CN114791251B - 一种通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法，包括安装基座、水平移动卡尺、回转盘机构、立板移动机构、测量旋转机构与工具箱；回转盘机构包括转动安装在安装基座上的回转盘、套装在回转盘外的回转盘刻度盘和固定连接在回转盘上的卡盘；立板移动机构包括与安装基座滑动连接的立板、滑动连接在水平移动卡尺上的水平移动游尺、固定连接在立板侧面的竖直移动卡尺以及滑动连接在立板中部的侧柱，测量旋转机构包括测量头安装轴、转动安装在测量头安装轴自由端的测量头以及安装在测量头端部呈90°角的测量针；可针对圆柱直齿轮、斜齿轮、变厚齿轮、螺伞齿轮在任意截面齿厚、中点弦齿厚高精度测量，操作简单、计算方法简便。

Description

一种通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法

技术领域

本发明属于齿轮检测技术领域，涉及一种通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法，尤其涉及一种适用于圆柱直齿轮、斜齿轮、变厚齿轮、锥齿轮及螺伞齿轮的通用齿轮齿厚检测装置及其计算方法。

背景技术

齿轮齿厚作为齿轮制造精度的重要指标之一，直接影响齿轮的传动平稳性、振动噪声的大小，是检测齿轮是否合格的重要手段。目前，针对齿厚检测依旧多采用卡尺进行直接测量，特别是针对准双曲面齿轮或变厚齿轮大小端齿厚不一致的情况，加之轮齿中点位置难以确定，导致齿厚测量与真实数据存在较大差距。

授权公开号为CN108050946B的发明专利公开了一种基于线结构光的齿轮齿厚测量方法，该装置采用线激光测头对轮齿进行测量，利用了测头安装坐标系与齿轮参数间的关系，建立了齿厚偏差数学模型，实现齿厚精确测量。该方法能有效获取齿厚数据，但针对螺伞齿轮螺旋角大的情况，光线难以到达指定位置，难以实现，且操作技术要求及设备成本较高，很难满足大面积适用。

授权公开号为CN102538631B的发明专利公开了一种锥齿轮齿厚测量仪，通过将辅助钢球放置于被测齿轮齿槽内，通过测量出钢球中心截面的节锥母线长以及钢球最高点之测量基准面的高度，计算出锥齿轮齿厚。该方法计算精度与钢球质量相关，更换不便，轮齿位置确定困难，计算繁琐，具有一定的局限。

授权公开号为CN108917537B的发明专利公开了一种齿轮的齿厚测量工具及测量方法，待测量的齿轮套在功能杆上，该齿轮的齿厚测量工具，采用中心轴、连接环、伸缩杆和固定板相互配合，使整个测量工具可以适应不同尺寸的齿轮，在进行测量工作时，整个工具可以与被测齿轮较为稳定的连接固定在一起，保证在测量时由于没有固定好装置，得到误差大甚至是错误数据的情况不会出现。但是该齿厚测量工具适合测量小型圆柱直齿轮，很难适用斜齿轮、变厚齿轮以及螺伞齿轮，适用范围窄。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决上述现有齿轮齿厚测量工具存在的操作技术要求高以及轮齿位置确定困难，最终导致无法快速便捷的计算各类齿轮在任意截面齿厚、中点弦齿厚，具有一定局限性的问题，提供一种通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法，该通用齿轮的齿厚检测装置及其计算方法可针对圆柱直齿轮、斜齿轮、变厚齿轮、螺伞齿轮在任意截面齿厚、中点弦齿厚高精度测量，操作简单、计算方法简便。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通用齿轮的齿厚检测装置，包括安装基座、固定安装在安装基座一端的回转盘机构和滑动安装在安装基座上的立板移动机构，安装基座上安装有水平移动卡尺，回转盘机构包括转动安装在安装基座上的回转盘、套装在回转盘外的回转盘刻度盘和固定连接在回转盘上的卡盘，卡盘上卡接有被测齿轮；立板移动机构包括与安装基座滑动连接的立板、固定安装在立板上且滑动连接在水平移动卡尺上的水平移动游尺、固定连接在立板侧面的竖直移动卡尺以及滑动连接在立板中部的侧柱，侧柱远离立板的一端固定安装有测量旋转机构，测量旋转机构包括测量头安装轴、转动安装在测量头安装轴自由端的测量头以及安装在测量头端部呈90°角的测量针，测量头侧面的测量头安装轴上安装有刻度盘，底面安装有紧定螺钉。

