驅動橋嚙合印跡計算選墊與MES系統集成應用

王永安，路東鋒，王興

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

1 引言

驅動橋是汽車的主要組成部分，它的作用是為汽車提供支撐、動力傳遞。主減速器是汽車驅動橋的主要傳動零部件之一，而錐齒輪副是主減速器的關鍵零部件。在錐齒輪副齒面均勻涂抹紅丹粉與機油混合物（以下稱“紅丹”），轉動錐齒輪副，使之充分嚙合，齒面紅丹研磨形成的圖案稱為“接觸區”，又稱“嚙合印跡”。

嚙合印跡形狀、位置影響著錐齒輪副傳動的噪音、壽命，裝配過程中對錐齒輪副嚙合印跡的形狀、位置有著嚴格的要求。嚙合印跡的形狀受齒輪加工精度、熱處理變形影響較大，所以嚙合印跡形狀是需要齒輪制造過程保證的。嚙合印跡的位置和主、被動錐齒輪的相對位置有關，一般通過增加或減少調整墊片的辦法，使主、被動錐齒輪靠近或遠離，達到調整嚙合印跡位置的目的。

圖1 齒輪印跡標準(凸面)

圖2 齒輪印跡標準(凹面)

在主減速器裝配過程中，錐齒輪副嚙合印跡是一個調整類的工序，需要對不合格的嚙合印跡進行重新調整，以得到最優的嚙合印跡。所以調整嚙合印跡工序是主減速器總成裝配的關鍵工序，合格的嚙合印跡是主減速器總成的重要性能指標。

2 傳統經驗選墊

2.1 傳統經驗選墊簡介

傳統的錐齒輪副嚙合印跡調整，主要依靠加工人的生產經驗，通過試裝配一定厚度的調整墊片進行嚙合印跡預調整。研磨得出嚙合印跡后，根據嚙合印跡的位置情況，再通過增加或減少調整墊片的厚度，達到最優的嚙合印跡位置。然后同批次的錐齒輪副均使用該厚度的調整墊片進行嚙合印跡調整。如同批次錐齒輪副安裝距、軸承安裝高、殼體某一尺寸公差分布較為離散，那么最終的嚙合印跡調整墊片厚度就會存在較大波動。當最終得到的嚙合印跡不符合工藝要求時，加工人就需要重新調整嚙合印跡，直至得到合格的嚙合印跡。所以傳統的嚙合印跡調整主要依靠加工人豐富的加墊經驗及同批次零部件尺寸的穩定性保證。

2.2 傳統人工選墊缺點

由于錐齒輪副安裝距、主減速器殼等零部件均存在設計公差，同一批零部件也會由于刀具磨損、夾裝定位誤差、熱處理變形等因素存在加工誤差，如果同一批次中任意一種零部件尺寸公差分布較為離散，就會導致最終的調整墊片厚度出現較大波動。那么研磨出的嚙合印跡就不符合工藝要求，需要對該主減速器嚙合印跡進行重新調整。這種情況下就會造成生產線停線、返工，浪費生產節拍，影響生產效率。

3 MES計算選墊

3.1 MES計算選墊方案簡介

MES計算選墊是指將錐齒輪副安裝距、主減速器殼等相關尺寸采集至MES系統，不同橋型在MES系統中預置對應的調整墊片厚度值計算公式。當生產計劃在 MES系統中過點至當前工序時，將錐齒輪副安裝距、主減速器殼等相關尺寸自動引入對應的計算公式中進行運算，并得出對應的調整墊片厚度。計算公式：E=(A+B)-(C+D)。MES系統自動將計算結果對應生產序列號推送至顯示終端，加工人通過顯示終端獲取調整墊片厚度信息，并按照要求進行加墊作業。

圖3 主減裝配圖MES計算選墊原理圖

3.2 MES計算選墊優點

通過這種尺寸鏈計算的方式，可以得出較準確的嚙合印跡調整墊片厚度值。從而避免了因尺寸鏈中某一零部件的尺寸公差離散或加工超差造成的嚙合印跡調整墊片厚度不穩定。加工人通過顯示終端獲取調整墊片厚度信息并按照要求進行加墊，提升了嚙合印跡的一次調整合格率，杜絕了多次調整拆卸、裝配檢查造成的產能浪費，提高了生產效率。

4 技術難點與創新

4.1 二維碼技術應用

在主動錐齒輪螺紋端二維碼內增加錐齒輪副安裝距信息，使用掃描槍讀取二維碼信息，提取錐齒輪副安裝距信息，MES系統自動抓取信息并引入計算公式進行運算。

4.2 錐齒輪副安裝距控制

錐齒輪副安裝距設計公差較大，加工過程、熱處理過程穩定性差，實際的錐齒輪副安裝距公差帶分布較寬，并且錐齒輪副安裝距是影響嚙合印跡符合性的最大因素，所以需要得到合格的嚙合印跡，錐齒輪副安裝距的準確性控制尤其重要。

4.3 殼體尺寸控制

在不增加加工成本，降低殼體件加工效率的前提下，提高主減速器殼、軸承座相關尺寸的穩定性，提高機加工過程精度，合理縮小其公差帶，以減小尺寸鏈計算的公差累積，提高選墊的準確性。

5 改善效果

自2017年7月份正式批量應用MES計算選墊以后，錐齒輪副嚙合印跡重復調整次數相比傳統經驗選墊明顯降低，日均重復調整次數由 22.4次降為 3.3次，產能損失降低85.27%，日均產能提升約19根，改善效果明顯。

MES計算選墊方法的應用，解決了驅動橋主減速器嚙合印跡反復調整的瓶頸問題，使整線的裝配產能得到釋放，極大地提高了生產效率。

6 結束語

以上詳細闡述了 MES計算選墊的技術原理、創新點以及應用以來的效果，通過數據分析，應用MES計算選墊后，有效的降低了因重復調整而造成的產能損失，提高了生產效率。充分體現了數字化的運算方式在實際生產中的便捷性、先進性、實用性。

通過 MES計算選墊項目的整體推進落地，也進一步提高了錐齒輪副、殼體件、軸承的尺寸穩定性，使零部件的制造精度得到提升。從機械加工、總成裝配兩個層面推進了整個制造水平的提升。

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[2] 許洪基,陶燕光,雷光.齒輪手冊（第二版）.北京:機械工業出版社,2000.

[3] 楊欣斌.制造執行系統 MES 基本原理與應用.北京:中國石油大學出版社,2007.

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