CN113478026B

CN113478026B - 一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构

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Publication number: CN113478026B
Application number: CN202110734391.XA
Authority: CN
Inventors: 凌明; 凌四营; 任泓霖; 杨洋; 刘祥生; 王立鼎
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: CN113478026A

Abstract

本发明属于精密加工和测试技术领域，涉及一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构。其结构包括：线轮驱动组件、电动直线滑台、L板、立柱滑台、立柱底座和平台；通过电动直线滑台带动线轮驱动组件运动，进而利用钢丝绳缠绕在线轮绳槽中产生的摩擦力矩驱动滚动组件在导轨上做纯滚动运动；左、右线轮采用同一根钢丝绳缠绕，可保证钢丝绳与左、右线轮间摩擦力矩的一致性；钢丝绳为柔性，可减弱该装置的误差及外界干扰等因素对齿轮渐开线样板加工和测量的影响；通过调整钢丝绳的张紧量可控制摩擦力矩的大小；该装置可用于高精度渐开线纯滚动展成装置的驱动，具有良好的市场应用前景与推广价值。

Description

一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构

技术领域

本发明属于精密加工和测试技术领域，涉及一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构。

背景技术

渐开线廓形是目前使用最普遍、加工工艺最成熟的一种齿轮廓形，广泛应用于减/变速器、齿轮刀具、高端装备、工业机器人等各个领域。代表齿轮渐开线最高加工精度的器件是用于齿轮渐开线量值传递基准的齿轮渐开线样板。齿轮渐开线样板是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具，主要用于传递齿轮渐开线参数量值、修正仪器示值和确定仪器示值误差。

发明专利【ZL201510091994.7】公开了一种高精度径向可调式齿轮渐开线样板及其调整方法，发明专利【ZL201610847011.2】公开一种大齿轮渐开线样板，专利【ZL201711393983.X】公开了一种自安装基准等公法线齿轮渐开线样板，这些公开的专利均提到了一种齿轮渐开线样板的新结构，但都没有涉及加工和检测齿轮渐开线样板的具体装置与方法。

齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010规定了齿轮渐开线样板的等级分1级和2级。1级齿轮渐开线样板的齿廓形状公差f_fαT对应于基圆半径r_b≤100mm、100mm<r_b≤200mm、200mm<r_b≤300mm和300mm<r_b≤400mm分别为1.0μm、1.4μm、1.7μm和2.1μm；展长对应于基圆半径r_b＝100mm、200mm、300mm、400mm应不小于70mm、105mm、140mm和160mm；渐开线齿廓面的表面粗糙度不大于Ra 0.1。日本国家计量院(NMIJ)开发出了激光测量渐开线的基准装置，所用渐开线样板的基圆半径为57.5mm，齿廓形状偏差为0.5μm，展长为30mm；英国纽卡斯尔大学齿轮测量国家实验室(NGML)于2004年进行的齿轮样板国际比对中，提供了一件基圆半径100mm、展长38mm，齿廓形状偏差为0.2μm的齿轮渐开线样板；联邦德国物理技术研究PTB于2009年研制了一种齿顶圆直径1000mm的扇形大齿轮样板，其渐开线的展长为120mm，齿廓形状偏差为1.8μm左右；2011年PTB又设计制造了一种齿顶圆直径约为2000mm的大齿圈标准样板，其渐开线的展长约为84mm，齿廓形状偏差约为2μm；大连理工大学高精度齿轮研究室研制齿顶圆半径为64mm，展长为30mm，齿廓形状偏差约为1.3μm的标准齿轮；以上齿轮标准器为国际上精度较高的齿轮渐开线标准器，但均不满足1级精度齿轮渐开线样板的精度要求。