本基础方案的有益效果：通过立板移动机构中立板的水平/竖直方向的移动，将立板移动机构上的测量头移动至被测齿轮的齿面中点处，通过回转盘的旋转运动，使得测量头与被测齿轮上的齿面接触，分别测量齿轮凹凸面中点与测量头接触时的回转盘的旋转角度，进而实现齿厚偏差的精确测量。

进一步，安装基座中部开设有凹槽，凹槽内固定安装有水平滚动圆柱，凹槽两侧一体成型安装有滑轨，立板的底部开设有与滑轨相适配的滑槽。有益效果：立板移动机构中立板通过水平滚动圆柱、滑轨与滑槽的配合实现与安装基座的滑动连接。

进一步，立板中部开设有与侧柱底面相配合的T型空槽，T型空槽内固定安装有立向滚动圆柱，侧柱两侧安装用于固定侧柱的紧定螺钉。有益效果：侧柱通过立向滚动圆柱实现侧柱的竖直方向移动，测量时，通过侧柱两侧的紧定螺钉固定侧柱竖直方向的位置。

进一步，水平移动卡尺的主尺初始刻度与回转盘轴线重合，水平移动游尺初始刻度与立板前端面重合，竖直移动卡尺初始刻度与回转盘上端面重合，水平移动游尺初始刻度与侧柱及测量头轴线重合。

进一步，测量头安装轴上安装有用于保护测量头的防尘盖，测量头与测量头安装轴间设置有油道。有益效果：测量头安装轴上的防尘盖用于保护测量头，测量头与测量头安装轴间的油道用于保护测量头与测量头安装轴，减少相互间磨损。

进一步，安装基座与回转盘具有回转自由度，其联接方式为芯轴对心；立板与安装基座、侧柱与立板采用滚动联结方式；立板与水平移动卡尺、侧柱与竖直移动卡尺采用刚性轴固定。

进一步，安装基座底部设有内嵌式工具箱，工具箱由光轴、套筒与夹具构成，光轴与套筒组合为卡盘扳手，夹具为针对齿轮轴类零件安装在卡盘上的专用工具，夹具中心开设有内孔，内孔中设有对心装置。

进一步，回转盘与回转盘刻度盘间隙配合，回转盘上标有与水平移动卡尺主尺初始刻度重合的指针。

基于通用齿轮的齿厚检测装置的计算方法，包括以下步骤：

S1、被测齿轮安装在卡盘上并固定，根据被测齿轮毛坯参数，获得被测齿轮中点位置的径向距离R与距安装面的垂直高度H，通过侧柱垂直方向的移动，使得测量头到达齿轮中点高度位置；通过立板的水平移动，使得测量头移动至齿面中点位置；

S2、确定测量头的位置后，通过旋转回转盘，使得测量头与被测齿轮一面接触，将刻度盘调0；旋转测量头至0°，再次转动回转盘，根据测量需求旋转角度k为跨齿数；旋转测量头至90°，轻微旋转回转盘，使得测量头与被测齿轮另一面接触，观察回转盘刻度值，获得被测齿轮齿厚弧长所对应的角度值θ_g；被测齿轮的齿面分度圆齿距为Δf_s＝R*θ_g，中点弦齿厚S＝R*sin(θ_g/2)，得到齿面任意截面任意位置上的齿距与弦齿厚测量。

