低地板驱动桥齿侧间隙的等效检测法应用

汪卫刚，路东锋，田栋

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

低地板驱动桥齿侧间隙的等效检测法应用

汪卫刚，路东锋，田栋

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

文章主要介绍锥齿轮副（螺旋锥齿轮）齿侧间隙检测方法的优化、论证及其应用。通过原工艺方案与新工艺方案对比，结合低地板门式驱动桥结构特点，从装配准确性、工艺性及经济性三个方面进行分析，阐述等效检测、基准转化的应用。

齿侧间隙；等效检测；基准转化；低地板驱动桥

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-114-04

引言

客车桥使用的低地板门式驱动桥，其结构不同于传统驱动桥结构。传统驱动桥主减总成和桥壳为分体结构，锥齿轮副齿侧间隙（以下简称：齿侧间隙）可以直接在主减总成上进行检测；低地板门式驱动桥主减总成和桥壳为整体结构，壳体空间封闭，齿侧间隙不能直接在主减总成上检测。故而对低地板门式驱动桥齿侧间隙评价及其准确性成为一个难题。

图1 低地板门式驱动桥结构

注：传统驱动桥主减总成和桥壳为分体结构，主减总成在被动锥齿轮侧无任何遮挡，存在足够的检测空间。

图2 低地板门式驱动桥结构

注：低地板门式驱动桥主减总成和桥壳为整体结构，壳体空间封闭，无检测空间。

1 齿侧间隙简介

齿轮啮合传动过程中，为了在相啮合齿面间形成润滑油膜，避免摩擦发热产生烧伤、胶合，因此相啮合齿面间应存在一定量的间隙，不能过小，此间隙称为齿侧间隙。同时，齿侧间隙会导致齿轮啮合时形成振动冲击，产生噪音。为确保传动的平稳性及低噪音，齿侧间隙不能过大。

装配时，为保证合理的齿侧间隙，需进行调整和检测。常规检测方法为：固定主动锥齿轮，将百分表表架固定在主减总成壳体上，百分表表头垂直压在被动锥齿轮齿面大端，来回摆动被动锥齿轮，被动锥齿轮摆动的位移即为齿侧间隙。

2 工艺方案

2.1 方案一（专用桥壳等效检测法）

2.1.1 方案一流程说明

检测专用桥壳尺寸→装配桥总成（使用专用桥壳）→检测齿侧间隙→更换调整垫片→检测齿侧间隙（更换调整垫片直至合格）→检测合格桥壳尺寸→尺寸对比、垫片补偿→装配桥总成（使用合格桥壳）