国外内暂无满足1级精度齿轮渐开线样板加工与测试需求的加工装置与测量仪器，开发出满足1级精度齿轮渐开线样板加工与测量装置成为当务之急。

直线绕圆做纯滚动，直线上任意一点的运动轨迹就是以该圆为基圆的渐开线，这是渐开线基本的生成原理。德国联邦物理技术研究院(PTB)、日本国家计量科学研究院和大连理工大学高精度齿轮研究室曾开发出双基圆盘式展成机构用于高精度齿轮的测量，德国联邦物理技术研究院(PTB)、日本国家计量科学研究院的双基圆盘式展成机构采用橡胶软带驱动基圆盘做纯滚动，但驱动速度会引起橡胶软带的振动进而影响纯滚动的精度；大连理工大学高精度齿轮研究室的双基圆盘式展成机构采用直线导轨和两顶尖直接驱动滚动组件的两端中心孔，由于顶尖和滚动组件的中心孔之间为滑动摩擦，驱动阻力大且纯滚动的精度不高。双基圆盘式渐开线纯滚动展成装置的驱动方式仍有较大的提升空间。

发明内容

为提高渐开线纯滚动展成装置的驱动精度，本发明提供了一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，包括：线轮驱动组件、电动直线滑台、L板、立柱滑台、立柱底座和平台；其中，线轮驱动组件包括：左安装板、右安装板，定位块A，左导向轮、右导向轮、左T型螺母、右T型螺母、左钢丝绳固定螺钉、右钢丝绳固定螺钉、左紧定螺钉、右紧定螺钉、左调整螺钉、右调整螺钉、定位块B、定位块挡板、钢丝绳、左线轮和右线轮；

其中，左安装板、右安装板利用螺钉安装在电动直线滑台上；定位块A、定位块B利用螺钉分别固定在左安装板、右安装板的两端，固定左、右安装板的相对位置；左、右导向轮安装在定位块A上侧两端；定位块B上加工有两条平行的T型槽，在T型槽内分别放置左、右T型螺母；定位块挡板利用螺钉固定在定位块B端面上，定位块挡板上设置左、右调整螺钉定位槽，左、右调整螺钉的外螺纹部分在左、右T型螺母内，利用左、右调整螺钉使左、右T型螺母在对应定位块B的T型槽内运动；

左、右线轮的外圆柱面中间区域设有半圆弧线轮绳槽，用于缠绕钢丝绳，左、右线轮上设有线轮内螺纹，平行套筒上设有套筒外螺纹，左、右线轮通过螺纹连接分别固定到平行套筒上；线轮内螺纹宽度略小于套筒外螺纹的宽度，确保左、右线轮不影响平行套筒与齿轮渐开线样板工件的贴合定位；

钢丝绳的一端缠绕在左钢丝绳固定螺钉上，左钢丝绳固定螺钉拧紧在左T型螺母上，使钢丝绳固定在左T型螺母上；钢丝绳的另一端绕左线轮的线轮绳槽一周后绕经左、右导向轮，再绕右线轮的线轮绳槽一周后缠绕在右钢丝绳固定螺钉上，右钢丝绳固定螺钉拧紧在右T型螺母上；分别利用左、右调整螺钉调整左、右T型螺母的位置使钢丝绳张紧；左、右紧定螺钉安装在定位块B两端内，待钢丝绳张紧后分别利用左、右紧定螺钉压紧左、右T型螺母；钢丝绳的直径小于线轮绳槽直径的1/2；

左安装板、右安装板分别连接到电动直线滑台的动作端；电动直线滑台通过螺钉连接在L板上，L板固定在立柱滑台上，立柱滑台固定在立柱底座上，立柱底座固定在平台上。当滚动组件的直径跨距较小时，可通过调节立柱滑台实现不同规格的滚动组件的驱动，当滚动组件的直径跨距较大时，可通过更换立柱底座实现不同规格的滚动组件的驱动。

