低地板驅動橋齒側間隙的等效檢測法應用

汪衛剛，路東鋒，田棟

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

低地板驅動橋齒側間隙的等效檢測法應用

汪衛剛，路東鋒，田棟

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

文章主要介紹錐齒輪副（螺旋錐齒輪）齒側間隙檢測方法的優化、論證及其應用。通過原工藝方案與新工藝方案對比，結合低地板門式驅動橋結構特點，從裝配準確性、工藝性及經濟性三個方面進行分析，闡述等效檢測、基準轉化的應用。

齒側間隙；等效檢測；基準轉化；低地板驅動橋

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

引言

客車橋使用的低地板門式驅動橋，其結構不同于傳統驅動橋結構。傳統驅動橋主減總成和橋殼為分體結構，錐齒輪副齒側間隙（以下簡稱：齒側間隙）可以直接在主減總成上進行檢測；低地板門式驅動橋主減總成和橋殼為整體結構，殼體空間封閉，齒側間隙不能直接在主減總成上檢測。故而對低地板門式驅動橋齒側間隙評價及其準確性成為一個難題。

圖1 低地板門式驅動橋結構

注：傳統驅動橋主減總成和橋殼為分體結構，主減總成在被動錐齒輪側無任何遮擋，存在足夠的檢測空間。

圖2 低地板門式驅動橋結構

注：低地板門式驅動橋主減總成和橋殼為整體結構，殼體空間封閉，無檢測空間。

1 齒側間隙簡介

齒輪嚙合傳動過程中，為了在相嚙合齒面間形成潤滑油膜，避免摩擦發熱產生燒傷、膠合，因此相嚙合齒面間應存在一定量的間隙，不能過小，此間隙稱為齒側間隙。同時，齒側間隙會導致齒輪嚙合時形成振動沖擊，產生噪音。為確保傳動的平穩性及低噪音，齒側間隙不能過大。

裝配時，為保證合理的齒側間隙，需進行調整和檢測。常規檢測方法為：固定主動錐齒輪，將百分表表架固定在主減總成殼體上，百分表表頭垂直壓在被動錐齒輪齒面大端，來回擺動被動錐齒輪，被動錐齒輪擺動的位移即為齒側間隙。

2 工藝方案

2.1 方案一（專用橋殼等效檢測法）

2.1.1 方案一流程說明

檢測專用橋殼尺寸→裝配橋總成（使用專用橋殼）→檢測齒側間隙→更換調整墊片→檢測齒側間隙（更換調整墊片直至合格）→檢測合格橋殼尺寸→尺寸對比、墊片補償→裝配橋總成（使用合格橋殼）

