CN103267480A

CN103267480A - 一种面齿轮误差的单面啮合测量装置

Info

Publication number: CN103267480A
Application number: CN2013101674238A
Authority: CN
Inventors: 石照耀; 鹿晓宁; 陈昌鹤; 林家春
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: CN103267480B

Abstract

一种面齿轮误差的单面啮合测量装置，属于精密测试计量技术领域。包括圆柱齿轮轴系、圆柱齿轮安装机构、面齿轮轴系、面齿轮安装机构、电机、联轴器、蜗杆、控制器、驱动器、圆光栅系统、细分器、DSI卡、数据采集卡、工控机；圆柱齿轮轴系为主动轴系，由伺服电机驱动。本发明简化了仪器的零部件数量，增加了系统的稳定性。

Description

一种面齿轮误差的单面啮合测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量面齿轮误差的单面啮合测量装置，属于精密测试计量技术领域。

背景技术

齿轮传动广泛应用于机械系统，可以在多种工作环境下传动，可以实现多种传动比，成本合理。面齿轮传动是一种圆柱齿轮与面齿轮相啮合的齿轮传动,可以实现两齿轮轴相交或交错、两轴正交或非正交的传动。面齿轮传动的主要优点包括：振动噪声较低、有较高的互换性、传动平稳等优点。由于这些独特的优点，面齿轮传动广泛应用于工业生产中，如航空、航海、汽车工业等领域。

关于面齿轮传动的研究在我国属于刚刚起步的阶段，目前尚没有形成统一的理论和标准，也没有专门针对面齿轮误差测量的精密量仪。

目前对面齿轮误差的测量主要有两种方法：1.利用坐标测量机进行检测，该方法测量精度较高，但三坐标机的价格通常较昂贵，且其操作步骤繁琐，不利于实现齿轮经济高效的测量；2.利用对滚接触斑点法检测齿轮的质量，该方法所能实现的精度受到操作者的主观因素影响较大，且其定性的对齿轮的综合质量进行检测。

齿轮单面啮合测量是最符合齿轮使用状态的高效精密测量方式。齿轮单面啮合测量原理是指被测齿轮与理想精确的标准齿轮在公称中心距下做有侧隙的单面啮合转动时，测量被测齿轮的实际转角与理论转角的差值，即传动误差。

市场上进行齿轮单面啮合检测的量仪主要针对常规齿轮进行测量，如圆柱齿轮副、锥齿轮副等，目前还没有专门进行面齿轮传动误差检测的量仪。因此有必要开发一种面齿轮误差的单面啮合测量装置，实现面齿轮误差的高效精密测量。

发明内容

本发明提出了一种测量效率高、测量精度高的面齿轮单面啮合测量装置。该装置与配套的面齿轮误差测量软件相结合，可以测量成品面齿轮副的传动误差、被测面齿轮切向综合偏差、齿距偏差或安装偏心等。

本发明包括以下部分组成：圆柱齿轮轴系A、圆柱齿轮安装机构、面齿轮轴系B、面齿轮安装机构、电机11、联轴器12、蜗杆14、控制器9、驱动器10、圆光栅系统、细分器、DSI卡、数据采集卡7、工控机8；

圆柱齿轮轴系A包括圆柱齿轮轴系主轴15、圆柱齿轮轴系轴套16、圆柱齿轮轴系滚珠17、圆柱齿轮轴系保持架18、圆柱齿轮轴系端面轴承19、圆柱齿轮轴系轴向压环20、圆柱齿轮轴系双压紧螺母21、蜗轮13、圆光栅支架22、圆光栅系统23、轴向定位支架24等；圆柱齿轮轴系A水平布置。轴系采用密珠轴系，圆柱齿轮轴系轴套16位于圆柱齿轮轴系主轴15的外侧，密集于圆柱齿轮轴系主轴15、圆柱齿轮轴系轴套16之间的具有过盈配合的圆柱齿轮轴系滚珠17安放于圆柱齿轮轴系保持架18中。沿轴向圆柱齿轮轴系轴套16端面安装有圆柱齿轮轴系端面轴承19，圆柱齿轮轴系端面轴承19依次与圆柱齿轮轴系轴向压环20和圆柱齿轮轴系压紧螺母21连接，轴向通过圆柱齿轮轴系双压紧螺母21经圆柱齿轮轴系轴向压环20调整轴向预紧力；圆柱齿轮轴系A主轴15上同轴安装有蜗轮13，同时还安装有圆光栅支架22和轴向定位支架24，圆光栅系统23包括光栅盘和读数头，圆光栅系统23由光栅支架22和轴向定位支架24安装到圆柱齿轮轴系A上，光栅盘与圆柱齿轮轴系A同轴；

