn),此時(shí)花鍵軸已到達(dá)指定位置。按下控制盒的停止按鈕,空氣氣窩落下,停止提供向上的頂力,壓緊機(jī)構(gòu)落下,壓住負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座邊緣,傳動(dòng)軸連接完成?;ㄦI軸對接過程如圖3所示。

    圖3 花鍵軸移動(dòng)過程示意

    主要部件選型

    針對快速連接裝置中所涉及的工作部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型。

    1.輸出軸對接部件選型

    現(xiàn)有變速器輸出法蘭為T180端面齒結(jié)構(gòu),4個(gè)聯(lián)接螺栓,轉(zhuǎn)矩傳遞方式為端面齒輸出,利用端面齒法蘭做轉(zhuǎn)接面,通過花鍵傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩,花鍵軸、花鍵套強(qiáng)度校核如圖4所示。校核完成后,花鍵對接方式可以滿足轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度使用需求。

    2.花鍵套工裝

    花鍵套工裝需操作工在變速器安裝到測試臺(tái)之前,先預(yù)裝到變速器法蘭端。花鍵套工裝如圖5所示。

    圖5 花鍵套工裝

    3.定位套

    花鍵軸的前端設(shè)置有定位套,用于保證花鍵軸與花鍵套嚙合后的同心度,定位套的端面有個(gè)大的引導(dǎo)角,引導(dǎo)花鍵軸進(jìn)入花鍵套。定位套結(jié)構(gòu)如圖6所示。

    圖6 定位套

    4.花鍵軸

    花鍵軸前端設(shè)置有定位緩沖銷,引導(dǎo)花鍵軸進(jìn)入花鍵套,花鍵軸內(nèi)部設(shè)置有緩沖彈簧組,緩沖彈簧組可以讓花鍵軸與軸末端的擋蓋保持一定的伸縮能力,起到緩沖作用。其工作原理為:對接過程中花鍵軸處于低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并跟隨負(fù)載電動(dòng)機(jī)一起向前移動(dòng),定位緩沖銷引導(dǎo)花鍵齒插入花鍵套,緩沖彈簧組可以緩沖對接瞬間剛性碰撞帶來的沖擊力,避免對接過程中傳動(dòng)軸對變速器的碰撞?;ㄦI軸結(jié)構(gòu)如圖7所示。

    圖7 花鍵軸

    5.高彈聯(lián)軸器

    高彈聯(lián)軸器可吸收沖擊振動(dòng)能力,在軸向、徑向和角向具有良好的補(bǔ)償能力,與軸系產(chǎn)品組合使用,形成高彈性傳動(dòng)軸。彌補(bǔ)臺(tái)架長期移動(dòng)及其他因素可能造成的驅(qū)動(dòng)與加載部件中心高偏差,引起傳動(dòng)軸對接不順暢及花鍵磨損。

    6.移動(dòng)機(jī)構(gòu)選型

    傳動(dòng)軸及負(fù)載電動(dòng)機(jī)的前后移動(dòng)是通過位于負(fù)載電動(dòng)機(jī)末端的移動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)的,負(fù)載電動(dòng)機(jī)底部無導(dǎo)軌,負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座下方設(shè)置有多組空氣氣窩,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前,氣窩向上頂起負(fù)載電動(dòng)機(jī),抵消部分電動(dòng)機(jī)重量,減小負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座的靜摩擦力,從而減小負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座磨損及降低移動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)選型及計(jì)算公式如表1所示。

    7.壓緊機(jī)構(gòu)選型

    壓緊機(jī)構(gòu)安裝在負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座的側(cè)邊,用于提供給負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座一個(gè)向下的力,防止在測試過程中由于離心力或振動(dòng)等原因造成負(fù)載電動(dòng)機(jī)前后移動(dòng),負(fù)載電動(dòng)機(jī)底座側(cè)邊共設(shè)置有3個(gè)壓緊裝置,在壓緊機(jī)構(gòu)落下時(shí),每個(gè)壓緊裝置可提供1500N·m向下的抓力。在需要連接傳動(dòng)軸時(shí),壓緊機(jī)構(gòu)需要向上抬起,取消壓緊底座。

