CN2809621Y

CN2809621Y - 锥齿轮传动质量智能检测系统

Info

Publication number: CN2809621Y
Application number: CN 200520009127
Authority: CN
Inventors: 郭晓东; 米林; 张明德
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2015-04-08

Abstract

本实用新型涉及用于自动完成锥齿轮传动质量检测的，并智能地评判其传动质量并能够进行最佳安装距追踪的一种锥齿轮传动质量智能检测系统。能够自动完成锥齿轮传动质量检测过程，实现数据及报表管理和人机交互等辅助功能。伺服系统与直线光栅构成闭环控制系统，实现高精度位置控制；采用数字PID实现转速和载荷的精确控制；使用加速度传感器拾取主轴箱体的振动，使用声级计拾取噪声，并将其与锥齿轮副啮合有关的信号作为评价传动质量的依据；能追踪锥齿轮副最佳安装距以及检测传动误差。它解决了传统锥齿轮滚动检查机只能定性评价锥齿轮传动质量，不能给出锥齿轮最佳啮合位置这一难题，对提高锥齿轮的产品质量具有重要意义。

Description

锥齿轮传动质量智能检测系统

技术领域

本实用新型属于机床制造行业，主要用于锥齿轮制造企业、研究机构等。

背景技术

锥齿轮滚动检查机用于模拟轻载操作条件下齿轮副的运转检查，主要有两大用途：其一，齿轮副的对滚，检验出齿轮副接触的缺陷，以便在铣齿或者磨齿的试配过程中进行各种修正；其二，评价锥齿轮副的质量，例如对接触区的好坏，对变形适应性的强弱进行评价等。正交轴滚动检查机主要由床身、沿X方向移动的主动箱体、沿Y方向移动的立柱、沿Z方向移动的从动箱体以及这三个方向的导轨和丝杆-螺母副、主轴电机、摩擦加载装置等部分组成。在丝杆末端安装手轮，通过手动旋转手轮来调整主、从动箱体和立柱的安装位置；主轴电机采用双速交流异步电动机，主轴只能处于高速或者低速两个运行状态；采用摩擦加载方式，加载装置由杠杆、凸轮机构、摩擦片等部件组成，杠杆与凸轮之间由铰链连接。作用在加载装置的杠杆上的力通过凸轮机构作用于安装在从动主轴上摩擦片，产生摩擦阻力矩，达到加载的目的，载荷的大小由操作人员施加在杠杆上力的大小确定。锥齿轮传动质量的评价主要依靠检验人员观察锥齿轮副的接触区形态以及凭经验评判锥齿轮传动的噪声，缺乏定量的评定手段。而且，锥齿轮副的安装距、载荷以及转速，对其接触区形态以及运转噪声有较大的影响，准确控制安装距、转速和载荷对评定锥齿轮传动质量起着至关重要的作用。因此，克服上述检测方法的缺点，设计一种能够定量反映锥齿轮传动质量以及对锥齿轮最佳安装距进行追踪的检测设备，对提高我国锥齿轮制造的水平具有重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够自动地完成锥齿轮传动质量的检测，智能地评判锥齿轮传动质量并能够进行最佳安装距追踪的检测系统，主要用于锥齿轮生产企业以及实验室，可靠、高效、方便地完成锥齿轮传动质量检测工作。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是这样的：即一种锥齿轮传动质量智能检测系统，包括床身、沿X方向移动的主动箱体、沿Y方向移动的立柱、沿Z方向移动的从动箱体以及这三个方向的导轨和丝杆-螺母副；其中主动箱体内具有轴线沿Y方向的主动主轴，主动主轴由主轴电机驱动，所述主动主轴及从动主轴上分别夹持待检测的锥齿轮副；从动箱体内具有轴线沿X方向的从动主轴；其特征是：从动主轴通过传动机构及扭矩转速传感器与加载器连接，所述主轴电机、加载器的控制信号端分别通过主轴电机控制器、加载控制器与数据采集卡连接，端扭矩转速传感器的输出信号端与扭矩转速测量卡连接，它们构成转速及载荷检测控制装置；在沿所述导轨的附近安装有直线光栅，并在各导轨旁安装原点开关及限位开关；由伺服电机或其传动机构分别带动所述丝杆-螺母副中的丝杆旋转，由丝杆带动螺母及与螺母固定的主动箱体、从动箱体及立柱沿X、Z、Y方向移动，所述伺服电机分别由伺服驱动器控制，所述伺服驱动器及原点开关、限位开关与运动控卡连接，所述直线光栅的输出信号一路与所述伺服驱动器连接，另一路与运动控卡，它们构成位置控制机构；所述主动和从动箱体上安装加速度传感器，在主动或从动箱体上安装声级计，所述电荷放大器与声级计的输出端分别输入数据多功能采集卡的模拟量输入通道相连，构成振动、噪声检测机构；在主动主轴和从动主轴上分别安装角度编码器，角度编码器的输出信号连接到高速可逆计数卡，构成传动误差检测机构；所述数据采集卡、扭矩转速测量卡、运动控制卡及高速可逆计数卡与工业控制PC总线连接。