圆柱齿轮安装机构包括压紧螺母37、圆柱齿轮38、安装芯轴39等，安装芯轴39通过一组螺钉安装在圆柱齿轮轴系的主轴15上，二者采用锥面配合，圆柱齿轮38通过压紧螺母37压紧在安装芯轴39上。

面齿轮轴系包括面齿轮轴系主轴25、面齿轮轴系轴套26、面齿轮轴系滚珠27、面齿轮轴系保持架28、面齿轮轴系端面轴承29、面齿轮轴系轴向压环30、面齿轮轴系压紧螺母31、圆光栅支架35、圆光栅系统32、轴向定位支架36；面齿轮轴系轴套26位于面齿轮轴系主轴25的外侧，密集于面齿轮轴系主轴25、面齿轮轴系轴套26之间的具有过盈配合的面齿轮轴系滚珠27安放于面齿轮轴系保持架28中。沿轴向面齿轮轴系轴套26的端面为面齿轮轴系端面轴承29，面齿轮轴系端面轴承29依次与面齿轮轴系轴向压环30、面齿轮轴系压紧螺母31连接，轴向通过面齿轮轴系双压紧螺母31经面齿轮轴系轴向压环30调整轴向预紧力；面齿轮轴系主轴25上安装有圆光栅支架35和轴向定位支架36，圆光栅系统32包括光栅盘和读数头，圆光栅系统32的光栅盘由圆光栅支架35和轴向定位支架36安装到面齿轮轴系上；在所述的面齿轮轴系的轴套上还安装有支架33，读数头支架34与支架33连接固定，圆光栅系统32的读数头固定在读数头支架34上；

面齿轮安装机构包括待测的面齿轮40、T型槽螺母41、托盘42、调心螺栓43、圆环44、调心支架45等；面齿轮40、托盘42、调心支架45分别与齿轮轴系主轴同轴，且依次自上而下沿轴向分布排列，面齿轮40通过T型槽螺母41安装在托盘42上，托盘42通过螺母安装固定在带锥度的调心支架45上；圆环44沿径向位于调心支架45的外侧，圆环44通过螺母安装固定在面齿轮轴系主轴25上，圆环44周向均布有4个调心螺栓43，利用4个调心螺栓43可调整面齿轮的径向位置以达到安装要求，使得待测的面齿轮40与圆柱齿轮38啮合。

电机11通过联轴器12与蜗杆14固定连接，蜗杆14与涡轮13啮合，工况机8通过控制器9与驱动器10连接；圆柱齿轮轴系上圆光栅系统的两个读数头分别与信号细分器1和2连接，面齿轮轴系上圆光栅系统的两个读数头分别与信号细分器3和4连接，信号细分器1和2与DSI卡6连接整合，信号细分器3和4与DSI卡5连接整合，DSI卡5和6通过数据采集卡7与工控机8连接，DSI卡5和6通过数据采集卡7传送到工控机8，进行数据处理，获得面齿轮副的误差数据。

同理圆光栅系统23的光栅盘由圆光栅支架22和轴向定位支架24安装到圆柱齿轮轴系上；在所述的面齿轮轴系的轴套上还安装有支架，读数头支架与支架连接固定，圆光栅系统的读数头固定在读数头支架上；