    壓緊機(jī)構(gòu)是通過氣動(dòng)閥切換壓緊或松開的,氣動(dòng)閥通過PLC控制。每個(gè)氣缸裝置的壓緊和松開的位置分別安裝有位置傳感器,可將氣缸所處位置信號(hào)傳遞給PLC,作為反饋信號(hào)。

    8.光電開關(guān)及限位開關(guān)

    花鍵軸防護(hù)罩上安裝有3個(gè)光電接近開關(guān)B、C、D,當(dāng)有效范圍內(nèi)的金屬物體接近傳感器表面時(shí),傳感器信號(hào)會(huì)發(fā)生變化,并將該信號(hào)傳給PLC。光電開關(guān)B作為移動(dòng)電動(dòng)機(jī)快速和慢速移動(dòng)切換的信號(hào),光電開關(guān)C作為移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的停止信號(hào),光電開關(guān)D為前進(jìn)安全保護(hù)開關(guān),防止光電開關(guān)C失效后移動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)向前移動(dòng)撞壞變速器本體。

    負(fù)載電動(dòng)機(jī)的末端設(shè)置有機(jī)械限位開關(guān),作為尾部限位開關(guān),用于防止傳動(dòng)軸后退時(shí),移動(dòng)電動(dòng)機(jī)一直向后移動(dòng)超出范圍,造成脫軌。

    9.控制盒

    控制盒安裝到試驗(yàn)臺(tái)快速連接裝置旁,不考慮備用按鈕和備用指示燈,共設(shè)置有4個(gè)按鈕和3個(gè)指示燈。4個(gè)按鈕分別用于控制負(fù)載電動(dòng)機(jī)向前移動(dòng),向后移動(dòng),停止移動(dòng)以及故障復(fù)位,3個(gè)指示燈分別是系統(tǒng)就緒指示燈、傳動(dòng)軸已連接指示燈以及故障指示燈??刂坪薪Y(jié)構(gòu)如圖8所示。

    圖8 控制盒結(jié)構(gòu)

    控制系統(tǒng)部分

    傳動(dòng)軸快速連接裝置與試驗(yàn)臺(tái)通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行交互,傳感器信號(hào)與驅(qū)動(dòng)裝置形成閉環(huán)控制,只有無故障且滿足移動(dòng)條件時(shí)允許傳動(dòng)軸進(jìn)行對接或斷開??刂葡到y(tǒng)詳述如下。

    1.前進(jìn)按鈕和后退按鈕生效條件

    1)試驗(yàn)臺(tái)測試系統(tǒng)處于手動(dòng)模式,即自動(dòng)模式下不允許傳動(dòng)軸對接。

    2)測試臺(tái)HMI界面“允許底座移動(dòng)按鈕”已被手動(dòng)按下觸發(fā)。

    3)以上條件不滿足將觸發(fā)“按下停機(jī)按鈕”相關(guān)動(dòng)作。

    2.按下前進(jìn)按鈕觸發(fā)

    1)壓緊機(jī)構(gòu)抬起。空氣氣窩頂起。PLC檢測到壓緊機(jī)構(gòu)抬起后,負(fù)載電動(dòng)機(jī)10r/min旋轉(zhuǎn)。

    2)負(fù)載電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),帶動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)軸向前快速移動(dòng)。

    3)向前移動(dòng)過程中,PLC檢測花鍵套凸臺(tái)是否到達(dá)光電開關(guān)B位置,若到達(dá),移動(dòng)電動(dòng)機(jī)慢速運(yùn)行。

    4)向前移動(dòng)過程中,PLC檢測花鍵套凸臺(tái)是否到達(dá)光電開關(guān)C或D位置,若達(dá)到,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