在上述结构中，由工业控制PC+运动控制卡+伺服电机+滚珠丝杆+直线光栅的结构形式构成三轴高精度位置闭环数字控制机构，用以调整主、动箱体和立柱位置；在从动箱体内部安装步进电机，步进电机轴向与主轴方向平行，两者之间通过齿轮连接，构成对齿机构。调整过程中如果发生齿顶碰撞，对齿机构使齿轮旋转，达到对齿的目的；使用交流变频器控制主轴电机转速，使用磁粉加载器加载，主轴电机与主动主轴之间以及扭矩转速传感器与从动主轴之间均采用带传动连接，从动齿轮主轴和加载器之间通过联轴器连接，工业控制PC通过扭矩转速测量卡来检测载荷和转速，工业控制PC经过数字PID计算以后输出载荷、转速控制信号，从而构成闭环载荷、转速控制系统；安装在主动和从动箱体上的压电式加速度传感器与分别电荷放大器相连接，安装在锥齿轮副的啮合点附近的麦克风与声级计相连接，电荷放大器与声级计的输出端分别输入数据多功能采集卡的模拟量输入通道相连，构成振动、噪声检测机构。在主动主轴和从动主轴上分别安装高分辨率角度编码器，将角度编码器的输出信号连接到高速可逆计数卡，结合工业控制PC内部高精度时钟，构成传动误差检测机构。

附图说明

图1是锥齿轮传动质量智能检测系统结构的主视图；

图2是锥齿轮传动质量智能检测系统结构的俯视图；

图3是锥齿轮传动质量智能检测系统控制原理框图；

图4是主动箱体位置调整装置示意图；

图5是载荷、转速控制原理框图；

图6是对齿装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型作进一步说明。

如图1、图2分别为锥齿轮传动质量智能检测系统结构的主视图和俯视图，它主要由床身、导轨、主动箱体、从动箱体、立柱、位置伺服控制及其传动装置、加载器、主轴驱动装置、扭矩转速传感器、振动及噪声检测系统、触摸显示器等部分组成。图1中，各个零部件为：1-床身，2、23、33-伺服电机，3、22、24-同步齿形带，4、10、25-同步齿形带轮，5、8、31-为导轨，6、20、32-滚珠丝杆，7-从动箱体，9-立柱，11-加速度传感器，12-从动齿轮夹具，13-声级计，14-从动齿轮，15-主动齿轮，16-主动箱体，17-直线光栅，18-触摸屏，19-触摸屏支架，21-从动主轴，26-扭矩转速传感器，27-联轴器，28-加载器，29-声级计支架，30-主动主轴。主轴电机安装在床身内部，其输出轴与主动主轴30平行，主轴电机通过三角带与主动主轴30连接。安装在立柱9上的加载器28和扭矩转速传感器26通过联轴器27相连接，从动主轴21通过同步齿形带24与扭矩转速传感器26连接。在主动主轴30和从动主轴26上分别安装高分辨率的角度编码器，用以测量传动误差。在从动箱体14内部安装，与从动主轴21平行安装一台步进电机，分别在从动主轴与步进电机轴上安装两个相互啮合的齿轮，构成对齿机构，当齿顶碰撞时用作旋转从动主轴21。

交流伺服电机33与滚珠丝杆32直接连接，滚珠丝杆32与安装在主动箱体16上的螺母构成丝杆-螺母副，主动箱体16与导轨31构成移动副，在床身1上与导轨31平行安装直线光栅17。交流伺服电机33、滚珠丝杆32、螺母、导轨31、主轴箱体16构成从动齿轮安装距(X向)调整机构。

