一种主锥选垫装置及方法

摘要

本发明涉及主减速器的装配及检测设备技术领域，具体提供了一种主锥选垫装置及方法。所述主锥选垫装置，包括夹紧旋转机构和测量机构；夹紧旋转机构，包括径向夹持器、轴承夹持器和旋转驱动装置，径向夹持器用于夹持主锥轴尾部，旋转驱动装置用于驱动径向夹持器转动；测量机构包括预压组件、浮动测量盘和位移测量装置，浮动测量盘与预压组件弹性连接，浮动测量盘用于与主锥轴上端面贴合，位移测量装置的测量探头与浮动测量盘下表面的边沿抵触。本发明可以在垫片装配之前，精确测量运动状态下主锥顶面至轴承下端面的平均高度，为选装垫片提供数据，在装配阶段对主锥总成的高度进行有效控制，避免装配后静态测量的诸多弊端。

说明书

技术领域

本发明涉及主减速器的装配及检测设备技术领域，具体而言，涉及一种主锥选垫装置及方法。

背景技术

主减速器是汽车的重要部件。如图1-图4所示，主减速器一般包括差速器30、主锥总成10和桥壳20，主锥总成10包括主锥轴11和套设在主锥轴11上的轴承13，主锥轴11顶部设有锥齿轮11a，锥齿轮11a与差速器30的壳体的齿轮啮合连接，轴承13的下端面设有垫片12。

为保障主锥总成10与差速器30精准配合，必须严格控制主锥总成10的顶部高度。现有技术中，在装配主减速器时，一般通过装配完成后检测的方式来保障主锥总成10的高度。若检测出不合格品，则返工或者零部件报废，费时费力，而且增加成本。另外，装配后检测是在主减速器处于静态下进行的，实际上，轴承13在运转中会膨胀或跳动，进而影响主锥总成10的顶部高度。也就是说即使装配后检测合格的产品，在实际运行中也可能不满足要求，直接影响汽车行驶安全。

发明内容

为在一定程度上解决上述技术问题的至少一个方面，本发明提供一种主锥选垫设备及方法。

所述主锥选垫装置，包括夹紧旋转机构和测量机构；

所述夹紧旋转机构，包括径向夹持器、轴承夹持器和与所述径向夹持器驱动连接的旋转驱动装置，所述径向夹持器用于夹持主锥轴尾部，所述旋转驱动装置用于驱动所述径向夹持器转动，所述轴承夹持器用于固定所述主锥轴上的轴承外环；

所述测量机构包括预压组件、浮动测量盘和位移测量装置，所述浮动测量盘上部与所述预压组件浮动连接，所述浮动测量盘下表面用于与所述主锥轴上端面贴合，所述位移测量装置包括测量探头，所述测量探头与所述浮动测量盘下表面的边沿抵触。

可选地，所述预压组件包括预压驱动装置、安装筒、第一连接块和第二连接块，所述预压驱动装置与所述安装筒驱动连接，所述安装筒内壁与所述第一连接块外壁之间通过旋转轴承连接，所述第一连接块与所述第二连接块浮动连接，所述浮动测量盘设置在所述第二连接块上。

可选地，所述浮动测量盘中心设有通孔，所述通孔内设有中心定位销，所述中心定位销顶部连接所述第一连接块，所述中心定位销底部用于定位所述主锥轴的中心孔。

可选地，所述中心定位销包括定位锥头和三个围绕所述定位锥头的轴心呈辐射状均匀分布的定位凸包，所述定位凸包的底面高于所述定位锥头的最低点。

可选地，所述第一连接块底部和所述浮动测量盘顶部设有匹配的第一弹簧槽，所述第一弹簧槽内设有第一弹簧。

可选地，所述第一连接块底部和所述第二连接块顶部设有匹配的第二弹簧槽，所述第二弹簧槽内设有第二弹簧，且所述第一弹簧槽的直径大于所述第二弹簧槽的直径。

可选地，所述径向夹持器包括至少三个径向夹爪，所述径向夹爪的夹持面设有阶梯结构。

本发明可以在轴承的垫片装配之前，模拟轴承运动状态的工况，测量主锥轴顶部至轴承下端面的高度，由于采用浮动测量盘，可以将轴承和主锥因运动中跳动、膨胀等而产生的微小高度差放大，因此可以精确测量运动状态下主锥顶部端面至轴承下端面的平均高度，从而为后序选装轴承垫片提供数据。