通过调整各部件间的相对安装位置和各部件的尺寸，使左、右两侧钢丝绳不缠绕在左、右线轮上静止和运动时均垂直于基圆盘定位挡板，平行于导轨。

本发明的有益效果在于，发明一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，通过电动直线滑台带动线轮驱动组件运动，进而利用钢丝绳缠绕在线轮绳槽中产生的摩擦力矩驱动滚动组件在导轨上做纯滚动运动；左、右线轮采用同一根钢丝绳缠绕，可保证钢丝绳与左、右线轮间摩擦力矩的一致性；钢丝绳为柔性，可减弱线轮驱动组件和电动直线滑台的运动误差及来自驱动装置自身和外界的震动等干扰对齿轮渐开线样板加工和测量的影响，通过调整钢丝绳的张紧量可控制摩擦力矩的大小；该装置可用于高精度渐开线纯滚动展成装置的驱动，具有良好的市场应用前景与推广价值。

附图说明

图1一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构；

图2线轮驱动组件的倒置视图；

图3导向轮；

图4 T型螺母；

图5定位块B；

图6定位块挡板；

图7线轮；

图8电动直线滑台；

图9 L板；

图10立柱滑台；

图11纯滚动展成装置；

图12平行套筒；

图中：1线轮驱动组件；1-1左安装板；1-2右安装板；1-3定位块A；1-4左导向轮；1-4-1导向轮定位面；1-4-2导向轮绳槽；1-5右导向轮；1-6左T型螺母；1-6-1钢丝绳固定螺钉螺纹孔；1-6-2调整螺钉螺纹孔；1-7左钢丝绳固定螺钉；1-8左紧定螺钉；1-9左调整螺钉；1-10右T型螺母；1-11右钢丝绳固定螺钉；1-12右紧定螺钉；1-13右调整螺钉；1-14定位块B；1-14-1T型槽；1-14-2紧定螺纹孔；1-14-3定位块挡板螺纹孔；1-15定位块挡板；1-15-1挡板定位孔；1-15-2调整螺钉定位槽；1-16钢丝绳；1-17左线轮；1-17-1线轮绳槽；1-17-2线轮腹板孔；1-17-3线轮定位面；1-17-4线轮内螺纹；1-18右线轮；

2电动直线滑台；2-1直线滑台滑块；2-2直线滑台定位面；3L板；3-1电动直线滑台定位面；3-2加强筋；3-3L板定位面；4立柱滑台；4-1立柱滑台滑块；4-2立柱滑台定位面；5立柱底座；6大理石平台；7纯滚动展成装置；7-1滚动组件；7-2导轨；7-3基圆盘定位挡板；7-4平行套筒；7-4-1定位面A；7-4-2定位面C；7-4-3套筒外螺纹。

具体实施方式

本发明提供的一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，包括：线轮驱动组件1、电动直线滑台2、L板3、立柱滑台4、立柱底座5和大理石平台6；

其中线轮驱动组件1包括：左、右安装板1-1、1-2，定位块A1-3，左、右导向轮1-4、1-5，左、右T型螺母1-6、1-10，左、右钢丝绳固定螺钉1-7、1-11，左、右紧定螺钉1-8、1-12，左、右调整螺钉1-9、1-13，定位块B1-14，定位块挡板1-15，钢丝绳1-16和左、右线轮1-17、1-18；

安装时，先将立柱底座5通过螺钉预拧紧在大理石平台6上，大理石平台6选用0级大理石，立柱底座5和大理石平台6的工作面均经精密研磨，立柱底座5两工作面的平面度误差不大于1μm，两工作面间的平行度误差不大于3μm；立柱滑台4选用带锁紧装置的手动滑台，通过螺钉预拧紧在立柱底座5上，立柱滑台4的工作段内，立柱滑台滑块4-1与立柱滑台定位面4-2的垂直度误差不大于3μm，立柱滑台4工作段内的非轴向误差不大于5μm，根据滚动组件7-1的规格选择合适高度的立柱底座5和合适行程的立柱滑台4，当驱动不同基圆直径的滚动组件7-1时，如果直径跨度较小时，可通过调节立柱滑台4实现不同规格的滚动组件7-1的驱动，当直径跨度较大超出立柱滑台4的调节范围时，可通过更换立柱底座5实现不同规格的滚动组件7-1的驱动；

