基于拆卸分析的变速箱再制造设计研究

基于拆卸分析的变速箱再制造设计研究
作者：王辉
来源：《中国科技纵横》2010年第20期
摘要:提出了新颖的优化设计方法,通过设计因素的优化,达到产品再制造拆卸特性最优的设计目的。

对轿车机械变速箱的输入轴零件的二种不同设计方案的再制造拆卸性能进行比较分析,进行方案优选,并给予一些优化改进措施。

关键词:再制造设计拆卸变速箱
1 引言
再制造设计是以废旧产品实现性能跨越提升为最终目标,以质量优、效率高、耗能低、环
保为原则,对退役的产品进行修复和改造的一种重要技术,对资源节约型社会的建设有着重要意义。

本文以某轿车的两种机械变速箱为例,从拆卸角度探讨再制造方案。

本文选定的两类机械
变速箱是市面需求较大的五档手动变速箱,结构设计类似,重点对其输入轴部件进行再制造的拆卸进行分析,比较分析设计因素的关注点的不同对再制造拆卸特性的不同影响,为再制造优化设计工作提出改进建议,以及相关的基础工作。

2 再制造拆卸特性分析
本文研究对象如图1所示,两类变速箱的输入轴的装配方案不一样,分别记为方案A与方案B。

结合常规设计特点,输入轴部件通常为合金结构钢,进行再制造拆卸和修复的所需技术和工
件基本相同。

从输入轴零件本身看,这两个方案都是采用齿轮轴的布局,不同点仅在于齿轮面的设计的不同:对于其他部件装配方式的选择两种方案各有不同,具体详细装配方式及拆卸数据见图2。

如图2所示,A, B两类设计方案整体相似,但在零件结构布局以及部件组合方式各有所不同,进而导致拆卸过程中各方面也有所不同。

这些差异着重体现在再制造拆卸的两个方面:拆卸序列与速率、连接接合面修复。

3 设计方案对比分析
从图2比较分析的内容以及拆卸的目的进行分析,可以初步分析出这两种方案输入轴部件的各项面向再制造的拆卸性能。

通过对比不难看出,方案B再制造拆卸性能在技术上和经济上都优于方案A,主要原因:
(1)方案A中输入轴上的零件分布于主壳体内外,这样无法避免的是每次拆卸都需要拆卸后盖,零件在拆卸过程中也要进行两次装夹,该方案导致输入轴的取出效率明显降低,并且还需要使用两次工具,拆卸成本随之提高。

(2)方案A中应用了螺母锁紧轴端,这种设计更降低了拆卸性能。

因为锁紧螺母本身由于锁紧部位的去除非常困难,降低了拆卸效率。

另外,锁紧部位的去除较难,导致拆卸过程中发生损伤,增加了修复成本。

所以,锁紧螺母如果更换卡环或其他拆卸性能较好的紧固件将明显提高拆卸效率和成本。

(3)方案B中将一部分五档同步器机构移到输出轴上,减少输入轴的连接零件,不但简化了拆卸序列,同时也减少了拆卸同步器所产生的拆卸及损伤修复成本,这些都显著提高了方案B的再制造拆卸特性。

(4)方案B中还有一些局部设计,如三一一五档主动齿轮之间采用轴套式连接,没有类似于方案A的卡环结构,使得这些零件可以一次性的拆卸下,减少了拆卸步骤。

同时输入轴外表面只有较小的一部分与轴套接触,这也降低该配合表面的修复成本。

这些局部设计都增加了方案B的再制造拆卸特性。

但是,方案B也有一些不足:轴承装配面卡环的设置有些影响拆卸效率。

如功能要求满足,则可以去掉卡环,以减少拆卸环节,提高拆卸效率。

4 产品设计优化改进
产品优化设计的基本思路是在设计阶段进行实验仿真拆卸,获得产品再制造拆卸特性的预测参数(ED,TD);并对设计参数(PD)和再制造拆卸特性参数(ED,TD)进行比较分析映射联系,从而得到关键参数(PR),同时还建立其与再制造拆卸特性的映射关系(t(),e());并建立调控的关键设计参数(PR)。

影响产品再制造拆卸特性,以其为再制造优化设计方案的改进,其产品具有良好的再制造性。

其设计流程主要分为两个部分(如图3所示)。

在不影响零部件功能、强度等设计要求的前提下,寻找合适的配合类型,关键零部件的再制造拆卸性能较高。

基于此,本文对输入轴以及轴类零件的优化设计提出一些合理措施:
(1)减少零件数。

为提高拆卸效率,降低拆卸和修复成本,在设计时应尽量减少与关键零件相连接的其他零部件,将不必要的零部件安装在其他一些不需要再制造的零件上。

(2)避免使用螺纹,少卡环固定。

考虑到螺纹紧固件一般都有锁紧部位,拆卸耗能较大;同时,这些零件拆卸还是破坏拆卸,修复成本也比较高。

所以,对轴类关键零件的紧固方案设计时应考虑尽量避免螺纹紧固件。

对于卡环固定,本着提高拆卸效率的原则,可以适当减少卡环数量。

(3)减少接触面。

对于一些非重要零件连接面应当尽量减少,或者将一些零件连接面转移至别处,这样虽然增加了一个套筒,但可以减少关键零部件(轴)本身连接面的修复成本,提高其再制造拆卸特性。

5 结语
产品再制造是一个系统的工程,必须从零件设计着手。

因零件设计决定了其再制造阶段中很多因素,如关键零部件的结构布局、材料属性、修复部位,等等。

据有关研究表明,这些因素占再制造总成本的70%以上。

在设计阶段即考虑产品自身的再制造性,可将再制造要求很好地融入产品设计需求,对于提高产品整体资源利用率,减少其环境影响具有重大意义。

参考文献
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