本发明的技术方案为：

面齿轮综合误差测量仪的仪器总体结构采用卧式与立式相结合的结构，圆柱齿轮轴系横向布置，面齿轮轴系纵向布置，两轴系相互垂直。面齿轮轴系和圆柱齿轮轴系采用精密密珠轴系的结构。圆柱齿轮轴系为主动轴系，由伺服电机驱动。

本仪器可以实现两个轴系垂直时，相交或偏置两种情况的面齿轮副的测量。当面齿轮副为成品配对齿轮时，本仪器可检验齿轮副的传动误差，当面齿轮为被测齿轮，圆柱齿轮为精度较高的标准齿轮时，可实现面齿轮切向综合总偏差的测量，并可分离切向齿距偏差、偏心等单项误差。

附图说明

图1为面齿轮单面啮合测量仪的工作原理简图

图2为圆柱齿轮轴系机械结构图

图3为圆柱齿轮安装结构图

图4为面齿轮轴系机械结构图

图5为面齿轮安装结构图

图6为面齿轮单面啮合测量仪结构简图

图中：1-4、信号细分器,5-6、DSI卡，7、数据采集卡，8、工控机,9、控制器,10、驱动器,11、伺服电机,12、联轴器,13、蜗轮,14、蜗杆,15、主轴,16、轴套,17、滚珠,18、保持架,19、端面轴承,20、轴向压环,21、双压紧螺母,22、圆光栅支架，23、圆光栅系统（光栅盘及读数头），24、轴向定位支架,25、主轴,26、轴套，27、滚珠，28、保持架，29、端面轴承，30、轴向压环，31、双压紧螺母，32、圆光栅系统（光栅盘及读数头），33、支架，34、读数头支架，35、圆光栅支架，36、轴向定位支架，37、压紧螺母，38、圆柱齿轮，39、安装芯轴，40、面齿轮，41、T型槽螺母，42、托盘，43、调心螺栓，44、圆环，45、调心支架，46、基座，47、长光栅系统，48、Z向移动平台，49、H向移动平台，50、H向手轮，51、V向手轮。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明的工作原理如图1所示，各个结构件图2-6所示；圆柱齿轮（38）和面齿轮（40）分别安装于圆柱齿轮轴系（A）和面齿轮轴系（B）上。圆柱齿轮轴系（A）可在水平面沿H/Z两个方向移动，这两个方向上的移动是由H向移动平台（49）和Z向移动平台（48）实现的。面齿轮轴系可在铅垂面沿V方向移动，该运动是由V向移动平台实现的。H/V/Z方向通过长光栅系统（47）检测齿轮副的相对位置，实现精确定位。调整圆柱齿轮和面齿轮的相对位置，使其在公称中心距下做单面啮合转动。工控机（8）发送指令给控制器（9），经驱动器（10）控制伺服电机（11）转动，伺服电机通过联轴器（12）与蜗轮（14）连接，通过蜗杆（14）驱动蜗轮（13）从而驱动圆柱齿轮轴系转动，并驱动面齿轮轴系转动。圆柱齿轮（38）与面齿轮（10）的实际转角分别由同轴圆光栅系统（光栅盘及读数头）（23）和（32）检测。本发明采用双读数头结构，每个圆光栅的检测信号均由两个读数头读取后经信号细分器（1-4）细分，经DSI卡（5、6）整合，通过数据采集卡（7）传送到工控机（8），进行数据处理，获得面齿轮副的误差数据。

圆柱齿轮轴系A机械结构如图2所示。圆柱齿轮轴系A水平布置。轴系采用高精度密珠轴系，由主轴（15）、轴套（16）以及密集于两者之间的具有过盈配合的滚珠（17）组成，滚珠安放于保持架（18）中。轴系端面安装有端面轴承（19），轴向通过双压紧螺母（21）经轴向压环（20）调整轴向预紧力。圆光栅系统（光栅盘及读数头）（23）紧固在主轴的一端，利用轴向定位支架（24）进行圆光栅系统轴向定位。