再将L板3通过螺钉预拧紧在立柱滑台滑块4-1上，L板3的电动直线滑台定位面3-1和L板定位面3-3经精密研磨，两面的平面度误差不大于1μm，两面间的夹角略小于90°以抵消L板3悬挂线轮驱动组件1和电动直线滑台2后产生的变形；左、右安装板1-1、1-2，定位块A1-3，左、右导向轮1-4、1-5，定位块B1-14，定位块挡板1-15和电动直线滑台2的基体均为铝合金材料以减少L板3的受力变形及防止该装置倾覆，悬挂线轮驱动组件1和电动直线滑台2后的电动直线滑台定位面3-1和L板定位面3-3间的垂直度误差不大于2μm，L板3上布有加强筋3-2以提升刚度；

将线轮驱动组件1安装在电动直线滑台2上；电动直线滑台2的工作段内直线滑台滑块2-1和直线滑台定位面2-2的平行度误差不大于3μm，电动直线滑台2工作段内的非轴向误差不大于5μm；先将左、右安装板1-1、1-2利用螺钉预拧紧在电动直线滑台2上；定位块A1-3和定位块B1-14利用螺钉预拧紧在左、右安装板1-1、1-2上；左、右导向轮1-4、1-5安装在定位块A1-3上；通过研磨导向轮定位面1-4-1或在导向轮定位面1-4-1和定位块A1-3间加塞垫片，使左、右导向轮绳槽1-4-2的中截面共面；定位块B1-14上加工有两条T型槽1-14-1，在T型槽1-14-1内分别放置左、右T型螺母1-6、1-10；定位块挡板1-15利用螺钉通过挡板定位孔1-15-1拧紧在定位块B1-14上，在调整螺钉定位槽1-15-2内安装左、右调整螺钉1-9、1-13，左、右调整螺钉1-9、1-13分别拧在左、右T型螺母1-6、1-10的调整螺钉螺纹孔1-6-2内，旋转左、右调整螺钉1-9、1-13可使左、右T型螺母1-6、1-10沿定位块B1-14的T型槽1-14-1运动；

左、右线轮1-17、1-18外圆中间区域设有半圆弧线轮绳槽1-17-1，用于缠绕钢丝绳1-16，线轮绳槽1-17-1的中截面与线轮定位面1-17-3的平行度误差不大于10μm；左、右线轮1-17、1-18设有线轮内螺纹1-17-4，平行套筒7-4上设有套筒外螺纹7-4-5，左、右线轮1-17、1-18通过螺纹连接分别固定到平行套筒7-4上，线轮内螺纹1-17-4的宽度略小于套筒外螺纹7-4-5的宽度，确保左、右线轮1-17、1-18不影响平行套筒7-4与齿轮渐开线样板工件的贴合定位，平行套筒7-4的定位面C7-4-4和定位面A7-4-1的平行度误差不大于1μm；定位面C7-4-4与左、右线轮1-17、1-18的线轮定位面1-17-3接触，作为左、右线轮1-17、1-18的安装基准面；

钢丝绳1-16的一端缠绕在左钢丝绳固定螺钉1-7上，左钢丝绳固定螺钉1-7拧紧在左T型螺母1-6的钢丝绳固定螺钉螺纹孔1-6-1内，将钢丝绳1-16压紧在左T型螺母1-6上；钢丝绳1-16的另一端绕经左、右导向轮1-4、1-5的导向轮绳槽1-4-2后缠绕在右钢丝绳固定螺钉1-11上，右钢丝绳固定螺钉1-11拧紧在右T型螺母1-10的钢丝绳固定螺钉螺纹孔1-6-1内，使钢丝绳1-16固定在右T型螺母1-10上；分别利用左、右调整螺钉1-9、1-13调整左、右T型螺母1-6、1-10的位置使钢丝绳1-16张紧，待钢丝绳1-16张紧后在定位块B1-14的紧定螺纹孔1-14-2内分别安装左、右紧定螺钉1-8、1-12压紧左、右T型螺母1-6、1-10；钢丝绳1-16的直径略小于线轮绳槽1-17-1直径的二分之一；

