復雜變速箱殼體的三坐標檢測方法及誤差分析

丁兆福

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

復雜變速箱殼體的三坐標檢測方法及誤差分析

丁兆福

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

變速箱殼體需要包絡整個變速箱內部零部件，支撐并保證內部軸系的傳動精度，因此需要對變速箱殼體的尺寸進行檢測，目前變速箱殼體的主要評價方法是借助于三坐標實現。但三坐標評價的方式不同有時會導致結果輸出不夠準確，給變速箱的性能評價帶來負面影響。文章借助某款變速箱殼體的實際檢測過程，對復雜變速箱殼體的三坐標檢測方式進行介紹。

變速箱殼體；三坐標；檢測方法

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-97-03

前言

變速箱殼體是整個變速箱總成零部件中結構最為復雜、重量最重的零部件，變速箱殼體需要包絡整個變速箱內部的所有零部件，同時，變速箱殼體起到支撐內部軸系，保證傳動系統傳動精度的作用，因此，變速箱殼體上的諸多特征必須滿足圖紙尺寸的精度要求。

目前，變速箱殼體尺寸精度的評價一般借助于三坐標進行檢測，包括殼體連接面的平面度，軸承安裝孔的位置度、圓柱度、與殼體連接面的垂直度，殼體定位銷安裝孔的直徑、位置度等等。

本文將借助某款變速箱殼體的三坐標實際檢測過程，對變速箱殼體的三坐標檢測方法進行研究。

1 坐標系的建立

在利用三坐標檢測設備對變速箱殼體進行檢測過程中，首先需要將零部件固定在檢測臺架上，然后根據產品進行坐標系的建立，不同的殼體，其坐標系的建立方式不同，但基本方法一致。變速箱殼體坐標系建立時可以采用3－2－1的方法建立坐標系。所謂3－2－1方法是用3點測量殼體連接面（C面）取其法矢量建立第一軸，分別測量2個定位銷孔的位置，并投影到C面上形成2點，該兩點的連線投影到C面建立第二軸，測量輸入軸軸孔的位置，在該C面上的投影作為原點坐標，然后通過平移形成變速箱殼體的檢測坐標系。

以某款變速箱為例，在建立坐標系時，需要在C面上進行取點，形成一個平面，該平面的法相矢量作為Z軸，然后選取定位銷孔A和定位銷孔B，找到該兩個孔的圓心在C面上的投影點，將該2個投影點進行連線作為X軸，最后測量輸入軸軸孔的軸線，該軸線在C面上的投影作為原點，將剛剛做出的連線移動到原點位置，進而建立坐標系。

圖1 某變速箱殼體的結構示意圖

手動建立坐標系完成之后，需要對坐標系進行校驗，根據手動建立坐標系的數據，讓設備自動找正，重新建立坐標系，然后檢查該坐標系與手動建立的坐標系的差別，如果基本吻合，說明坐標系建立準確，就可以進行下一步檢測。如果相差較大，需要重新校核。

2 軸承孔的檢測

變速箱殼體要承載整個傳動系統并保證傳動精度，而傳動系統的傳動精度通過殼體上的軸承孔予以保證，因此，變速箱殼體上軸承孔的相關尺寸要求十分嚴格，在測量殼體上軸承孔的尺寸時，一般有兩種方法：1）采集3層，每層4個點；2）掃描軸承孔內圓，掃面三層；在測量變速箱殼體過程中，兩種方式均可，為提高效率，一般選擇第一種方法作為變速箱殼體軸承孔的測量方法。

