汪衛(wèi)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(qū)動橋齒側(cè)間隙的等效檢測法應(yīng)用

汪衛(wèi)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(cè)間隙檢測方法的優(yōu)化、論證及其應(yīng)用。通過原工藝方案與新工藝方案對比，結(jié)合低地板門式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從裝配準(zhǔn)確性、工藝性及經(jīng)濟(jì)性三個方面進(jìn)行分析，闡述等效檢測、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的應(yīng)用。

齒側(cè)間隙；等效檢測；基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化；低地板驅(qū)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(qū)動橋，其結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)驅(qū)動橋主減總成和橋殼為分體結(jié)構(gòu)，錐齒輪副齒側(cè)間隙（以下簡稱：齒側(cè)間隙）可以直接在主減總成上進(jìn)行檢測；低地板門式驅(qū)動橋主減總成和橋殼為整體結(jié)構(gòu)，殼體空間封閉，齒側(cè)間隙不能直接在主減總成上檢測。故而對低地板門式驅(qū)動橋齒側(cè)間隙評價及其準(zhǔn)確性成為一個難題。

圖1 低地板門式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)

注：傳統(tǒng)驅(qū)動橋主減總成和橋殼為分體結(jié)構(gòu)，主減總成在被動錐齒輪側(cè)無任何遮擋，存在足夠的檢測空間。

圖2 低地板門式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)

注：低地板門式驅(qū)動橋主減總成和橋殼為整體結(jié)構(gòu)，殼體空間封閉，無檢測空間。

1 齒側(cè)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(fā)熱產(chǎn)生燒傷、膠合，因此相嚙合齒面間應(yīng)存在一定量的間隙，不能過小，此間隙稱為齒側(cè)間隙。同時，齒側(cè)間隙會導(dǎo)致齒輪嚙合時形成振動沖擊，產(chǎn)生噪音。為確保傳動的平穩(wěn)性及低噪音，齒側(cè)間隙不能過大。

裝配時，為保證合理的齒側(cè)間隙，需進(jìn)行調(diào)整和檢測。常規(guī)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(cè)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(cè)間隙→更換調(diào)整墊片→檢測齒側(cè)間隙（更換調(diào)整墊片直至合格）→檢測合格橋殼尺寸→尺寸對比、墊片補(bǔ)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(cè)間隙預(yù)調(diào)整

將橋殼橋包部位切除，改制為工藝橋殼，使用工藝橋殼進(jìn)行裝配，在開口處檢測齒側(cè)間隙，檢測方法同傳統(tǒng)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(guān)尺寸并進(jìn)行對比，通過增大/減小調(diào)整墊片厚度進(jìn)行補(bǔ)償，將合格橋總成等效為開口橋殼，進(jìn)行橋總成裝配。

2.1.3 方案一存在的缺點(diǎn)

（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(diào)整墊片補(bǔ)償后差異不能完全消除，使用合格橋殼裝配后齒側(cè)間隙存在一定的誤差。

（2）工藝性差

1）使用工藝橋殼預(yù)調(diào)整后，裝配橋總成時需額外進(jìn)行一次拆裝，裝配節(jié)拍增加約248s，裝配效率低。

2）批量裝配時易發(fā)生等待橋殼檢測的現(xiàn)象，產(chǎn)生作業(yè)等待現(xiàn)象。

（3）經(jīng)濟(jì)性差

1）該方案需測量合格橋總成相關(guān)尺寸，且要求測量結(jié)果精度高、準(zhǔn)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(jìn)行防護(hù)，增加制作成本及維護(hù)成本。

3）該方案需將工藝橋殼定置在裝配現(xiàn)場，占用作業(yè)場地。

2.2 方案二（凸緣等效檢測）

2.2.1 方案二流程說明

預(yù)裝橋總成→檢測齒側(cè)間隙→更換調(diào)整墊片→檢測齒側(cè)間隙（更換調(diào)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(jī)械結(jié)構(gòu)特征建立數(shù)學(xué)模型，將齒側(cè)間隙形成的被動錐齒輪擺動量，通過齒輪傳動，轉(zhuǎn)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(cè)間隙等效轉(zhuǎn)化為主動錐齒輪齒側(cè)間隙；

（2）主動錐齒輪齒側(cè)間隙轉(zhuǎn)化為凸緣周向擺動量。

2）因齒側(cè)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(jìn)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(diǎn)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(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，等效評價齒側(cè)間隙的符合性。

2.3 齒側(cè)間隙等效轉(zhuǎn)化

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

圖7

2.3.1 齒側(cè)間隙（被動錐齒輪法向間隙）轉(zhuǎn)化為周向間隙

圖8

將被動錐齒輪齒側(cè)間隙進(jìn)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(cè)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(zhuǎn)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(diǎn)的半徑；

n1——主動錐齒輪嚙合點(diǎn)的轉(zhuǎn)速；

R2——傳統(tǒng)驅(qū)動橋被動錐齒輪測量點(diǎn)的半徑，；

N2——被動錐齒輪嚙合點(diǎn)的轉(zhuǎn)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(shù)；

Z2——被動錐齒輪的齒數(shù)。

2.3.3 主動錐齒輪周向間隙轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角：

X ——工裝上檢測點(diǎn)的位移。

R3——工裝上檢測點(diǎn)的半徑；

2.3.4 齒側(cè)間隙轉(zhuǎn)化為凸緣工裝位移的計算公式

2.4 方案二的優(yōu)點(diǎn)

2.4.1 操作性好

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

2.4.2 工藝性好

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

（2）齒側(cè)間隙調(diào)整合格后，直接轉(zhuǎn)入下道工序，不再進(jìn)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(guān)尺寸），方案二不需要檢測橋殼相關(guān)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(jīng)濟(jì)性好

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

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

3 結(jié)束語

3.1 設(shè)計優(yōu)點(diǎn)

（1）等效評價思路：將不可直接檢測的項(xiàng)目，等效轉(zhuǎn)化為其它可測量的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的準(zhǔn)確控制。

（2）數(shù)學(xué)建模思路：數(shù)學(xué)建模結(jié)合理論支持，將復(fù)雜的問題簡單化，便于更加快捷的找到解決措施。

（3）適應(yīng)批量生產(chǎn)要求：經(jīng)過等效轉(zhuǎn)化，提高了裝配效率（減少一次拆裝）、準(zhǔn)確性（直接檢測評價）、降低成本（無需橋殼檢測），更適應(yīng)批量生產(chǎn)。

3.2 可借鑒思路或理念

工藝設(shè)計過程中，常用等效轉(zhuǎn)化理念，化繁為簡，變難為易，將不可直接測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可直接測量的數(shù)據(jù)，將大大提高我們的工藝水平，同時運(yùn)用數(shù)學(xué)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(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[4] 吳百詩.大學(xué)物理基礎(chǔ)上冊.[M]科學(xué)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-114-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.040

汪衛(wèi)剛，就職于陜西漢德車橋有限公司。