将线轮驱动组件1和电动直线滑台2一同安装在L板3上，此时预拧紧螺钉；提升立柱滑台滑块4-1，将滚动组件7-1放置在导轨7-2上，滚动组件7-1的边缘与导轨7-2的边缘对齐，并将滚动组件7-1压紧在基圆盘定位挡板7-3上，调整立柱底座5、立柱滑台4和滚动组件7-1间的相对位置使钢丝绳1-16过左、右线轮绳槽7-1、7-2的中心截面，拧紧立柱滑台4和立柱底座5上预拧紧的螺钉；

调整L板3在立柱滑台滑块4-1上的安装位置，使电动直线滑台2在工作段内直线滑台滑块2-1相对于导轨7-2的运动直线度误差不大于10μm；调整电动直线滑台2的安装位置使工作段内直线滑台滑块2-1相对于基圆盘定位挡板7-3间的运动垂直度误差不大于10μm；通过调整左、右安装板1-1、1-2，定位块A1-3和定位块B1-14的安装位置调整左、右两侧钢丝绳1-16的位置，左、右侧钢丝绳1-16的间距差应不大于20μm，且左、右侧钢丝绳1-16相对于基圆盘定位挡板7-3的垂直度误差不大于10μm、运动垂直度误差不大于20μm，与导轨7-2工作面间的平行度误差不大于10μm、运动平行度误差不大于20μm；待钢丝绳1-16在空间中的位置满足要求后拧紧线轮驱动组件1、电动直线滑台2和L板3上预拧紧的螺钉；

调整立柱滑台滑块4-1的位置，使钢丝绳1-16与左、右线轮1-17、1-18的线轮绳槽1-17-1相接触，再松开钢丝绳1-16；钢丝绳1-16的一端缠绕在左钢丝绳固定螺钉1-7上，钢丝绳1-16的另一端绕左线轮1-17的线轮绳槽1-17-1一周后绕经左、右导向轮1-4、1-5后再绕右线轮1-18的线轮绳槽1-17-1一周后缠绕在右钢丝绳固定螺钉1-11上，其他钢丝绳1-16的安装步骤与上述相同；张紧钢丝绳1-16时，须将滚动组件7-1压向基圆盘定位挡板7-3，确保张紧钢丝绳1-16时滚动组件7-1与导轨7-2和基圆盘定位挡板7-3均接触，通过调整钢丝绳1-16的张紧量即可控制钢丝绳1-16与左、右线轮1-17、1-18间的摩擦力矩；

通过电动直线滑台2带动线轮驱动组件1运动，进而利用钢丝绳1-16缠绕在左、右线轮1-17、1-18的线轮绳槽1-17-1中产生的摩擦力矩驱动滚动组件7-1在导轨7-2上做纯滚动运动；驱动时，须锁紧立柱滑台4；更换其他规格的滚动组件7-1时，只需松开钢丝绳1-16和立柱滑台4，更换滚动组件7-1，提升立柱滑台滑块4-1，将滚动组件7-1放置在导轨7-2上，滚动组件7-1的边缘与导轨7-2的边缘对齐，并将滚动组件7-1压紧在基圆盘定位挡板7-3上，降下立柱滑台滑块4-1重新缠绕钢丝绳1-16即可。

Claims

1.一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，其特征在于，包括：线轮驱动组件(1)、电动直线滑台(2)、L板(3)、立柱滑台(4)、立柱底座(5)和平台(6)；其中，线轮驱动组件(1)包括：左安装板(1-1)、右安装板(1-2)，定位块A(1-3)，左导向轮(1-4)、右导向轮(1-5)、左T型螺母(1-6)、右T型螺母(1-10)、左钢丝绳固定螺钉(1-7)、右钢丝绳固定螺钉(1-11)、左紧定螺钉(1-8)、右紧定螺钉(1-12)、左调整螺钉(1-9)、右调整螺钉(1-13)、定位块B(1-14)、定位块挡板(1-15)、钢丝绳(1-16)、左线轮(1-17)和右线轮(1-18)；