进一步，立板在安装基座的水平运动与侧柱在立板的竖直运动，使得测量头移动至被测齿轮齿面中点，通过回转盘得到中点位置角度差值，进而计算被测齿轮的齿面分度圆齿距与中点弦齿厚，也能够测量任意截面齿厚。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的通用齿轮的齿厚检测装置，通过立板移动机构中立板的水平/竖直方向的移动，将立板移动机构上的测量头移动至被测齿轮的齿面中点处，通过回转盘的旋转运动，使得测量头与被测齿轮上的齿面接触，分别测量齿轮凹凸面中点与测量头接触时的回转盘的旋转角度，进而实现齿厚偏差的精确测量；可用于圆柱直齿轮、斜齿轮、变厚齿轮、锥齿轮及螺伞齿轮等常用传动齿轮的任意截面位置齿厚的计算，具有广泛的适用性。

2、本发明所公开的通用齿轮的齿厚检测装置，采用了工作台的形式，整体结构刚性大，测量头具有定位旋转功能，避免了立板的重复移动，大大提高了测量精度。

3、本发明所公开的通用齿轮的齿厚检测装置，测量头位置确定参考了游标卡尺的结构，具有定位精度高，设置了测量头旋转机构进行定位，避免了测量时立板、侧柱的重复移动产生的误差，提高了测量精度，操作简单，计算方便。本发明还针对齿轮轴类零件，设计了专用夹具，且能将夹具及其他工具收放在安装基座底部工具箱中，节省空间。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明通用齿轮的齿厚检测装置的结构示意图；

图2为本发明通用齿轮的齿厚检测装置的测量尺寸图；

图3为本发明图1中安装基座的结构示意图；

图4为本发明图1中立板移动机构的结构示意图；

图5为本发明图1中测量旋转机构的结构示意图。

附图标记：安装基座1、水平移动卡尺2、水平移动游尺3、工具箱4、水平滚动圆柱5、竖直移动卡尺6、立向滚动圆柱7、立板8、侧柱9、防尘盖10、测量头11、被测齿轮12、卡盘13、回转盘14、回转盘刻度盘15、光轴16、套筒17、夹具18、测量头安装轴19、刻度盘20。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～5所示的一种通用齿轮的齿厚检测装置，包括U型的安装基座1、固定安装在安装基座1弧形端的回转盘机构和滑动安装在安装基座1上的立板移动机构，安装基座1上固定安装水平移动卡尺2。

回转盘机构包括转动安装在安装基座1上的回转盘14、套装在回转盘14外的回转盘刻度盘15和固定连接在回转盘14上的卡盘13，卡盘13上卡接有被测齿轮12；回转盘14与回转盘刻度盘15间隙配合。回转盘机构提供被测齿轮12回转自由度。水平移动卡尺2的主尺初始刻度与回转盘14轴线重合，回转盘14上标有与水平移动卡尺2主尺初始刻度重合的指针。

立板移动机构包括与安装基座1滑动连接的立板8、固定安装在立板8上且滑动连接在水平移动卡尺2上的水平移动游尺3、固定连接在立板8侧面的竖直移动卡尺6以及滑动连接在立板8中部的侧柱9，水平移动游尺3初始刻度与立板8前端面重合，竖直移动卡尺6初始刻度与回转盘14上端面重合，水平移动游尺3初始刻度与侧柱9及测量头11轴线重合。

安装基座1中部开设有凹槽，凹槽内固定安装有水平滚动圆柱5，凹槽两侧一体成型安装有滑轨，立板8的底部开设有与滑轨相适配的滑槽。立板移动机构中立板8通过水平滚动圆柱5、滑轨与滑槽的配合实现与安装基座1的滑动连接。