    5)若1)或2)為已經(jīng)打開狀態(tài),則跳過。

    3.松開前進(jìn)按鈕觸發(fā)

    1)移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

    2)移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止后,負(fù)載電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。

    4.按下后退按鈕觸發(fā)

    1)壓緊機(jī)構(gòu)抬起。

    2)空氣氣窩頂起。

    3)PLC檢測到壓緊機(jī)構(gòu)抬起后,移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),帶動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)軸向后快速移動(dòng)。

    4)向后移動(dòng)過程中,PLC檢測負(fù)載電動(dòng)機(jī)是否到達(dá)尾部限位開關(guān),若到達(dá),移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

    5)向后移動(dòng)時(shí)負(fù)載電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn)。

    6)若1)或2)為已經(jīng)打開狀態(tài),則跳過。

    5.松開后退按鈕觸發(fā)

    移動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

    6.按下停止按鈕觸發(fā)

    1)先停移動(dòng)電動(dòng)機(jī)(無論是否運(yùn)行)。

    2)再停負(fù)載電動(dòng)機(jī)(無論是否運(yùn)行)。

    3)空氣氣窩落下。

    4)壓緊機(jī)構(gòu)落下。

    7.按下復(fù)位按鈕觸發(fā)

    (1)復(fù)位快速連接系統(tǒng)定義的相關(guān)故障。

    (2)必須故障解除后復(fù)位按鈕才起作用。

    8.系統(tǒng)就緒燈定義

    1)測試臺(tái)HMI界面“允許底座移動(dòng)按鈕”已被手動(dòng)按下觸發(fā)。

    2)“允許底座移動(dòng)按鈕”觸發(fā)條件為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng),負(fù)載電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)或雖啟動(dòng)但轉(zhuǎn)換低于15r/min。

    3)試驗(yàn)臺(tái)測試系統(tǒng)處于手動(dòng)模式。

    4)以上條件滿足后PLC將點(diǎn)亮系統(tǒng)就緒燈。

    9.傳動(dòng)軸已連接燈定義

    1)快速連接系統(tǒng)無故障。

    2)PLC檢測到傳動(dòng)軸已到達(dá)光電開關(guān)C位置。

    3)空氣氣窩和壓緊機(jī)構(gòu)已落下。

    10.故障燈定義

    1)未在系統(tǒng)就緒燈點(diǎn)亮狀態(tài)下的按鈕錯(cuò)誤。

    2)同時(shí)按下多個(gè)按鈕的錯(cuò)誤操作。

    3)前進(jìn)/后退按下后一定時(shí)間內(nèi),PLC未檢測到壓緊機(jī)構(gòu)已抬起信號(hào)。

    4)前進(jìn)/后退按下后一定時(shí)間內(nèi),負(fù)載電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)或雖啟動(dòng),但是沒有到達(dá)要求范圍。

    5)停止按鈕按下后一定時(shí)間內(nèi),PLC未檢測到壓緊機(jī)構(gòu)已落下信號(hào)。

    6)傳動(dòng)軸已連接燈熄滅狀態(tài)下,負(fù)載電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過20r/min。

    7)移動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)/負(fù)載電動(dòng)機(jī)扭矩監(jiān)測,超過設(shè)定扭矩范圍。

    8)移動(dòng)電動(dòng)機(jī)空開信號(hào)斷開。

    9)出現(xiàn)以上所述內(nèi)容時(shí),將會(huì)點(diǎn)亮故障燈,可通過控制盒上的復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位。

    結(jié)語

    該傳動(dòng)軸快速連接系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際的交付運(yùn)行,結(jié)果表明,運(yùn)行穩(wěn)定,傳感系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)形成閉環(huán)控制,可靠性高。系統(tǒng)改造完成后,連接或斷開傳動(dòng)軸的時(shí)間從原來10min縮短到了2min,極大地縮短了負(fù)載測試前連接傳動(dòng)軸的時(shí)間,降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度,滿足了生產(chǎn)需求。

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