CN105277142A - 一种高精度手摇低速转台 - Google Patents

Abstract

本发明用于角位移检测，可以对电位计、同步器和陀螺等产品的线性度与梯度进行测量，具体涉及一种高精度手摇低速转台。目前的手摇低速转台均采用蜗轮-蜗杆副传动结构，其刻线精度低、最高分辨率大于1度，并且因为蜗轮与蜗杆加工复杂，精度不易保证，往往造成转动轴沿顺、逆时针方向往返运动时，其零位标记的回零精度差、重复性差、累计误差大，给角位移测量引入较大的误差。本发明提供一种结构简单、单级转速比大、传动比大、装配难度低的高精度手摇低速转台。其转角位移测量精度高，生产、制造成本低，装配调试简单，维护保养便捷，转动平稳、可靠，可实现转动轴大载荷条件下的应用。

Description

一种高精度手摇低速转台

技术领域

本发明用于角位移检测，可以对电位计、同步器和陀螺等产品的线性度与梯度进行测量，具体涉及一种高精度手摇低速转台。

背景技术

目前的手摇低速转台均采用蜗轮-蜗杆副传动结构(如图1)，在蜗轮16端面沿圆周进行360度分度刻线13，与壳体标记线12一并指示出转台工作角度。结合蜗轮16与蜗杆17副传动结构自身具有自锁与单级转速比大的特点，转动手柄7可以使蜗轮16沿顺、逆时针进行平稳转动，从而使键14与转动轴15实现在低速、低载荷条件下的应用。

目前的手摇转台其刻线精度低、最高分辨率大于1度。结合蜗轮-蜗杆副传动结构自身具有的自锁结构与单级速比大的特点，可以使蜗轮沿顺、逆时针进行平稳转动，适合低速、低载荷条件下应用。同时，因为蜗轮与蜗杆加工复杂，精度不易保证，往往造成转动轴沿顺、逆时针方向往返运动时，其零位标记的回零精度差、重复性差、累计误差大，给角位移测量引入较大的误差。

另一方面，蜗轮-蜗杆副传动结构的制造成本高，因蜗轮、蜗杆零件均采用铜合金材料，齿形加工复杂、精度要求高，蜗轮端面分度刻线分辨率低、加工精度低；同时，为保证传动间隙与精度，在装配时还必须针对齿面变形量进行调整，使组装时的轮齿接触状态与轴承间隙达到最小。由此可知，蜗轮-蜗杆副传动结构在生产、装配、调试过程中困难较大、要求较高，维护保养繁琐，且只能在低载荷条件下应用。长期使用中易出现齿面磨损严重、传动间隙增大、调整困难、重复精度差、累计误差大，影响转动的角位移精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计出一种结构简单、单级转速比大、传动比大、装配难度低的高精度手摇低速转台。其构成零件数量少，转角位移测量精度高，生产、制造成本低，装配调试简单，维护保养便捷，转动平稳、可靠，可实现转动轴大载荷条件下的应用。可用于替代目前采用蜗轮-蜗杆副传动结构的手摇转台。

本发明的技术方案是：一种高精度手摇低速转台，用于角位移检测，包括齿轮A、键、转动轴、弹簧、螺钉、小齿轮、手柄、阻尼器、数显表、光栅编码器、齿轮B；其中齿轮A与齿轮B的齿数与模数相同且穿过转动轴错齿贴紧安装从而构成双片齿轮，螺钉轴向穿过齿轮A与齿轮B进行初步限位，齿轮A与转动轴通过键连接，对称设置的弹簧在周向上、一端安装在齿轮A上且另一端拉紧在齿轮B上；手柄可带动小齿轮旋转，且在下端具有阻尼器，通过小齿轮与双片齿轮的啮合消除传动间隙；光栅编码器与转动轴直接联接，并通过数显表显示。

转动手柄从而使转动轴沿顺、逆时针低速平稳转动。

本发明的有益效果是：该种高精度手摇转台采用一级直齿齿轮传动结构，其结构简单、单级转速比大、传动比大，直齿齿轮加工简单、装配难度低、精度高，生产、制造成本低，转动平稳、可靠，转动轴可实现大载荷条件下的应用。同时，对一级直齿齿轮传动增加了阻尼器结构，在使用过程中可以实现转动轴自锁。即使长期使用出现齿面磨损、传动间隙增大等情况，因转动轴与光栅编码器直接联接，也不会影响转动的角位移测量精度。通过采用高分辨率的光栅编码器与数显表完成对转动轴角位移信号的精确采集与实时显示，并且光栅编码器具有回零精度高、无累计误差、重复精度高的优点。

附图说明

图1是现有技术采用蜗轮-蜗杆副传动结构的手摇转台结构示意图；

图2是本发明高精度手摇低速转台的结构示意图；

图3是本发明高精度手摇低速转台的双片齿轮主视图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明，参见图2、图3。