該種測量方式得到的是柱體，可以輸出軸承孔的直徑、位置度、垂直度以及圓柱度等指標。同樣，在變速箱殼體中其他比較重要的安裝孔均需要該種方式進行測量：

圖2 三坐標測量殼體模型

為了保證測量數據的有效性，在測量過程中需要特別注意以下幾點：

1） 由于軸承孔的寬度值較小，如果基準平面距離較遠時，可以采用中間平面轉換的思想進行評價，避免出現誤差較大的情況；

2） 軸承孔一般都會設計有導油槽，導致殼體軸承孔不是完整圓柱，此時測量過程中需要避開導油槽進行采集；

3 平面的檢測

變速箱殼體均設計有較多的平面，以殼體連接面為例，殼體連接面一般要求平面度和粗糙度，粗糙度影響整個變速箱的氣密性，而殼體連接面的平面度則直接影響裝配后整個傳動系統的傳動精度，在測量平面度時，需要在整個平面中盡可能多的采集測量點，一般每個螺栓安裝孔之間采集2~3個點為宜，這樣測量的殼體連接面的平面度較為準確。

測量時要盡可能的避開殼體連接面上的氣縮孔以及劃痕位置，避免影響測量后的數據。

4 螺栓孔的檢測

變速箱殼體需要固定整機中所有零部件，因此變速箱殼體上設計有較多的螺栓安裝孔，螺紋孔的位置度要有一定的要求以保證零部件的安裝精度，為了提高生產效率，一般使用三坐標進行螺紋孔的檢測。

但使用三坐標檢測螺紋孔的位置度時，不可避免會產生誤差，測量螺紋孔時三坐標的探針需要在孔內打4個點來確定一個圓，探針的針頭在打點時，針頭可能會打到螺牙的“峰頂”或者“峰谷”，由此導致誤差產生。以M8×1.25內螺紋孔的測量為例，針頭打點時，一個點打在了“峰頂”，另一個點打在了“峰谷”，如下圖所示：

圖3 直徑Φ3mm測量的螺紋孔誤差

當使用直徑Φ3mm的探針時，分析得到的單側理論最大偏差值為0.037mm，由于探針需要打四個點，那么，在與上圖相垂直的平面，螺紋孔測量的位置度最大誤差為0.037*1.414=0.052。

圖4 直徑Φ5mm測量的螺紋孔誤差

當使用直徑為Φ5mm的探針時，得到螺紋孔測量的位置度最大誤差為：0.022*1.414=0.031。

從上述測量結果分析來看，使用探針的直徑越大測量誤差越小，當然這取決于螺紋孔的規格，實際產品中，螺紋孔的位置度要求一般比較寬松，因此操作中一般會忽略螺紋孔的測量誤差，如要求螺紋孔的位置精度較高時，需要測量螺紋底孔或者使用專用檢具進行螺紋孔的測量。

變速箱殼體結構比較復雜，三坐標檢測工具只能檢測變速箱殼體的部分尺寸，并不能將變速箱殼體的全部尺寸予以表達，需要借助其他的專用檢具綜合評價。總體來說，三坐標檢測手段對于向變速箱殼體等復雜零部件來說，是一個非常值得可信的方式，隨著科技的進步，三坐標檢測零部件的手段會越來越豐富，誤差控制也會越來越精致。

[1] 張曉宇.箱體類工件如何在三坐標測量中合理建立坐標系.[J] 機械工程師,2012年第1期,43~44.

[2] 成大先.機械設計手冊.化學工業出版社,2002.1,第4版.

[3] 葛建中.關于三坐標測量策略的探討.[J]安徽工程科技學院學報,2010年第4期,50~53.

The three-coordinate detection method and error analysis of complex gearbox housing

Ding Zhaofu
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

the internal parts need enveloping the whole transmission gearbox shell, support and ensure the accuracy of the internal shaft drive, so it is necessary to detect the size of the gearbox casing, at present the main gearbox shell evaluation method is the use of three coordinates implementation. However, the difference of the three coordinate evaluation can sometimes result in inaccurate output, which can negatively affect the performance evaluation of the gearbox. Based on the actual testing process of a gearbox, this paper introduces the three coordinate detection methods of complex gearbox housing.

gearbox housing; Three coordinates; Detection method

U467.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-97-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.033

丁兆福，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。