所述主锥选垫方法，包括如下步骤：采用上述主锥选垫装置，测量动态工况下主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度；

根据预设的半轴孔轴心至所述主锥轴上端面的距离、预设的所述半轴孔轴心至垫片槽下壁面的距离，以及所述主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度，计算获得所述轴承下端面所要装配的垫片的厚度。

可选地，所述测量动态工况下主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度，具体包括：

固定主锥轴，并在所述主锥轴上端面施加预压力；

在所述主锥轴上端面贴合设置一底面为平面的浮动测量盘，所述浮动测量盘的直径大于所述主锥轴上端面的直径；

驱动所述主锥轴转动，测量所述浮动测量盘底面边缘的平均高度变化，根据所述高度变化的曲线，获得所述动态工况下主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度。

可选地，所述计算获得轴承下端面所要装配的垫片的厚度具体包括：

根据公式s=a-b-h-k，得到所述轴承下端面所要装配的垫片厚度，其中，s为所述垫片厚度，a为所述预设的所述半轴孔轴心至垫片槽下壁面的距离，b为所述预设的半轴孔轴心至所述主锥轴上端面的距离，h为所述主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度，k为预设常数，且k大于或等于0。

本发明通过测量动态工况下的主锥轴上端面至轴承下端面的平均高度，进而获知需要装配的垫片的厚度，可以在装配阶段对主锥总成相对于桥壳的高度进行有效控制，避免装配后静态测量的诸多弊端。

附图说明

图1为本发明实施例的主减速器整体结构图；

图2为本发明实施例的差速器、主锥总成和桥壳的爆炸图；

图3为本发明实施例的主锥轴与轴承的装配完成图；

图4为图1在A-A方向的剖面图；

图5为本发明实施例的主锥选垫装置的结构图；

图6为图5中B处放大图；

图7为本发明实施例的预压组件和浮动测量盘的装配结构图；

图8为本发明实施例的浮动测量盘和位移测量装置的装配结构图；

图9为图8在C-C方向的剖面图；

图10为本发明实施例的中心定位销的结构图；

图11为本发明实施例的夹紧旋转机构的结构图；

图12为本发明实施例的径向夹持器和托台的结构图。

附图标记说明：

10-主锥总成；11-主锥轴；11a-锥齿轮；11b-主锥尾部；11c-中心孔；12-垫片；13-轴承；20-桥壳；21-半轴孔；22-垫片槽下壁面；30-差速器；40-支撑架；41-滑轨；42-滑动板；

100-夹紧旋转机构；110-径向夹持器；111-径向夹爪；1111-第一夹持段；1112-第二夹持段；120-轴承夹持器；121-水平夹爪；130-旋转驱动装置；141-托台；1411-支撑凸起；

200-测量机构；210-预压组件；211-预压驱动装置；212-安装筒；213-第一连接块；214-第二连接块；215-第一连接柱；216-旋转轴承；217-第一弹簧；218-第二弹簧；219-第三弹簧；220-第一安装块；221-第二安装块；222-第二连接柱；230-浮动测量盘；231-定位杆；232-定位块；2321-定位槽；240-位移测量装置；241-测量探头；242-探头套筒；250-中心定位销；251-定位锥头；252-定位凸包。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

另外，在本发明的实施例中所提到的上方均为附图中Z所示的方向，与Z方向相反的方向为下方；本发明的实施例中所提到的高度均指的是在上下方向上的延伸长度；本发明的实施例中所提到的高于指的是位置相对处于上方，而低于则指的是位置相对处于下方。

若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1-图4所示，一般的主减速器包括差速器30、主锥总成10和桥壳20。主锥总成10包括一个主锥轴11，主锥轴11头部设有锥齿轮11a，主锥轴11尾部设有滚花，为表述方便，我们将主锥轴11尾部命名为主锥尾部11b。

主锥轴11上套设轴承13，为后面描述方便，定义轴承13与锥齿轮11a底部贴合的一个端面为轴承13的上端面，轴承13远离锥齿轮11a的一个端面为轴承13的下端面。

当主锥总成10与主减速器的桥壳20装配时，锥齿轮11a与差速器30壳体的齿轮啮合连接。轴承13的下端面设有垫片12，用于减震及保护轴承13，同时，还要保障主锥轴11的顶部相对于桥壳20的高度在预设范围内，用以保障主锥总成10和差速器30精确装配。