立板8中部开设有与侧柱9底面相配合的T型空槽，T型空槽内固定安装有立向滚动圆柱7，侧柱9两侧安装用于固定侧柱9的紧定螺钉。侧柱9通过立向滚动圆柱7实现侧柱9的竖直方向移动，测量时，通过侧柱9两侧的紧定螺钉固定侧柱9竖直方向的位置。侧柱9远离立板8的一端固定安装有测量旋转机构，测量旋转机构包括测量头安装轴19、转动安装在测量头安装轴19自由端的测量头11以及安装在测量头11端部呈90°角的测量针，测量头11侧面的测量头安装轴19上安装有刻度盘20，底面安装有紧定螺钉。测量头安装轴19用于提供测量头0～90°旋转，提供测量头11旋转自由度，紧定螺钉实现测量头11任意角度的定位。侧柱9前端设置有定位凸台，起到测量头11在0°、90°的特殊位置时规避被测齿轮12的功能，避免了测量头11与被测齿轮12干涉问题，精度高。

测量头11可以采用探针，也可更换为压力/位移传感器。

安装基座1与回转盘14具有回转自由度，其联接方式为芯轴对心；立板8与安装基座1、侧柱9与立板8采用滚动联结方式；立板8与水平移动卡尺2、侧柱9与竖直移动卡尺6采用刚性轴固定。

测量头安装轴19上安装有用于保护测量头11的防尘盖10，测量头11与测量头安装轴19间设置有油道。测量头安装轴19上的防尘盖10用于保护测量头11，测量头11与测量头安装轴19间的油道用于保护测量头11与测量头安装轴19，减少相互间磨损。

安装基座1底部设有内嵌式工具箱4，工具箱4由光轴16、套筒17与夹具18构成，光轴16与套筒17组合为卡盘扳手，夹具18为针对齿轮轴类零件安装在卡盘13上的专用工具，夹具18中心开设有内孔，内孔中设有对心装置。

通过立板移动机构中立板8的水平/竖直方向的移动，将立板移动机构上的测量头11移动至被测齿轮12的齿面中点处，通过回转盘14的旋转运动，使得测量头11与被测齿轮12上的齿面接触，分别测量齿轮凹凸面中点与测量头11接触时的回转盘14的旋转角度，进而实现齿厚偏差的精确测量。

基于通用齿轮的齿厚检测装置的计算方法，对于圆柱直齿轮、斜齿轮、变厚齿轮、锥齿轮及螺伞齿轮均适用，其包括以下步骤：

S1、被测齿轮12安装在卡盘13上并固定，根据被测齿轮毛坯几何参数，得到被测齿轮齿面中点相对于安装底面基准的高度H，回转轴线的径向距离R以及被测齿轮与回转盘上端面在竖直方向的距离为A；

采用水平测量头测量时：侧柱9移动竖直方向距离C＝A+H；记测量头安装轴回转轴线至立板距离为L₁，测量头安装轴回转轴线至测针头端部距离为L₂，l为测量头端部测量针的长度，立板移动的水平距离B＝L₁+L₂+l；

采用竖直测量头测量时：侧柱9移动竖直方向距离C＝A+H+l，立板移动的水平距离B＝L₁+L₂+R；

采用夹角测量头测量时，使用竖直测量针，测量头11与侧柱轴线的夹角为θ，立板移动的水平距离B＝L₁+L₂*cosθ+l*sinθ+R,侧柱移动竖直方向距离C＝A+H+L₂*sinθ+l*cosθ；

S2、确定测量头的位置后，通过手动旋转回转盘，使测量头11与被测齿轮12凸面接触，手动旋转刻度盘归零，测量头旋转90°后，旋转回转盘至被测齿轮下一个齿槽处，测量头回归原位，手动旋转回转盘，使得测量头与被测齿轮凹面接触，通过刻度盘得到被测齿轮中点位置处的圆心角θ_g，被测齿轮的齿面分度圆齿距为Δf_s＝R*θ_g，中点弦齿厚S＝R*sin(θ_g/2)o

立板8在安装基座1的水平运动与侧柱9在立板8的竖直运动，使得测量头移动至被测齿轮齿面中点，通过回转盘得到中点位置角度差值，进而计算被测齿轮的齿面分度圆齿距与中点弦齿厚，也能够测量任意截面齿厚。

