汽车构架预应力勘察器的研发

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由预紧力矩到轴向预紧力如所示，轴承的外圈压装在轴承座中，内圈装在主锥上，两内圈之间是弹性隔套，通过旋紧锁紧螺母，锁紧螺母压紧凸缘，凸缘压紧上轴承的内圈。

f为锁紧螺母在拧紧力矩t的作用下产生的轴向力，通过凸缘作用于上轴承内圈，再通过弹性隔套的变形将正压力传到下轴承的内圈。在f作用下，上下轴承分别产生了轴向预紧力fao和轴向位移δao.由作力学分析可得：fao=f-f′（2）其中，f′为弹性隔套在弹性区域的受压力；f′与轴向位移δao的关系为：f′=eaδao/h（3）其中，e为弹性模量；a为隔套截面积；h为隔套高度。

f与锁紧螺母拧紧力矩t的关系式为：f=2td2tan（θ+β）+23μ（d3-d3）（d2-d2）d2（4）式中，t为拧紧力矩；d为螺纹外径；d2为螺纹平均直径；θ为螺纹上升角，tanθ=s/πd2，其中s为螺距；β为螺纹摩擦角，tanβ=f，其中f为螺栓与螺帽间的摩擦系数；μ为螺帽与其支撑面间摩擦系数；d为螺栓下底圆直径。

将（3）、（4）式代入（2）式后，得到：fao=2td2tan（θ+β）+23μ（d3-d3）（d2-d2）d2-2eaδaoh（5）将（1）式代入（5）式后，近似计算得到：fao=2td-12-1×-1=k1t（6）k1=2d-12-1×-1.

预紧后两轴承的内、外圈轴向相对位移在轴向预紧力fao作用下，轴承内、外圈的轴向相对位移为δao，若在轴承内圈上再作用一轴向载荷力fa，并设fa产生的内、外圈轴向相对位移为δa，且由于δao的影响，使两侧轴承预紧力分别变为fa+和fa-.则轴向位移和力平衡关系如示.

fa=f左-f右=171368zl8/9esin19/9×α.可看出，右侧轴承的内、外圈轴向相对位移变为δao+δa，左侧轴承的内、外圈轴向相对位移变为δao-δa.若δao≤δa，则滚子会与内、外圈之间存在间隙。

在汽车行驶中，轴向力fa的大小、方向是变化的，使得δa也是时刻变化的，要使δa≤δao，就要找出最大的轴向力famax，当famax产生的δamax≤δao时，滚子会始终与内、外圈接触，主锥不会产生轴向窜动。

内、外圈最大轴向相对位移主锥所受的轴向力与主锥螺旋齿轮的旋向和主锥的旋转方向有关。当轴向力的方向是离开锥顶，轴向力是作用在下轴承7内圈上；反之，轴向力由主锥传递给锁紧螺母1，再由锁紧螺母传递给上轴承5内圈。当变速器的变速比为最大imax时，作用于主锥的最大力矩tmax为：tmax=ηmmaximax.

其中，mmax为发动机最大力矩；η为传递效率。主锥是一个凹面的螺旋锥齿轮，计算主锥齿宽中点处分度圆上的最大切向力ftmax为：ftmax=2000tmax/d.其中，d为主锥分度圆直径。

主锥预紧力矩的测量和预紧量（1）轴承的内、外圈轴向相对位移即为预紧量，预紧量的测量比较困难，预紧力矩的测量相对容易，根据实测的预紧力矩来计算预紧量，参见（1）式和（6）式。

结束语汽车主减速器预紧力测量机是典型的机电一体化产品，该设备在合肥车桥有限公司投入使用一年来，其工作节拍小于3min，锁紧螺母拧紧扭矩精度小于3%，启动摩擦力矩小于1%，主减速器的主锥总成的装配一次成功率达到90%左右，大大高于手工操作的20%～30%成功率。

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