现有技术中，一般采取事后测量的方法，即，先将主减速器装配好，然后再测量主锥总成10和差速器30的装配是否满足标准，或者装配成半成品，然后测量主锥轴11顶部端面相对于桥壳20的高度是否满足标准。这样做存在两个较大的弊端，一方面是若检测出不合格品时，需要返工或者零部件报废，费时费力，而且增加成本；另一方面是装配后检测是在主减速器处于静态下进行的，实际上，轴承13在运转中会膨胀或跳动，进而影响主锥总成10顶部相对于桥壳20的高度，因此静态检测存在巨大的安全隐患。

为此，本发明的实施例提供了一种主锥选垫设备及方法，来解决上述技术问题。通过模拟主锥轴11和轴承13的动态工况，测量锥齿轮11a上端面至轴承13下端面的高度h，并根据该高度h，选择适宜厚度的垫片12与轴承13装配，不仅可以避免事后测量的诸多弊端，还可以保障主减速器在运动工况下，主锥总成10与差速器30的装配精度，从而有效保障汽车行驶安全。

如图5-图6所示，本发明实施例提供的主锥选垫装置，包括支撑架40、夹紧旋转机构100和测量机构200。支撑架40垂直地面或台面设置。支撑架40一侧设有滑轨41。

支撑架40下部安装夹紧旋转机构100。夹紧旋转机构100包括径向夹持器110、轴承夹持器120和旋转驱动装置130，旋转驱动装置130与径向夹持器110驱动连接，即旋转驱动装置130可以驱动径向夹持器110转动。本实施例中径向夹持器110为三爪卡盘，旋转驱动装置130为减速电机或步进减速电机。径向夹持器110用于夹紧主锥轴11的主锥尾部11b，并能够在旋转驱动装置130的驱动下带动主锥轴11转动，本实施例中，较适宜的转速为50r/min。轴承夹持器120用于夹持固定主锥轴11上套设的轴承13的外环。

测量机构200包括预压驱动装置211、预压组件210、浮动测量盘230和位移测量装置240。

预压驱动装置211安装在支撑架40的顶部。预压组件210与支撑架40上的滑轨41滑动连接。预压驱动装置211驱动连接预压组件210，预压驱动装置211可以为气缸。预压驱动装置211可以驱动预压组件210下压，预压组件210下压的过程中沿滑轨41滑动。

浮动测量盘230为圆盘状，浮动测量盘230的下表面为高精度的平面。浮动测量盘230的上部与预压组件210底部浮动连接。所述浮动连接指的是浮动测量盘230可以相对于预压组件210上下浮动，实现方式可以为浮动测量盘230与预压组件210之间设置弹簧。

浮动测量盘230下表面用于与主锥轴11上端面（即锥齿轮11a的端面）贴合。当预压驱动装置211驱动预压组件210下压后，浮动测量盘230也被预压组件210驱动下压，直至浮动测量盘230下表面贴合主锥轴11上端面。在预压组件210下压的过程中，轴承夹持器120处于夹紧轴承13的状态，以保障主锥轴11及轴承13定位稳定。

结合图9和图11所示，位移测量装置240包括测量探头241和探头套筒242。测量探头241用于与浮动测量盘230下表面的边沿抵触。探头套筒242套设在测量探头241外部，用于保护测量探头241，避免其受压后行程过度。

位移测量装置240可以为高精度的位移传感器。位移测量装置240安装在浮动测量盘230的下方，且靠近浮动测量盘230边沿的位置。当浮动测量盘230与主锥轴11上端面贴合后，轴承夹持器120松开轴承13，以避免过定位，接着夹紧旋转机构100的径向夹持器110带动主锥轴11转动，在轴承13膨胀或者跳动的影响下，主锥轴11上端面会向上或者向下有微小的位移，从而使得浮动测量盘230的高度出现变化。虽然主锥轴11上端面向上或向下的位移较为微小，但是经过浮动测量盘230放大后，体现在浮动测量盘230边沿的高度变化较为明显，通过测量浮动测量盘230边沿平均的高度变化量，很容易得到主锥轴11上端面至轴承13下端面在动态下的平均高度h，这个高度更加接近于主锥轴11及轴承13在使用状态下的真值。

