复杂变速箱壳体的三坐标检测方法及误差分析

丁兆福

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

复杂变速箱壳体的三坐标检测方法及误差分析

丁兆福

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

变速箱壳体需要包络整个变速箱内部零部件，支撑并保证内部轴系的传动精度，因此需要对变速箱壳体的尺寸进行检测，目前变速箱壳体的主要评价方法是借助于三坐标实现。但三坐标评价的方式不同有时会导致结果输出不够准确，给变速箱的性能评价带来负面影响。文章借助某款变速箱壳体的实际检测过程，对复杂变速箱壳体的三坐标检测方式进行介绍。

变速箱壳体；三坐标；检测方法

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

前言

变速箱壳体是整个变速箱总成零部件中结构最为复杂、重量最重的零部件，变速箱壳体需要包络整个变速箱内部的所有零部件，同时，变速箱壳体起到支撑内部轴系，保证传动系统传动精度的作用，因此，变速箱壳体上的诸多特征必须满足图纸尺寸的精度要求。

目前，变速箱壳体尺寸精度的评价一般借助于三坐标进行检测，包括壳体连接面的平面度，轴承安装孔的位置度、圆柱度、与壳体连接面的垂直度，壳体定位销安装孔的直径、位置度等等。

本文将借助某款变速箱壳体的三坐标实际检测过程，对变速箱壳体的三坐标检测方法进行研究。

1 坐标系的建立

在利用三坐标检测设备对变速箱壳体进行检测过程中，首先需要将零部件固定在检测台架上，然后根据产品进行坐标系的建立，不同的壳体，其坐标系的建立方式不同，但基本方法一致。变速箱壳体坐标系建立时可以采用3－2－1的方法建立坐标系。所谓3－2－1方法是用3点测量壳体连接面（C面）取其法矢量建立第一轴，分别测量2个定位销孔的位置，并投影到C面上形成2点，该两点的连线投影到C面建立第二轴，测量输入轴轴孔的位置，在该C面上的投影作为原点坐标，然后通过平移形成变速箱壳体的检测坐标系。

以某款变速箱为例，在建立坐标系时，需要在C面上进行取点，形成一个平面，该平面的法相矢量作为Z轴，然后选取定位销孔A和定位销孔B，找到该两个孔的圆心在C面上的投影点，将该2个投影点进行连线作为X轴，最后测量输入轴轴孔的轴线，该轴线在C面上的投影作为原点，将刚刚做出的连线移动到原点位置，进而建立坐标系。

图1 某变速箱壳体的结构示意图

手动建立坐标系完成之后，需要对坐标系进行校验，根据手动建立坐标系的数据，让设备自动找正，重新建立坐标系，然后检查该坐标系与手动建立的坐标系的差别，如果基本吻合，说明坐标系建立准确，就可以进行下一步检测。如果相差较大，需要重新校核。

2 轴承孔的检测

变速箱壳体要承载整个传动系统并保证传动精度，而传动系统的传动精度通过壳体上的轴承孔予以保证，因此，变速箱壳体上轴承孔的相关尺寸要求十分严格，在测量壳体上轴承孔的尺寸时，一般有两种方法：1）采集3层，每层4个点；2）扫描轴承孔内圆，扫面三层；在测量变速箱壳体过程中，两种方式均可，为提高效率，一般选择第一种方法作为变速箱壳体轴承孔的测量方法。

该种测量方式得到的是柱体，可以输出轴承孔的直径、位置度、垂直度以及圆柱度等指标。同样，在变速箱壳体中其他比较重要的安装孔均需要该种方式进行测量：

图2 三坐标测量壳体模型

为了保证测量数据的有效性，在测量过程中需要特别注意以下几点：

1） 由于轴承孔的宽度值较小，如果基准平面距离较远时，可以采用中间平面转换的思想进行评价，避免出现误差较大的情况；

2） 轴承孔一般都会设计有导油槽，导致壳体轴承孔不是完整圆柱，此时测量过程中需要避开导油槽进行采集；

3 平面的检测

变速箱壳体均设计有较多的平面，以壳体连接面为例，壳体连接面一般要求平面度和粗糙度，粗糙度影响整个变速箱的气密性，而壳体连接面的平面度则直接影响装配后整个传动系统的传动精度，在测量平面度时，需要在整个平面中尽可能多的采集测量点，一般每个螺栓安装孔之间采集2~3个点为宜，这样测量的壳体连接面的平面度较为准确。

测量时要尽可能的避开壳体连接面上的气缩孔以及划痕位置，避免影响测量后的数据。

4 螺栓孔的检测

变速箱壳体需要固定整机中所有零部件，因此变速箱壳体上设计有较多的螺栓安装孔，螺纹孔的位置度要有一定的要求以保证零部件的安装精度，为了提高生产效率，一般使用三坐标进行螺纹孔的检测。

但使用三坐标检测螺纹孔的位置度时，不可避免会产生误差，测量螺纹孔时三坐标的探针需要在孔内打4个点来确定一个圆，探针的针头在打点时，针头可能会打到螺牙的“峰顶”或者“峰谷”，由此导致误差产生。以M8×1.25内螺纹孔的测量为例，针头打点时，一个点打在了“峰顶”，另一个点打在了“峰谷”，如下图所示：

图3 直径Φ3mm测量的螺纹孔误差

当使用直径Φ3mm的探针时，分析得到的单侧理论最大偏差值为0.037mm，由于探针需要打四个点，那么，在与上图相垂直的平面，螺纹孔测量的位置度最大误差为0.037*1.414=0.052。

图4 直径Φ5mm测量的螺纹孔误差

当使用直径为Φ5mm的探针时，得到螺纹孔测量的位置度最大误差为：0.022*1.414=0.031。

从上述测量结果分析来看，使用探针的直径越大测量误差越小，当然这取决于螺纹孔的规格，实际产品中，螺纹孔的位置度要求一般比较宽松，因此操作中一般会忽略螺纹孔的测量误差，如要求螺纹孔的位置精度较高时，需要测量螺纹底孔或者使用专用检具进行螺纹孔的测量。

变速箱壳体结构比较复杂，三坐标检测工具只能检测变速箱壳体的部分尺寸，并不能将变速箱壳体的全部尺寸予以表达，需要借助其他的专用检具综合评价。总体来说，三坐标检测手段对于向变速箱壳体等复杂零部件来说，是一个非常值得可信的方式，随着科技的进步，三坐标检测零部件的手段会越来越丰富，误差控制也会越来越精致。

[1] 张晓宇.箱体类工件如何在三坐标测量中合理建立坐标系.[J] 机械工程师,2012年第1期,43~44.

[2] 成大先.机械设计手册.化学工业出版社,2002.1,第4版.

[3] 葛建中.关于三坐标测量策略的探讨.[J]安徽工程科技学院学报,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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-97-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.033

丁兆福，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。