圆柱齿轮安装结构如图3所示。安装芯轴（39）通过一组螺钉安装在圆柱齿轮轴系的主轴（15）上，二者采用锥面配合，保证锥面的大端接触充分，提高了安装芯轴（39）与圆柱齿轮轴系间的定心性。圆柱齿轮（38）通过压紧螺母（37）压紧在安装芯轴（39）上。

面齿轮轴系（B）的机械结构如图4所示，结构同圆柱齿轮轴系类似。面齿轮轴系纵向布置。轴系采用高精度密珠轴系，由主轴（25）、轴套（26）以及密集于两者之间的具有过盈配合的滚珠（27）组成，滚珠安放于保持架（28）中。轴系端面安装有端面轴承（29），轴向通过双压紧螺母（31）经轴向压环（30）调整轴向预紧力。圆光栅系统（光栅盘及读数头）（32）紧固在主轴的一端，利用轴向定位支架（36）进行圆光栅系统轴向定位。轴套固定在基座（46）上。

面齿轮安装结构如图5所示。该机构要实现的主要功能是调整面齿轮的安装偏心。圆环（44）固定在面齿轮轴系的主轴（25）上，圆环（44）周向均布有4个调心螺栓（43）。面齿轮（40）通过8个T型槽螺母（41）安装在托盘（42）上,托盘（42）与带锥度的调心支架（45）相连。利用4个调心螺栓（43）调整面齿轮的径向位置以达到安装要求。

面齿轮单面啮合测量仪结构简图如图6所示。其中圆柱齿轮轴系（A）可实现H\Z两个方向的移动，摇动H向手轮（50）可实现H向移动平台（49）的移动，Z向移动平台（48）的移动的实现也依靠手动的方式。摇动V向手轮（51）可实现面齿轮轴系（B）沿V向移动。

本发明可以取得如下有益效果：

本发明采用的面齿轮安装结构，不仅提高了面齿轮（40）装卡的通用性，还可以对面齿轮（40）进行精确的位置调整，满足了面齿轮（40）与轴系的同轴度要求。圆柱齿轮安装结构与圆柱齿轮轴系（A）的主轴（15）之间采用锥面配合，提高了圆柱齿轮的安装精度。

本发明采用单个伺服电机驱动的方式，三维平台的线性移动均采用手动驱动的方式，简化了仪器的零部件数量，增加了系统的稳定性。

本发明的圆光栅系统采用双读数头方式，减少了由于齿轮、圆光栅、轴系等的偏心误差所引起的测量误差，提高了仪器的测量精度。

Claims

1.一种面齿轮误差的单面啮合测量装置，其特征在于，包括以下部分组成：圆柱齿轮轴系（A）、圆柱齿轮安装机构、面齿轮轴系（B）、面齿轮安装机构、电机（11）、联轴器（12）、蜗杆（14）、控制器（9）、驱动器（10）、圆光栅系统、细分器、DSI卡、数据采集卡（7）、工控机（8）；

圆柱齿轮轴系包括圆柱齿轮轴系主轴（15）、圆柱齿轮轴系轴套（16）、圆柱齿轮轴系滚珠（17）、圆柱齿轮轴系保持架（18）、圆柱齿轮轴系端面轴承（19）、圆柱齿轮轴系轴向压环（20）、圆柱齿轮轴系双压紧螺母（21）、蜗轮（13）、圆光栅支架（22）、圆光栅系统（23）、轴向定位支架（24）；圆柱齿轮轴系水平布置；轴系采用密珠轴系，圆柱齿轮轴系轴套（16）位于圆柱齿轮轴系主轴（15）的外侧，密集于圆柱齿轮轴系主轴（15）、圆柱齿轮轴系轴套（16）之间的具有过盈配合的圆柱齿轮轴系滚珠（17）安放于圆柱齿轮轴系保持架（18）中；沿轴向圆柱齿轮轴系轴套（16）端面安装有圆柱齿轮轴系端面轴承（19），圆柱齿轮轴系端面轴承（19）依次与圆柱齿轮轴系轴向压环（20）和圆柱齿轮轴系压紧螺母（21）连接，轴向通过圆柱齿轮轴系双压紧螺母（21）经圆柱齿轮轴系轴向压环（20）调整轴向预紧力；圆柱齿轮轴系主轴（15）上同轴安装有蜗轮（13），同时还安装有圆光栅支架（22）和轴向定位支架（24），圆光栅系统（23）包括光栅盘和读数头，圆光栅系统（23）由光栅支架（22）和轴向定位支架（24）安装到圆柱齿轮轴系上，光栅盘与圆柱齿轮轴系同轴；