2.1.2 方案一检测方案介绍

（1）齿侧间隙预调整

将桥壳桥包部位切除，改制为工艺桥壳，使用工艺桥壳进行装配，在开口处检测齿侧间隙，检测方法同传统桥总成。

图3 桥包部位检测方法

图4

（2）桥总成装配

检测工艺桥壳及合格桥壳相关尺寸并进行对比，通过增大/减小调整垫片厚度进行补偿，将合格桥总成等效为开口桥壳，进行桥总成装配。

2.1.3 方案一存在的缺点

（1）可评价性差

工艺桥壳与合格桥壳，在形位公差上存在差异，调整垫片补偿后差异不能完全消除，使用合格桥壳装配后齿侧间隙存在一定的误差。

（2）工艺性差

1）使用工艺桥壳预调整后，装配桥总成时需额外进行一次拆装，装配节拍增加约248s，装配效率低。

2）批量装配时易发生等待桥壳检测的现象，产生作业等待现象。

（3）经济性差

1）该方案需测量合格桥总成相关尺寸，且要求测量结果精度高、准确性高，这增加了桥总成检测成本。

2）该方案需加工一件工艺桥壳，且需对工艺桥壳进行防护，增加制作成本及维护成本。

3）该方案需将工艺桥壳定置在装配现场，占用作业场地。

2.2 方案二（凸缘等效检测）

2.2.1 方案二流程说明

预装桥总成→检测齿侧间隙→更换调整垫片→检测齿侧间隙（更换调整垫片直至合格）。

2.2.2 方案二检测方案介绍

1）通过齿轮副的传动原理及机械结构特征建立数学模型，将齿侧间隙形成的被动锥齿轮摆动量，通过齿轮传动，转化为主动锥齿轮凸缘部位摆动的位移。（如下图）

图5 齿轮传动图示

（1）被动锥齿轮齿侧间隙等效转化为主动锥齿轮齿侧间隙；

（2）主动锥齿轮齿侧间隙转化为凸缘周向摆动量。

2）因齿侧间隙较小（0.20～0.28），凸缘摆动的弧长较小，近似为一条直线，可使用百分表进行检测。

3）由于凸缘为圆柱面，无法直接检测，需借助检测工装，提供一个检测面，检测该面上某点的位移。（如下图）

图6

4）通过检测凸缘部位的位移，按照建立的数学模型进行计算，等效评价齿侧间隙的符合性。

2.3 齿侧间隙等效转化

齿侧间隙（被动锥齿轮法向间隙）等效转化为被动锥齿轮大端的周向间隙，再等效转化为主动锥齿轮相啮合点的周向间隙，最后转化为凸缘周向摆动量。

图7

2.3.1 齿侧间隙（被动锥齿轮法向间隙）转化为周向间隙

图8

将被动锥齿轮齿侧间隙进行分解，计算被动锥齿轮副大端的周向间隙jn：

jn——被动锥齿轮法向间隙，即齿侧间隙；

jt——被动锥齿轮大端的周向间隙；

β——螺旋角。

α——压力角。

2.3.2 被动锥齿轮周向间隙转化为主动锥齿轮周向间隙

（1）锥齿轮线速度

R1——主动锥齿轮啮合点的半径；

n1——主动锥齿轮啮合点的转速；

R2——传统驱动桥被动锥齿轮测量点的半径，；

N2——被动锥齿轮啮合点的转速。

（2）主动锥齿轮与被动锥齿轮速比（锥齿轮副为相交轴）：

Z1——主动锥齿轮的齿数；

Z2——被动锥齿轮的齿数。

2.3.3 主动锥齿轮周向间隙转化为凸缘工装的位移

图9

周向间隙及凸缘位移较小，可等效为一段圆弧，锥齿轮副转过的转角：

X ——工装上检测点的位移。

R3——工装上检测点的半径；

2.3.4 齿侧间隙转化为凸缘工装位移的计算公式

2.4 方案二的优点

2.4.1 操作性好

相对方案一（调整垫片补偿后装配桥总成），方案二调整合格后该部位不再进行其它装配拆卸，齿侧间隙可直接进行检测评价，且检测的齿侧间隙为产品最终参数，不再发生变化，这大大提高了齿侧间隙的操作便捷性。

2.4.2 工艺性好

（1） 相对方案一（调整垫片补偿后装配桥总成），方案二齿侧间隙可直接进行检测评价，操作便捷、效率高。

（2）齿侧间隙调整合格后，直接转入下道工序，不再进行其它装配拆卸，相对方案一减少一次拆装，降低了返工频次，提高了装配效率。

（3）相对方案一（检测工艺桥壳相关尺寸），方案二不需要检测桥壳相关尺寸，桥总成装配时不需要等待桥壳尺寸检测，减少了等待时间。

2.4.3 经济性好

（1）相对方案一（检测工艺桥壳相关尺寸），无需检测桥壳相关尺寸，无检测成本。 （2）相对方案一（检测工艺桥壳相关尺寸），方案二不需要工艺桥壳，且不需要工艺桥壳相应的防护，无需工艺桥壳制作及维护成本。

（3）相对方案一（检测工艺桥壳相关尺寸），方案二不需要工艺桥壳，不需要现场定置，无场地占用。

3 结束语

3.1 设计优点

（1）等效评价思路：将不可直接检测的项目，等效转化为其它可测量的项目，实现产品的准确控制。

（2）数学建模思路：数学建模结合理论支持，将复杂的问题简单化，便于更加快捷的找到解决措施。

（3）适应批量生产要求：经过等效转化，提高了装配效率（减少一次拆装）、准确性（直接检测评价）、降低成本（无需桥壳检测），更适应批量生产。

3.2 可借鉴思路或理念

工艺设计过程中，常用等效转化理念，化繁为简，变难为易，将不可直接测量的数据转化为可直接测量的数据，将大大提高我们的工艺水平，同时运用数学建模的理念，为分析问题提供理论支持，工艺输出将更加可靠、高效！

[1] 许洪基,陶燕光,雷光.齿轮手册上册（第2版）.[M]北京：机械工业出版社,2000.

[2] 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理（第七版）北京：高等教育出版社,2006.

[3] 成大先.机械设计手册北京：化学工业出版社,2004.

[4] 吴百诗.大学物理基础上册.[M]科学出版社,2007.

Application of benchmark conversion of backlash in circular tooth of bevel gear pair

Wang Weigang, Lu Dongfeng, Tian Dong
( Shaanxi HanDe Axle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710201 )

This article mainly presents the optimization, demonstration and application of test method to the backlash of bevel gear pair (helical bevel gear). By comparison with the original and new process scheme, combining with the structural features of portal axle, the article expounds the application of equivalent test and criterion transformation based on the analysis from three aspects including assembly accuracy, manufacturability and economy.

backlash; equivalent test; criterion transformation; portal axle

U466 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-114-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.040

汪卫刚，就职于陕西汉德车桥有限公司。