復雜汽車變速箱殼體的三坐標檢測方法及誤差探究

王昊

摘要：變速箱是汽車的核心部件之一，能夠起到改變傳動比、進行動力輸的作用。傳動精度是衡量變速箱工作性能的重要指標，可以通過控制變速箱殼體尺寸誤差，達到提高傳動精度的目的。現階段針對變速箱殼體精度的評價方法中，三坐標檢測方法是一種較為常用的方法，具有操作簡便、適用性強等應用優勢。但是由于變速箱內部結構相對復雜，僅利用三坐標檢測方法可能會導致最終檢測結果不夠準確，還需要借助于其他手段，實現對檢測誤差的修改，從而為變速箱殼體的制作提供數據參考。

關鍵詞：汽車變速箱；三坐標檢測；殼體平面；誤差控制

一、建立坐標系

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。該方法是用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。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，進而建立坐標系。

某變速箱殼體的結構示意圖

二、軸承孔誤差控制

對軸承孔的誤差進行嚴格控制，是提高變速箱傳動精度的一種有效措施。變速箱殼體上軸承孔的分布位置，以及軸承孔自身的參數（直徑、孔深等）等，都是需要進行控制的重點對象。以軸承孔尺寸為例，目前行業內常用的尺寸精度控制措施有兩類：第一類是“三層四點法”，首先測量軸承孔的孔深，然后等分成三層。每層布置四個點，分別測得三組數據，并求其平均值，可以達到減小誤差的目的；第二類是掃描法，利用微型探頭進行軸承孔內部掃描，然后利用儀器分析掃描結果，可以得到相對精確的尺寸參數。綜合考慮檢測成本和操作要求，通常選擇第二種方法進行軸承孔參數的誤差控制。

實際進行參數測量和誤差控制時，還要注意以下幾點事項：首先，對于直徑較小的軸承孔，微型探頭的掃描精度可能會受到一定的干擾，可以將軸承孔分成23個層次，分層進行掃描，然后再匯總掃描數據，進行統一分析。其次，軸承孔上通常留有導油孔或導油槽，因此軸承孔從形狀上來說并不是完整的圓柱體。在測量時，技術人員也要注意避開導油槽，保證檢測結果的精確度。

三、殼體平面誤差控制

變速箱殼體有多個面積不等的平面，這些平面的長寬參數和表面粗糙度，都會對汽車變速箱的實際工況產生影響。例如，殼體連接面的粗糙度會直接影響后期變速箱的傳動精度，如果連接面過于粗糙，變速箱運行過程中容易產生抖動，動力的傳輸會受到影響；反之，連接面過于光滑，變速箱運行過程中也會由于摩擦力不足，出現打滑問題。因此，在生產變速箱時，也必須對殼體平面誤差進行嚴格控制。

殼體平面誤差控制主要從兩方面進行：其一是平面度誤差控制，可以在變速箱平面殼體上均勻的選取若干個測量點，測量點要注意避開螺栓孔，以防止測量過程中螺栓孔發生變形。將殼體水平放置，然后用專門的儀器分別檢測測量點的垂直高度。完成全部測量后，選取高度差最大的兩個測量點，如果高度差在誤差允許范圍內，則殼體平面度達標。高度差超過誤差允許范圍，需要重新進行平面度調整，縮小誤差。其二是粗糙度誤差控制，可以采用單位面積顆粒度檢測法，人為將殼體平面劃分成若干個等面積的小方格，然后利用儀器檢測獨立小方格內的顆粒數量。單位面積顆粒在誤差控制范圍內，說明粗糙度良好。

四、螺栓孔誤差控制

變速箱的結構比較復雜，內部零部件較多，需要使用大量的螺栓進行固定，以保證變速箱運行的穩定性。在進行螺栓孔的設計時，既要考慮變速箱的結構特點，又要保證安裝精度，避免螺栓孔與變速箱的其他結構產生沖突，或是在安裝其他部件時，因為擠壓導致螺栓孔發生形變。螺栓孔位置精度的測控可以使用三坐標檢測方法。

選取一個螺紋孔，利用微型探針在孔內打四個點，針孔保持在同一水平面上，這樣四個點就會在螺紋孔內形成一個圓。探針在打點時，既有可能將孔打在螺牙的凸出部位，也有可能打在螺牙的凹陷部位，從而導致誤差的產生。以常用的M8×125內螺紋孔為例，如果探針打孔時，恰好將一個點打在了螺牙 “峰頂”，而另一個點則打在了螺牙的“峰谷”，此時針孔的最大誤差可以達到0.5mm。除此之外，針孔誤差還與探針的直徑呈正比例關系，仍然以M8×1.25內螺紋孔為例，如果所用探針的直徑為2mm，則螺紋孔測量的誤差為0.03mm，換用直徑為5mm的探針，螺紋孔測量的誤差則達到了0.05mm。由此可知，對于精度要求較為嚴格的螺紋孔，應當在滿足使用需求的前提下，優先考慮使用小直徑的探針，以達到控制誤差的目的。

五、結語

三坐標檢測是現階段常用的變速箱殼體精度控制方法，但是單次檢測的范圍相對有限，并不能獲取變速箱殼體的全部尺寸。因此，在使用三坐標檢測時，還需要借助于其他輔助工具或手段，對檢測結果做出更加全面的評價。隨著新技術、新設備的投入應用，三坐標檢測的精度也會逐漸提升，誤差范圍也會越來越小，有助于實現變速箱制作質量的全面提升。

參考文獻：

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