圆柱齿轮安装机构包括压紧螺母（37）、圆柱齿轮（38）、安装芯轴（39），安装芯轴（39）通过一组螺钉安装在圆柱齿轮轴系的主轴(15)上，二者采用锥面配合，圆柱齿轮(38)通过压紧螺母(37)压紧在安装芯轴(39)上;

面齿轮轴系包括面齿轮轴系主轴(25)、面齿轮轴系轴套(26)、面齿轮轴系滚珠(27)、面齿轮轴系保持架(28)、面齿轮轴系端面轴承(29)、面齿轮轴系轴向压环(30)、面齿轮轴系压紧螺母(31)、圆光栅支架(35)、圆光栅系统(32)、轴向定位支架(36)；面齿轮轴系轴套(26)位于面齿轮轴系主轴(25)的外侧，密集于面齿轮轴系主轴(25)、面齿轮轴系轴套(26)之间的具有过盈配合的面齿轮轴系滚珠(27)安放于面齿轮轴系保持架(28)中;沿轴向面齿轮轴系轴套(26)的端面为面齿轮轴系端面轴承(29)，面齿轮轴系端面轴承(29)依次与面齿轮轴系轴向压环(30)、面齿轮轴系压紧螺母(31)连接，轴向通过面齿轮轴系双压紧螺母(31)经面齿轮轴系轴向压环(30)调整轴向预紧力；面齿轮轴系主轴(25)上安装有圆光栅支架(35)和轴向定位支架(36)，圆光栅系统(32)包括光栅盘和读数头，圆光栅系统（32）的光栅盘由圆光栅支架（35）和轴向定位支架（36）安装到面齿轮轴系上；在所述的面齿轮轴系的轴套上还安装有支架（33），读数头支架34与支架33连接固定，圆光栅系统（32）的读数头固定在读数头支架（34）上；

面齿轮安装机构包括待测的面齿轮（40）、T型槽螺母（41）、托盘（42）、调心螺栓（43）、圆环（44）、调心支架（45）；面齿轮（40）、托盘（42）、调心支架（45）分别与齿轮轴系主轴同轴，且依次自上而下沿轴向分布排列，面齿轮（40）通过T型槽螺母41安装在托盘（42）上，托盘（42）通过螺母安装固定在带锥度的调心支架（45）上；圆环（44）沿径向位于调心支架（45）的外侧，圆环（44）通过螺母安装固定在面齿轮轴系主轴（25）上，圆环（44）周向均布有4个调心螺栓（43），利用4个调心螺栓（43）可调整面齿轮的径向位置以达到安装要求，使得待测的面齿轮（40）与圆柱齿轮（38）啮合；

电机（11）通过联轴器（12）与蜗杆（14）固定连接，蜗杆（14）与涡轮（13）啮合，工况机（8）通过控制器（9）与驱动器（10）连接；圆柱齿轮轴系上圆光栅系统的两个读数头分别与信号细分器（1）和（2）连接，面齿轮轴系上圆光栅系统的两个读数头分别与信号细分器（3）和（4）连接，信号细分器（1）和（2）与DSI卡（6）连接整合，信号细分器（3）和（4）与DSI卡（5）连接整合，DSI卡（5）和（6）通过数据采集卡（7）与工控机（8）连接。