ZL40/50型装载机采用行星式变速器,零部件结构比较复杂,在系统传动过程中容易产生噪声,特别是在I挡和倒挡部位,这是由设计结构所造成的。I挡和倒挡均采用行星轮系结构,其行星排由太阳轮、行星轮、行星架和齿圈四元件组成。如图1所示,带有两个行星排的太阳轮通过花键与输入轴连接,同时通过花键和Ⅱ挡的主动轴相连接。变速器挂I挡时,I挡制动器起作用,I挡内齿圈5被固定,此时动力由中间输入轴9通过太阳轮2输入,由I挡行星架4输出, I挡的四个行星轮3为介轮,分别与太阳轮2和I挡齿圈5啮合;倒挡行星轮8分别与太阳轮2和倒挡齿圈6啮合空转。变速器挂倒挡时,倒挡制动器起作用,倒挡行星架7被固定,动力从中间输入轴1通过太阳轮2输入,由倒挡齿圈6动力输出,四个倒挡行星轮8为介轮,分别与太阳轮2和倒挡齿圈6啮合;而Ⅰ挡行星轮3分别与太阳轮2和Ⅰ挡齿圈5啮合空转。变速器挂Ⅱ挡时,动力由中间输入轴1通过太阳轮2输入,Ⅱ挡轴1将动力输出,此时I挡、倒挡行星排均作空转。变速器挂空挡时,所有的离合器摩擦片处于分离状态,太阳轮和I挡和倒挡的行星轮保持空转。
由上述可知,在变速器行星机构中,太阳轮是所有挡位的一个共用齿轮,是动力在所有挡位传递的必经之路,并始终处于啮合状态,行星轮系成为噪声源之一,往往是由于太阳轮本身的基准精度引起的。
从设计角度分析,太阳轮轴向尺寸较大,分度圆直径Ф 71.5 mm,而齿长为128 mm,按照这样的设计,太阳轮的两端必须分别做到严格径向定位,才能保证齿圈径向跳动小,才能平稳地传递扭矩。实际上太阳轮的一端轴颈支撑在一个6210轴承上,而另一端孔Ф 50与中间输入轴Ф 50±0.012外径相配合,显然,这种配合是太阳轮径向跳动的根源。另外,太阳轮的渐开线内花键孔分别与中间输入轴和Ⅱ挡轴渐开线外花键配合联接。我们知道,太阳轮的渐开线内花键都是采用花键拉刀拉削成形的,经渗碳淬火后,会产生热处理变形,这一变形能引起太阳轮在啮合传动过程中的产生径向跳动,齿轮高速运转时会出现噪声。据了解,国内同行业生产厂家加工制造太阳轮的方法基本相同:精加工时,均将已渗碳淬火后的太阳轮内花键大径定心,分别磨外齿、磨轴颈及端面。有的厂家为了提高太阳轮的整体精度,增加了若干件分级渐开线花键芯轴,根据太阳轮内花键热处理后变形情况选用合适的渐开线花键芯轴定位,太阳轮装上花键芯轴后,完成磨外齿、磨轴和端面等工序后取下芯轴。以上的工艺方法只能略微提高太阳轮的相对尺寸精度,仍然不能从根本上解决太阳轮的径向跳动和齿向精度问题。
根据以上分析可以发现,要控制或消除变速箱行星机构的噪声,应该对太阳轮的设计和加工制造作如下改进:
1.设计改进(如图2所示)
(a)增加渐开线内花键小径基准,将小径尺寸Ф40H11改为Ф40.5,使渐开线内花键只传递扭矩而不起定位作用。
(b)将太阳轮端Ф50孔改为Ф50,要求该孔与花键孔小径同轴,并保证太阳轮此端孔径与中间输入轴外径Ф50±0.012配合,消除太阳轮旋转时的径向跳动。
2.制造工艺改进
太阳轮经过渗碳淬火后,首先以外齿的节圆找正,磨渐开线内花键小径Ф 40.5和Ф 50端孔,以保证二者同轴度要求。然后用1:3 000圆锥芯轴穿入太阳轮Ф 40.5小径进行配合,磨外齿、磨轴颈及端面。
几年来我厂通过以上设计和制造工艺的改进,使太阳轮设计基准、工艺基准和装配基准得到了统一,因此,提高了传动精度,使齿轮能够平稳啮合,噪声得到有效地控制