对于尺寸小，不满足卡盘尺寸要求的被测齿轮12，可添加夹具，测量计算方法类似。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，包括安装基座、固定安装在安装基座一端的回转盘机构和滑动安装在安装基座上的立板移动机构，安装基座上安装有水平移动卡尺，回转盘机构包括转动安装在安装基座上的回转盘、套装在回转盘外的回转盘刻度盘和固定连接在回转盘上的卡盘，卡盘上卡接有被测齿轮；立板移动机构包括与安装基座滑动连接的立板、固定安装在立板上且滑动连接在水平移动卡尺上的水平移动游尺、固定连接在立板侧面的竖直移动卡尺以及滑动连接在立板中部的侧柱，侧柱远离立板的一端固定安装有测量旋转机构，测量旋转机构包括测量头安装轴、转动安装在测量头安装轴自由端的测量头以及安装在测量头端部呈90°角的测量针，测量头侧面的测量头安装轴上安装有刻度盘。

2.如权利要求1所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述安装基座中部开设有凹槽，凹槽内固定安装有水平滚动圆柱，凹槽两侧一体成型安装有滑轨，立板的底部开设有与滑轨相适配的滑槽。

3.如权利要求2所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述立板中部开设有与侧柱底面相配合的T型空槽，T型空槽内固定安装有立向滚动圆柱，侧柱两侧安装用于固定侧柱的紧定螺钉。

4.如权利要求3所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述水平移动卡尺的主尺初始刻度与回转盘轴线重合，水平移动游尺初始刻度与立板前端面重合，竖直移动卡尺初始刻度与回转盘上端面重合，水平移动游尺初始刻度与侧柱及测量头轴线重合。

5.如权利要求3所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述测量头安装轴上安装有用于保护测量头的防尘盖，测量头与测量头安装轴间设置有油道。

6.如权利要求3所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述安装基座与回转盘具有回转自由度，其联接方式为芯轴对心；立板与安装基座、侧柱与立板采用滚动联结方式；立板与水平移动卡尺、侧柱与竖直移动卡尺采用刚性轴固定。

7.如权利要求3所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述安装基座底部设有内嵌式工具箱，工具箱由光轴、套筒与夹具构成，光轴与套筒组合为卡盘扳手，夹具为针对齿轮轴类零件安装在卡盘上的专用工具，夹具中心开设有内孔，内孔中设有对心装置。

8.如权利要求3所述通用齿轮的齿厚检测装置，其特征在于，所述回转盘与回转盘刻度盘间隙配合，回转盘上标有与水平移动卡尺主尺初始刻度重合的指针。

9.如权利要求1所述的一种基于通用齿轮的齿厚检测装置的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、被测齿轮安装在卡盘上并固定，根据被测齿轮毛坯参数，获得被测齿轮中点位置的径向距离R与距安装面的垂直高度H，通过侧柱垂直方向的移动，使得测量头到达齿轮中点高度位置；通过立板的水平移动，使得测量头移动至齿面中点位置；

S2、确定测量头的位置后，通过旋转回转盘，使得测量头与被测齿轮一面接触，将刻度盘调0；旋转测量头至0°，再次转动回转盘，根据测量需求旋转角度k为跨齿数；旋转测量头至90°，轻微旋转回转盘，使得测量头与被测齿轮另一面接触，观察回转盘刻度值，获得被测齿轮齿厚弧长所对应的角度值θ_g；被测齿轮的齿面分度圆齿距为Δf_s＝R*θ_g，中点弦齿厚S＝R*sin(θ_g/2)，得到齿面任意截面任意位置上的齿距与弦齿厚测量。

10.如权利要求9所述基于通用齿轮的齿厚检测装置的计算方法，其特征在于，所述立板在安装基座的水平运动与侧柱在立板的竖直运动，使得测量头移动至被测齿轮齿面中点，通过回转盘得到中点位置角度差值，进而计算被测齿轮的齿面分度圆齿距与中点弦齿厚，也能够测量任意截面齿厚。