根据主锥轴11上端面至轴承13下端面的平均高度h，再选择需要装配在轴承13下端面的垫片12的厚度。

具体地，如图7-图9所示，预压组件210还包括安装筒212、第一连接块213和第二连接块214。

安装筒212顶部固定安装在第二安装块221的底部。第二安装块221顶部通过第一安装块220与滑动板42固定连接，滑动板42与滑轨41滑动连接。预压驱动装置211与第一安装块220驱动连接，即预压驱动装置211的输出轴与第一安装块220顶部固定连接。

安装筒212具有空腔，所述空腔向下开口。第一连接块213上部伸入所述空腔内。安装筒212内壁与第一连接块213外壁之间通过旋转轴承216连接，使得第一连接块213可以相对于安装筒212转动。当主锥轴11转动时，浮动测量盘230会被带着转动，在安装筒212与第一连接块213之间设置旋转轴承216，即可以减少主锥轴11上端面与浮动测量盘230之间的摩擦，又有利于保护浮动测量盘230与安装筒212之间的连接结构，避免其承受过大扭力。

第二连接块214与第一连接块213浮动连接，这里的浮动连接指第二连接块214可以相对于第一连接块213上下浮动。例如，在第二连接块214与第一连接块213之间设置弹簧。第二连接块214中心开孔，第一连接块213连接的第二连接柱222伸入所述中心开孔内，即，第二连接块214套设在第二连接柱222的下端。浮动测量盘230固定设置在第二连接块214上。

可选地，第一连接块213底部和浮动测量盘230顶部设有匹配的第一弹簧槽，第一弹簧槽内设有第一弹簧217，第一弹簧217套设在第二连接块214的外壁。当第一连接块213向下压时，浮动测量盘230在第一弹簧217的伸张力作用下，使得浮动测量盘230抵压在主锥轴11的上端面。而当主锥轴11受到轴承13的挤压力时又会向上浮动，从而使测量探头241监测到高度变化。

较佳地，第一连接块213底部和第二连接块214顶部设有匹配的第二弹簧槽，第二弹簧槽内设有第二弹簧218，且第一弹簧槽的直径大于第二弹簧槽的直径，或者说第一弹簧217形成的螺旋管的直径大于第二弹簧218形成的螺旋管的直径。第二弹簧218抵压第二连接块214顶部，可以间接增加对浮动测量盘230压力，也有助于保持浮动测量盘230受压均衡。

较佳地，第一连接块213和浮动测量盘230之间设有围绕浮动测量盘230的轴心均匀分布的三个第一连接柱215，第一连接柱215外壁套设有第三弹簧219，第三弹簧219顶端抵触第一连接块213底部，第三弹簧219底端抵触浮动测量盘230的顶面。三个第一连接柱215及第三弹簧219的设置保障浮动测量盘230水平状态稳定，避免浮动测量盘230单侧翘起，进一步保障测量精度。

较佳地，浮动测量盘230中心设有通孔，通孔内设有中心定位销250，中心定位销250顶部通过第二连接柱222与第一连接块213固定连接。中心定位销250底部用于定位主锥轴11的中心孔11c。

中心定位销250包括定位锥头251，定位锥头251设置在中心定位销250底部，且定位锥头251与中心定位销250整体同轴心。围绕定位锥头251的轴心设有三个呈辐射状均匀分布的定位凸包252，定位凸包252的底面高于所述定位锥头251的最低点。

对于不同规格的主锥轴11来说，主锥轴11顶部的中心孔11c的孔径和深度都有差异。对于孔径较小且深度较小的中心孔11c可以使用定位锥头251定位中心，对于孔径较大且深度较大的中心孔11c，可以通过三个定位凸包252伸入中心孔11c定位。由于定位凸包252的底面高于定位锥头251的最低点，因此定位凸包252适于对较深的中心孔11c定位。设置三个定位凸包252，可以减少中心定位销250与较大孔径的中心孔11c内壁的摩擦。

结合图7和图8所示，可选地，滑动板42上固定安装定位块232，定位块232上表面设有定位槽2321。浮动测量盘230顶面的边缘固定设有定位杆231，定位杆231可以随浮动测量盘230转动。当浮动测量盘230被驱动下压时，浮动测量盘230的定位杆231卡入定位槽2321内，浮动测量盘230实现原点定位。浮动测量盘230被继续驱动下压，直至接触到主锥轴11顶部端面，在主锥轴11的向上顶的作用力下，第一弹簧217、第二弹簧218和第三弹簧219被压缩，造成浮动测量盘230实际上相对于定位块232上移了。因此，定位杆231从定位槽2321中出来，并可以在测量过程中随浮动测量盘230转动。