一种高精度手摇低速转台，用于角位移检测，包括齿轮A1、键2、转动轴3、弹簧4、螺钉5、小齿轮6、手柄7、阻尼器8、数显表9、光栅编码器10、齿轮B11；其中齿轮A1与齿轮B11的齿数与模数相同且穿过转动轴3错齿贴紧安装从而构成双片齿轮，螺钉5轴向穿过齿轮A1与齿轮B11进行初步限位，齿轮A1与转动轴3通过键2连接，对称设置的弹簧4在周向上、一端安装在齿轮A1上且另一端拉紧在齿轮B11上；手柄7可带动小齿轮6旋转，且在下端具有阻尼器8，通过小齿轮6与双片齿轮的啮合消除传动间隙；光栅编码器10与转动轴3直接联接，并通过数显表9显示。

转动手柄7从而使转动轴3沿顺、逆时针低速平稳转动。

采用一级直齿齿轮传动结构，利用双片齿轮的啮合消除传动间隙，并增加阻尼器结构实现转动轴自锁功能。转角测量采用光栅编码器与转动轴直接联接，消除转台因装配间隙产生的角位移测量误差，使角位移测量精度不受齿轮传动间隙的影响，提高了转动轴抗干扰能力。通过采用高分辨率的光栅编码器与数显表完成对转动轴角位移信号的精确采集与实时显示，实现了角位移的精确测量，并且具有回零精度高、无累计误差、重复精度高的优点。

在双片齿轮设计时选取齿轮标准模数m＝2，齿顶高系数ha*＝1.0，顶隙系数c*＝0.25。标准压力角α＝20°，给定传动比由传动比确定小齿轮的齿数为z1＝8，齿轮A、B的齿数为z2＝120。具体计算如下：

由式得，齿距p＝mπ＝2π

由式ha＝ha*·m得，齿顶高ha＝ha*·m＝2

由式hf＝(ha*+c*)·m得，齿根高hf＝(ha*+c*)·m＝2.5

由式 $s=e=\frac{p}{2}$ 得， $s=e=\frac{p}{2}=\mathrm{\π},$ 其中齿厚s，齿槽宽e

由式h＝(2ha*+c*)·m得，全齿高h＝(2ha*+c*)·m＝4.5

由式d＝mz得，小齿轮的分度圆直径为：d1＝mz1＝16

齿轮A、B的分度圆直径为：d2＝mz2＝240

由式 $a=\frac{m}{2}(z1+z2)$ 得，中心距 $a=\frac{m}{2}(z1+z2)=128$

由式db＝dcosα得，小齿轮的基圆直径为：db1＝d1cosα＝16cos20°

齿轮A、B的基圆直径为：db2＝d2cosα＝240cos20°

由式da＝d+2ha得，小齿轮的齿顶圆直径为：da1＝d1+2ha＝18

齿轮A、B的齿顶圆直径为：da2＝d2+2ha＝242

由式df＝d-2hf得，小齿轮的齿根圆直径为：df1＝d1-2hf＝3

齿轮A、B的齿根圆直径为：df2＝d2-2hf＝115

转动轴角位移测量装置选用长春三峰公司生产的PKT85型增量式光电编码器，码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就会输出A、B两相位互差90°电角度的脉冲信号(即所谓的两组正交输出信号)，即：相位差为90°电角度的A、B两组脉冲信号，从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志(指示)脉冲信号，码盘每旋转一周，就发出一个标志信号，标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零，用于基准点定位。

当分辨率选用7200个脉冲/圈，单个脉冲的检测精度即：

由此可知，其单个脉冲的检测精度为0.05°，较传统的蜗轮-蜗杆副结构的检测精度高出二十倍以上。通过数显表对增量型光栅编码器各输出信号的采集与计数，就可以得到转动轴角位移的数据并进行实时显示。同时，数显表可在转动轴处于任意位置时对脉冲数据进行清零操作，以标记零位起始位置，配合不同类型的数显表则可实时显示出转动轴的角位移与转速信息。同理，当数显表连接绝对型光栅编码器时，转动轴的零位就唯一确定了，并且光栅编码器具有回零精度高、无累计误差、重复精度高的优点，从而保证了转动轴角位移量的精确测量与显示，扩展转台的应用范围，增加转台应用的适应性、灵活性。

Claims (2)

1.一种高精度手摇低速转台，用于角位移检测，其特征在于：该转台包括齿轮A(1)、键(2)、转动轴(3)、弹簧(4)、螺钉(5)、小齿轮(6)、手柄(7)、阻尼器(8)、数显表(9)、光栅编码器(10)、齿轮B(11)；其中齿轮A(1)与齿轮B(11)的齿数与模数相同且穿过转动轴(3)错齿贴紧安装从而构成双片齿轮，螺钉(5)轴向穿过齿轮A(1)与齿轮B(11)进行初步限位，齿轮A(1)与转动轴(3)通过键(2)连接，对称设置的弹簧(4)在周向上、一端安装在齿轮A(1)上且另一端拉紧在齿轮B(11)上；手柄(7)可带动小齿轮(6)旋转，且在下端具有阻尼器(8)，通过小齿轮(6)与双片齿轮的啮合消除传动间隙；光栅编码器(10)与转动轴(3)直接联接，并通过数显表(9)显示。

2.根据权利要求1所述的高精度手摇低速转台，其特征在于：转动手柄(7)从而使转动轴(3)沿顺、逆时针低速平稳转动。