交流伺服电机2通过同步齿形带3与滚珠丝杆20连接，滚珠丝杆20与安装在立柱9上的螺母构成丝杆-螺母副，立柱9与导轨5构成移动副，在床身1上与导轨5平行安装直线光栅。交流伺服电机2、滚珠丝杆20、螺母、导轨5、立柱9构成主动齿轮安装距(Y向)调整机构。

交流伺服电机23通过同步齿形带22与滚珠丝杆6连接，滚珠丝杆22与安装在从动箱体7上的螺母构成丝杆-螺母副，从动箱体7与导轨8构成移动副，在床身1上与导轨5平行安装直线光栅。交流伺服电机23、滚珠丝杆22、螺母、导轨8、从动箱体7构成偏置距(Z向)调整机构。

如图2为锥齿轮传动质量智能检测系统控制原理框图。测试控制系统以工业控制PC为核心，在工业控制PC上安装数据采集卡、运动控制卡、高速可逆计数卡和扭矩转速测量卡等接口板卡，用于采集信号以及输出控制信号。

振动、噪声信号分别与数据采集卡的模拟量输入端口连接，主轴电机的转速控制信号、加载器的励磁电流控制信号分别与数据采集卡的模拟量输出端口连接，主轴电机的旋转方向控制信号、步进电机的控制信号均与数据采集卡的数字量输出端口连接。

限位信号、原点信号分别与运动控制卡的限位信号端口、原点信号端口连接，用以限位和确定机床的电气原点。直线光栅的输出分别与伺服驱动器以及运动控制卡的光栅信号输入端口连接，用以确定箱体和立柱的位置。运动控制卡的运动控制脉冲指令与方向控制指令输出端口分别与伺服驱动器的运动指令与方向指令的输入端口相连接用以发送伺服电机运动控制指令。

安装在主动主轴30上的角度编码器输出的A、B两相信号与高速可逆计数卡上1通道的A、B两相输入端口相连接。同样，安装在从动主轴21上的角度编码器输出的信号与高速可逆计数卡上的2通道的对应端口相连接，构成传动误差检测装置。从动齿轮的理论转角与实际转角之差值，为传动误差，不同的转角对应的传动误差，形成传动误差曲线。

扭矩转速传感器的输出信号与扭矩转速测量卡的输入端口相连接，通过扭矩转速测量卡测量从动主轴26的转速和加载器28的输出转矩。

如图4为主动箱体位置调整装置示意图，它主要由伺服电机、滚珠丝杆-螺母副、直线光栅构成位置调整系统。图3中，各个零部件为：1-机身，31-导轨，34-标尺光栅，16-主动箱体，35-指示光栅，36-螺母，32-滚珠丝杆，33-伺服电机。直线光栅17由标尺光栅34和指示光栅35组成，二者分别安装在主动箱体16以及机身1上，标尺光栅34随主动箱体16一起运动。运动控制卡根据工业控制PC发出的控制指令向交流伺服驱动器发送应的控制脉冲信号，脉冲信号的频率决定主动箱体16的运动速度，脉冲的个数决定主动箱体16的位移。标尺光栅34随主动箱体16一起移动时，指示光栅35将主动箱体16的直线位移以电脉冲的形式反馈到交流伺服驱动器41和运动控制卡，分别作为位置闭环调整的位移反馈信号以及位置显示。限位开关分别安装在导轨的两端，与运动控制卡相连接，主动箱体16接触限位开关时，使限位开关闭合，运动控制卡的限位信号端口得到信号后停止输出控制脉冲，起到保护作用。接近开关用作原点开关，它与运动控制卡的原点信号端口相连，用作确定箱体确定其电气原点。限位开关和接近开关均采用直流24V电源供电。也可以将标尺光栅34和指示光栅35分别按照上述方式在安装机身和主动箱体上。从动箱体和立柱的位置调整控制与主动箱体的位置控制相同。

图5为载荷、转速控制原理框图，采用交流变频电机驱动主动齿轮，在从动主轴与加载器之间安装扭矩转速传感器，扭矩转速传感器输出2路频率相同具有一定的相位差的正弦信号，将这两路信号接入扭矩转速测量卡。数据采集卡输出的模拟信号与加载控制器的控制信号输入端口连接，加载控制器输出的端口与加载器连接，载荷大小由控制电压决定。主轴电机控制器的输出电流频率受0～10V的模拟电压控制，由两个受开关量控制的选择开关决定电机旋转方向。可以采用交流变频电机作为动力源，磁粉加载器作为加载器，也可以采用直流电机作为动力源和加载器。前者用于仅用于主动齿轮驱动从动齿轮进行检测，后者用于既需要主动齿轮驱动从动齿轮又需要从动齿轮驱动主动齿轮进行检测的锥齿轮传动质量检测系统，后者可以用来模拟车辆下坡行驶时的状况。