其中，左安装板(1-1)、右安装板(1-2)利用螺钉安装在电动直线滑台(2)上；定位块A(1-3)、定位块B(1-14)利用螺钉分别固定在左安装板(1-1)、右安装板(1-2)的两端，固定左、右安装板的相对位置；左、右导向轮安装在定位块A(1-3)上侧两端；定位块B(1-14)上加工有两条平行的T型槽(1-14-1)，在T型槽内分别放置左、右T型螺母；定位块挡板(1-15)利用螺钉固定在定位块B(1-14)端面上，定位块挡板上设置左、右调整螺钉定位槽，左、右调整螺钉的外螺纹部分在左、右T型螺母内，利用左、右调整螺钉使左、右T型螺母在对应定位块B(1-14)的T型槽(1-14-1)内运动；

左、右线轮的外圆柱面中间区域设有半圆弧线轮绳槽(1-17-1)，用于缠绕钢丝绳(1-16)，左、右线轮上设有线轮内螺纹(1-17-4)，平行套筒(7-4)上设有套筒外螺纹(7-4-5)，左、右线轮通过螺纹连接分别固定到平行套筒(7-4)上；

钢丝绳(1-16)的一端缠绕在左钢丝绳固定螺钉(1-7)上，左钢丝绳固定螺钉拧紧在左T型螺母(1-6)上，使钢丝绳(1-16)固定在左T型螺母(1-6)上；钢丝绳(1-16)的另一端绕左线轮(1-17)的线轮绳槽一周后绕经左、右导向轮，再绕右线轮(1-18)的线轮绳槽一周后缠绕在右钢丝绳固定螺钉(1-11)上，右钢丝绳固定螺钉(1-11)拧紧在右T型螺母(1-10)上；分别利用左、右调整螺钉调整左、右T型螺母的位置使钢丝绳(1-16)张紧；左、右紧定螺钉安装在定位块B两端内，待钢丝绳(1-16)张紧后分别利用左、右紧定螺钉压紧左、右T型螺母；钢丝绳(1-16)的直径小于线轮绳槽(1-17-1)直径的1/2；

左安装板(1-1)、右安装板(1-2)分别连接到电动直线滑台(2)的动作端；电动直线滑台(2)通过螺钉连接在L板(3)上，L板(3)固定在立柱滑台(4)上，立柱滑台(4)固定在立柱底座(5)上，立柱底座(5)固定在平台(6)上；

电动直线滑台(2)带动线轮驱动组件(1)运动，进而利用钢丝绳(1-16)缠绕在左、右线轮的线轮绳槽(1-17-1)中产生的摩擦力矩驱动滚动组件(7-1)在导轨(7-2)上做纯滚动运动；滚动组件(7-1)的边缘与导轨(7-2)的边缘对齐，压紧在基圆盘定位挡板(7-3)上。

2.根据权利要求1所述的用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，其特征在于：所述线轮内螺纹宽度小于套筒外螺纹的宽度，确保左、右线轮不影响平行套筒与齿轮渐开线样板工件的贴合定位。

3.根据权利要求1所述的用于高精度渐开线纯滚动展成装置的线轮驱动机构，其特征在于：通过调整各部件间的相对安装位置和各部件的尺寸，使左、右两侧钢丝绳(1-16)不缠绕在左、右线轮上静止和运动时均垂直于基圆盘定位挡板(7-3)，平行于导轨(7-2)；通过调整钢丝绳(1-16)的张紧量可控制摩擦力矩的大小；通过调节立柱滑台(4)或更换立柱底座(5)实现不同规格的滚动组件(7-1)的驱动。