如图11和图12所示，径向夹持器110包括至少三个径向夹爪111，径向夹爪111的夹持面设有阶梯结构。具体地，本实施例的径向夹持器110采用三爪卡盘，因此有三个径向夹爪111。三爪卡盘靠气缸或液压缸驱动张开或者闭合，当三个径向夹爪111闭合或收拢时，可以夹紧主锥尾部11b。每个径向夹爪111的夹持面设有两级阶梯结构，使得径向夹爪111的夹持面分为第一夹持段1111和第二夹持段1112。对于不同型号的主锥轴11来说，主锥尾部11b的长度和直径都是不同的，因此夹持面设置为阶梯状的多段，可以提高径向夹持器110对不同规格型号的主锥轴11的适应性。

可选地，轴承13底部通过托台141实现水平定位。托台141固定安装在一块安装板上，安装板水平设置，且安装板与支撑架40固定连接。

托台141顶部设有三个绕托台141的轴心均匀分布的支撑凸起1411。支撑凸起1411的顶面支撑轴承13的下端面。托台141上设置支撑凸起1411，既能满足对轴承13的支撑要求，又可以减少测量过程中轴承13相对于托台141的摩擦面积。

轴承夹持器120包括两个水平夹爪121，水平夹爪121可以夹紧轴承13的外环。通过控制两个水平夹爪121环抱的直径，使得轴承夹持器120适用不同尺寸规格的轴承13。

参考图1-图4所示，本发明实施例还提供了一种主锥选垫方法，包括如下步骤：

S1：测量动态工况下主锥轴11上端面至轴承13下端面的平均高度。此步骤，可以通过以上实施例的主锥选垫装置测量。

S2：根据预设的半轴孔21轴心至主锥轴11上端面的距离、预设的半轴孔21轴心至垫片槽下壁面22的距离，以及所述主锥轴11上端面至轴承下端面的平均高度，计算获得所述轴承13下端面所要装配的垫片厚度。

结合图4所示，由于桥壳20的尺寸固定，因此半轴孔21轴心至垫片槽下壁面22的距离是一定的。即使考虑到桥壳20制造工艺的分散性，也可以通过增加测量工序，容易获得精确的半轴孔21轴心至垫片槽下壁面22的距离。而半轴孔21轴心至主锥轴11上端面的距离是预设的标准，因此可以作为已知数据。

有了半轴孔21轴心至主锥轴11上端面的距离和半轴孔21轴心至垫片槽下壁面22的距离，以及主锥轴11上端面至轴承下端面的平均高度，可以计算获得所述轴承13下端面所要装配的垫片12的厚度。

具体地，步骤S1包括以下子步骤：

S11：固定主锥轴11，并在主锥轴11上端面施加预压力。

S12：在所述主锥轴11上端面贴合设置一底面为平面的浮动测量盘230，所述浮动测量盘230的直径大于所述主锥轴11上端面的直径。

S13：驱动所述主锥轴11转动，测量所述浮动测量盘230底面边缘的平均高度变化，根据所述高度变化的曲线，获得所述动态工况下主锥轴11上端面至轴承13下端面的平均高度。由于主锥轴11在转动过程中，实际上因为轴承13的跳动或者膨胀而挤压主锥轴11造成的主锥轴11上端面高度的变化比较微小，因此使用半径较大的浮动测量盘230会放大主锥轴11上端面高度的变化，增加测量精度。

较佳地，步骤S2中所述计算获得轴承13下端面所要装配的垫片12的厚度具体包括：

根据公式s=a-b-h-k，得到所述轴承13下端面所要装配的垫片12的厚度。其中，s为所述垫片12的厚度，a为预设的半轴孔21轴心至垫片槽下壁面22的距离，b为所述预设的半轴孔21轴心至主锥轴11上端面的距离，h为所述主锥轴11上端面至轴承13下端面的平均高度，k为预设常数，且k大于或等于0。

本发明实施例的主锥选垫方法，通过测量动态工况下的主锥轴11上端面至轴承13下端面的平均高度，进而获知需要装配的垫片12的厚度，可以在装配阶段对主锥总成10相对于桥壳20的高度进行有效控制，避免装配后静态测量的诸多弊端。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。