安装在主动箱体16和从动箱体7上的加速度传感器与分别与电荷放大器相连接。声级计输出两路信号，其中一路为与噪声分贝值相对应直流信号，另一路为表征噪声特征的交流信号。电荷放大器输出的振动信号与声级计输出的噪声信号分别接入数据采集卡的模拟量输入通道，计算机进行相关的分析处理，最终对锥齿轮传动质量作出评判。

如图6是对齿装置结构示意图，步进电机38通过支架37安装在床身1上，步进电机38的轴线与从动主轴21平行，步进电机38与从动主轴21通过分别安装在其轴上的齿轮副39、40连接。步进电机也可以安装在主动箱体内，与主动主轴平行。

本设施例中，工业控制PC为研华工业控制计算机，加速度传感器采用CA-YD-107型压电式加速度传感器，电荷放大器为YE5851小型密封电荷放大器；伺服电机系统采用松下MDMA型交流伺服电机以及与之相配套的驱动器；运动控制卡采用成都步进机电生产的MPC02型三轴运动控制卡；采用湘仪NJ型扭矩转速传感器，CB2000扭矩转速测量卡。角度编码器采用H-D90高精度角度编码器，高速可逆计数卡采用FAGOR计算机数显卡。数据采集卡采用研华公司PCI-1711多功能数据采集卡；磁粉加载器采用CZ-1型磁粉制动器。

Claims

1、一种锥齿轮传动质量智能检测系统，包括床身(1)、沿X方向移动的主动箱体(16)、沿Y方向移动的立柱(9)、沿Z方向移动的从动箱体(7)以及这三个方向的导轨(31、4、8)和丝杆-螺母副(32、20、6)；其中主动箱体内具有轴线沿Y方向的主动主轴(30)，主动主轴由主轴电机驱动，所述主动主轴(30)及从动主轴(21)上分别夹持待检测的锥齿轮副；从动箱体内具有轴线沿X方向的从动主轴(21)；其特征是：从动主轴通过传动机构及扭矩转速传感器26与加载器(28)连接，所述主轴电机、加载器(28)的控制信号端分别通过主轴电机控制器、加载控制器与数据采集卡连接，端扭矩转速传感器的输出信号端与扭矩转速测量卡连接，它们构成转速及载荷检测控制机构；在沿导轨(31、4、8)的附近安装有直线光栅(17)，并在各导轨旁安装原点开关及限位开关；由伺服电机(2、23、33)或其传动机构分别带动所述丝杆-螺母副(32、20、6)中的丝杆旋转，由丝杆带动螺母及与螺母固定的主动箱体、从动箱体及立柱沿X、Z、Y方向移动，所述伺服电机(2、23、33)分别由伺服驱动器控制，所述伺服驱动器及原点开关、限位开关与运动控卡连接，所述直线光栅的输出信号一路与所述伺服驱动器连接，另一路与运动控卡，它们构成位置控制机构；所述主动和从动箱体上安装加速度传感器(11)，在主动或从动箱体上安装声级计(13)，所述电荷放大器与声级计的输出端分别输入数据多功能采集卡的模拟量输入通道相连，构成振动、噪声检测机构；在主动主轴(30)和从动主轴(21)上分别安装角度编码器，角度编码器的输出信号连接到高速可逆计数卡，构成传动误差检测机构；所述数据采集卡、扭矩转速测量卡、运动控制卡及高速可逆计数卡与工业控制PC总线连接。

2.根据权利要求1所述的锥齿轮传动质量智能检测系统，其特征为：加载器(28)采用磁粉加载器或者电涡流制动器或者直流电机，控制其励磁电流以控制其转矩。

3、根据权利要求1所述的锥齿轮传动质量智能检测系统，其特征为：在从动箱体内部安装步进电机，步进电机轴向与主轴方向平行，两者之间通过齿轮连接，构成对齿机构；其中步进电机(38)通过支架(37)安装在床身(1)上，步进电机(38)的轴线与从动主轴(21)平行、与从动主轴(21)通过分别安装在其轴上的齿轮副(39、40)连接。