复杂汽车变速箱壳体的三坐标检测方法及误差探究

王昊

摘要：变速箱是汽车的核心部件之一，能够起到改变传动比、进行动力输的作用。传动精度是衡量变速箱工作性能的重要指标，可以通过控制变速箱壳体尺寸误差，达到提高传动精度的目的。现阶段针对变速箱壳体精度的评价方法中，三坐标检测方法是一种较为常用的方法，具有操作简便、适用性强等应用优势。但是由于变速箱内部结构相对复杂，仅利用三坐标检测方法可能会导致最终检测结果不够准确，还需要借助于其他手段，实现对检测误差的修改，从而为变速箱壳体的制作提供数据参考。

关键词：汽车变速箱；三坐标检测；壳体平面；误差控制

一、建立坐标系

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。该方法是用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。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，进而建立坐标系。

某变速箱壳体的结构示意图

二、轴承孔误差控制

对轴承孔的误差进行严格控制，是提高变速箱传动精度的一种有效措施。变速箱壳体上轴承孔的分布位置，以及轴承孔自身的参数（直径、孔深等）等，都是需要进行控制的重点对象。以轴承孔尺寸为例，目前行业内常用的尺寸精度控制措施有两类：第一类是“三层四点法”，首先测量轴承孔的孔深，然后等分成三层。每层布置四个点，分别测得三组数据，并求其平均值，可以达到减小误差的目的；第二类是扫描法，利用微型探头进行轴承孔内部扫描，然后利用仪器分析扫描结果，可以得到相对精确的尺寸参数。综合考虑检测成本和操作要求，通常选择第二种方法进行轴承孔参数的误差控制。

实际进行参数测量和误差控制时，还要注意以下几点事项：首先，对于直径较小的轴承孔，微型探头的扫描精度可能会受到一定的干扰，可以将轴承孔分成23个层次，分层进行扫描，然后再汇总扫描数据，进行统一分析。其次，轴承孔上通常留有导油孔或导油槽，因此轴承孔从形状上来说并不是完整的圆柱体。在测量时，技术人员也要注意避开导油槽，保证检测结果的精确度。

三、壳体平面误差控制

变速箱壳体有多个面积不等的平面，这些平面的长宽参数和表面粗糙度，都会对汽车变速箱的实际工况产生影响。例如，壳体连接面的粗糙度会直接影响后期变速箱的传动精度，如果连接面过于粗糙，变速箱运行过程中容易产生抖动，动力的传输会受到影响；反之，连接面过于光滑，变速箱运行过程中也会由于摩擦力不足，出现打滑问题。因此，在生产变速箱时，也必须对壳体平面误差进行严格控制。

壳体平面误差控制主要从两方面进行：其一是平面度误差控制，可以在变速箱平面壳体上均匀的选取若干个测量点，测量点要注意避开螺栓孔，以防止测量过程中螺栓孔发生变形。将壳体水平放置，然后用专门的仪器分别检测测量点的垂直高度。完成全部测量后，选取高度差最大的两个测量点，如果高度差在误差允许范围内，则壳体平面度达标。高度差超过误差允许范围，需要重新进行平面度调整，缩小误差。其二是粗糙度误差控制，可以采用单位面积颗粒度检测法，人为将壳体平面划分成若干个等面积的小方格，然后利用仪器检测独立小方格内的颗粒数量。单位面积颗粒在误差控制范围内，说明粗糙度良好。

四、螺栓孔误差控制

变速箱的结构比较复杂，内部零部件较多，需要使用大量的螺栓进行固定，以保证变速箱运行的稳定性。在进行螺栓孔的设计时，既要考虑变速箱的结构特点，又要保证安装精度，避免螺栓孔与变速箱的其他结构产生冲突，或是在安装其他部件时，因为挤压导致螺栓孔发生形变。螺栓孔位置精度的测控可以使用三坐标检测方法。

选取一个螺纹孔，利用微型探针在孔内打四个点，针孔保持在同一水平面上，这样四个点就会在螺纹孔内形成一个圆。探针在打点时，既有可能将孔打在螺牙的凸出部位，也有可能打在螺牙的凹陷部位，从而导致误差的产生。以常用的M8×125内螺纹孔为例，如果探针打孔时，恰好将一个点打在了螺牙 “峰顶”，而另一个点则打在了螺牙的“峰谷”，此时针孔的最大误差可以达到0.5mm。除此之外，针孔误差还与探针的直径呈正比例关系，仍然以M8×1.25内螺纹孔为例，如果所用探针的直径为2mm，则螺纹孔测量的误差为0.03mm，换用直径为5mm的探针，螺纹孔测量的误差则达到了0.05mm。由此可知，对于精度要求较为严格的螺纹孔，应当在满足使用需求的前提下，優先考虑使用小直径的探针，以达到控制误差的目的。

五、结语

三坐标检测是现阶段常用的变速箱壳体精度控制方法，但是单次检测的范围相对有限，并不能获取变速箱壳体的全部尺寸。因此，在使用三坐标检测时，还需要借助于其他辅助工具或手段，对检测结果做出更加全面的评价。随着新技术、新设备的投入应用，三坐标检测的精度也会逐渐提升，误差范围也会越来越小，有助于实现变速箱制作质量的全面提升。

参考文献：

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