2.1.2 方案一檢測方案介紹

（1）齒側間隙預調整

將橋殼橋包部位切除，改制為工藝橋殼，使用工藝橋殼進行裝配，在開口處檢測齒側間隙，檢測方法同傳統橋總成。

圖3 橋包部位檢測方法

圖4

（2）橋總成裝配

檢測工藝橋殼及合格橋殼相關尺寸并進行對比，通過增大/減小調整墊片厚度進行補償，將合格橋總成等效為開口橋殼，進行橋總成裝配。

2.1.3 方案一存在的缺點

（1）可評價性差

工藝橋殼與合格橋殼，在形位公差上存在差異，調整墊片補償后差異不能完全消除，使用合格橋殼裝配后齒側間隙存在一定的誤差。

（2）工藝性差

1）使用工藝橋殼預調整后，裝配橋總成時需額外進行一次拆裝，裝配節拍增加約248s，裝配效率低。

2）批量裝配時易發生等待橋殼檢測的現象，產生作業等待現象。

（3）經濟性差

1）該方案需測量合格橋總成相關尺寸，且要求測量結果精度高、準確性高，這增加了橋總成檢測成本。

2）該方案需加工一件工藝橋殼，且需對工藝橋殼進行防護，增加制作成本及維護成本。

3）該方案需將工藝橋殼定置在裝配現場，占用作業場地。

2.2 方案二（凸緣等效檢測）

2.2.1 方案二流程說明

預裝橋總成→檢測齒側間隙→更換調整墊片→檢測齒側間隙（更換調整墊片直至合格）。

2.2.2 方案二檢測方案介紹

1）通過齒輪副的傳動原理及機械結構特征建立數學模型，將齒側間隙形成的被動錐齒輪擺動量，通過齒輪傳動，轉化為主動錐齒輪凸緣部位擺動的位移。（如下圖）

圖5 齒輪傳動圖示

（1）被動錐齒輪齒側間隙等效轉化為主動錐齒輪齒側間隙；

（2）主動錐齒輪齒側間隙轉化為凸緣周向擺動量。

2）因齒側間隙較小（0.20～0.28），凸緣擺動的弧長較小，近似為一條直線，可使用百分表進行檢測。

3）由于凸緣為圓柱面，無法直接檢測，需借助檢測工裝，提供一個檢測面，檢測該面上某點的位移。（如下圖）

圖6

4）通過檢測凸緣部位的位移，按照建立的數學模型進行計算，等效評價齒側間隙的符合性。

2.3 齒側間隙等效轉化

齒側間隙（被動錐齒輪法向間隙）等效轉化為被動錐齒輪大端的周向間隙，再等效轉化為主動錐齒輪相嚙合點的周向間隙，最后轉化為凸緣周向擺動量。

圖7

2.3.1 齒側間隙（被動錐齒輪法向間隙）轉化為周向間隙

圖8

將被動錐齒輪齒側間隙進行分解，計算被動錐齒輪副大端的周向間隙jn：

jn——被動錐齒輪法向間隙，即齒側間隙；

jt——被動錐齒輪大端的周向間隙；

β——螺旋角。

α——壓力角。

2.3.2 被動錐齒輪周向間隙轉化為主動錐齒輪周向間隙

（1）錐齒輪線速度

R1——主動錐齒輪嚙合點的半徑；

n1——主動錐齒輪嚙合點的轉速；

R2——傳統驅動橋被動錐齒輪測量點的半徑，；

N2——被動錐齒輪嚙合點的轉速。

（2）主動錐齒輪與被動錐齒輪速比（錐齒輪副為相交軸）：

Z1——主動錐齒輪的齒數；

Z2——被動錐齒輪的齒數。

2.3.3 主動錐齒輪周向間隙轉化為凸緣工裝的位移

圖9

周向間隙及凸緣位移較小，可等效為一段圓弧，錐齒輪副轉過的轉角：

X ——工裝上檢測點的位移。

R3——工裝上檢測點的半徑；

2.3.4 齒側間隙轉化為凸緣工裝位移的計算公式

2.4 方案二的優點

2.4.1 操作性好

相對方案一（調整墊片補償后裝配橋總成），方案二調整合格后該部位不再進行其它裝配拆卸，齒側間隙可直接進行檢測評價，且檢測的齒側間隙為產品最終參數，不再發生變化，這大大提高了齒側間隙的操作便捷性。

2.4.2 工藝性好

（1） 相對方案一（調整墊片補償后裝配橋總成），方案二齒側間隙可直接進行檢測評價，操作便捷、效率高。

（2）齒側間隙調整合格后，直接轉入下道工序，不再進行其它裝配拆卸，相對方案一減少一次拆裝，降低了返工頻次，提高了裝配效率。

（3）相對方案一（檢測工藝橋殼相關尺寸），方案二不需要檢測橋殼相關尺寸，橋總成裝配時不需要等待橋殼尺寸檢測，減少了等待時間。

2.4.3 經濟性好

（1）相對方案一（檢測工藝橋殼相關尺寸），無需檢測橋殼相關尺寸，無檢測成本。 （2）相對方案一（檢測工藝橋殼相關尺寸），方案二不需要工藝橋殼，且不需要工藝橋殼相應的防護，無需工藝橋殼制作及維護成本。

（3）相對方案一（檢測工藝橋殼相關尺寸），方案二不需要工藝橋殼，不需要現場定置，無場地占用。

3 結束語

3.1 設計優點

（1）等效評價思路：將不可直接檢測的項目，等效轉化為其它可測量的項目，實現產品的準確控制。

（2）數學建模思路：數學建模結合理論支持，將復雜的問題簡單化，便于更加快捷的找到解決措施。

（3）適應批量生產要求：經過等效轉化，提高了裝配效率（減少一次拆裝）、準確性（直接檢測評價）、降低成本（無需橋殼檢測），更適應批量生產。

3.2 可借鑒思路或理念

工藝設計過程中，常用等效轉化理念，化繁為簡，變難為易，將不可直接測量的數據轉化為可直接測量的數據，將大大提高我們的工藝水平，同時運用數學建模的理念，為分析問題提供理論支持，工藝輸出將更加可靠、高效！

[1] 許洪基,陶燕光,雷光.齒輪手冊上冊（第2版）.[M]北京：機械工業出版社,2000.

[2] 孫恒,陳作模,葛文杰.機械原理（第七版）北京：高等教育出版社,2006.

[3] 成大先.機械設計手冊北京：化學工業出版社,2004.

[4] 吳百詩.大學物理基礎上冊.[M]科學出版社,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 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-114-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.040

汪衛剛，就職于陜西漢德車橋有限公司。