DE2429664A1

DE2429664A1 - Zahnradpruefvorrichtung

Info

Publication number: DE2429664A1
Application number: DE2429664A
Authority: DE
Inventors: Edward Francis Fabish; Richard Telman Thompson; James Robert Tookey
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1973-06-21
Filing date: 1974-06-20
Publication date: 1975-01-09
Also published as: BR7405026A; SE402160B; DE2429664B2; IT1015174B; FR2234546B1; FR2234546A1; JPS5564707U; US3849892A; CH587480A5; BE816741A; JPS5037460A; SE7408185L

Description

PATE NTANWlWE

. ing. H. NEGENDANK M973) ·' dipping. H. HATTCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ DiPJWNG. E. GRAALFS · dipping. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZtrSTELI/lTNGSANSCHBIFT: HAMBTTBG 86 · NEUER WAtX 41 TBI. Se 74 98 BND Sd 4110 TEIiEGR. .NEGESAFATSNT BAKBITRG MÜNCHEN 10 · MOZARTSTR. 23 ILLINOIS TOOL WORKS INC. . τΒΐ,.βββοβββ

8501 W4st HigginS ROad TBlBGH-NEGEDAPATENTlIeNCHBN

Chicago, Illinois 60631/USA HAMBURG, _dmn _{19# Jimi} Zahnradprüfvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradprüfvorrichtung, die insbesondere für die Bemessung der schraubenförmigen Führung (Steigung - helical lead) sowie der Evolvente von Zahnrädern, insbesondere großen Zahnrädern von etwa 60 Zoll oder mehr im Durchmesser, geeignet ist. Sowohl die Messung der schraubenförmigen Führung als auch die der Evolvente macht eine genau abgestimmte Beziehung zwischen einer Rotationsachse und einem linear angetriebenen Meßfühler erforderlich. Bei den bekannten Evolventenprüfvorrichtungen wurde ein Verhältnisstab (ratio bar) in Verbindung mit einem Hauptbasiskreissektor oder -scheibe verwendet. Dieser Vorrichtungetyp besaß physikalische Grenzen, die die Messung von großen Zahnrädern mit einem Durchmesser von etwa 40 - 60 Zoll oder mehr nicht ermöglichten. Die abgestimmte Beziehung zwischen einer Rotationsachse und der linearen Bewegung der bekannten Prüfmaschinen für die Steigung wird im allgemeinen durch eine ^;

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Sinuslinealeinheit erreicht, die eine genaue Winkelmessung weitergibt. Geräte, die diese Vorrichtungen verwenden, werden in den US-Patenten 2 787 060 und 2 998 657 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung kommt ohne einen Verhältnisstab und ein Sinuslineal aus und verwendet eine große Scheibe oder einen Basiskreis, der mit dem Zahnradlagertisch gekoppelt ist. Der große Basiskreis ist an eine Kodiereinheit angeschlossen, die mittels elektronischer Impulse die Winkel- oder Rotationsbewegung der Basisscheibe genau registriert. Die Eingangsenergie wird der Kodiereinheit vorteilhafterweise über eine Scheibe mit sehr kleinem Durchmesser zugeführt, die normalerweise durch den Außenumfang der großen Basisscheibe angetrieben wird. ' Durch dieses große Übersetzungsverhältnis zwischen der Basisscheibe und der Antriebsscheibe für die Kodiereinheit wird für die Bestimmung der Rotationsbewegung der Scheibe ein großer Toleranzbereich gesichert.

Zwei einfache Scheiben mit richtig berechneten Durchmessern., die miteinander rotieren, können einen viel weiteren T^oleranz- und Übersetzungsverhältnisbereich vorsehen, als er durch irgendwelche anderen bekanntenVorrichtungen erhalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Anzahl von Vorteilen bei der Bemessung, Herstellung und Montage auf:

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1. Flexibilität - es kann ein großer Bereich für das übersetzungsverhältnis (ratio range) erhalten werden;

2. änderungen können unmittelbar vorgenommen werden, indem der Durchmesser der Paßscheibe verändert wird;

3. Runde Konfiguration - leicht herzustellen;

4. Es kann ein exaktes übersetzungsverhältnis erhalten werden, indem die kleinere Scheibe .einfach nachgeschliffen wird; und

5. Zwangsantrieb kann aufrechterhalten werden, indem die Scheiben mittels Federn, regulierbarer Druckstäbe, Gewichte -etc. in Kontakt gehalten werden. .

Zusammenfassend läßt sich daher sagen, daß durch die Verwendung einer Basisscheibe in Verbindung mit Schrittmotoren und Rädergetrieben ein breiter Bereich für die Bemessung (range of proportioning) bei sehr niedrigen Kosten erreicht wird, der mit dem anderen bekannten Verfahren nicht erreicht werden kann. -

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zahnradprüfvorrichtung zum Hessen des Evolventenprofiles eines Zahnrades zu schaffen, bei der das Zahnrad auf einem rotierenden Tisch montiert wird und bei der vom Tisch ein Signal abgeleitet wird, dps den Winkelbetrag der Drehung des Tisches anzeigt und das zur Lieferung eines Steuersignales verwendet wird, das die lineare Bewegung des Meßfühlers für das Evolventenprofil mit der Bewegung des Tisches abstimmt.

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Ein anderes Ziel der vorliegendenErfindung ist es, eine Zahnradprüfvorrichtung zum Messen der schraubenförmigen Führung (Steigung) eines Zahnrades zu schaffen, bei der das Zahnrad auf einem rotierenden Tisch montiert wird und vom Tisch ein Signal abgeleitet wird, das den Winkelbetrag der Drehung des Tisches anzeigt und das zur Lieferung eines Steuersignales verwendet wird, das die Linearbewegung des Meßfühlers für die Steigung mit der Bewegung des Tisches abstimmt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Zahnradprüfvorrichtung zum Messen der Steigungs- und Evolventeneigenschaften von Zahnrädern zu schaffen, bei der ein Registriergerät mit einer für die zu messende Eigenschaft geeigneten Geschwindigkeit angetrieben wird.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, von denen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Zahnradprüfvorrichtung ist; und

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung ist; und

/5 Fig. 3 ein weiteres Blockdiagramm zeigt. *

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Eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Zahnradprüfvorrichtung Io ist in Fig. 1 gezeigt. Das Zahnrad, das überprüft werden soll, wird auf dem großen Tisch 12 angeordnet, der auf der Basis 14 gelagert ist. Der Antriebsmotor für den Tisch (nicht gezeigt) ist innerJalb der Basis 14 montiert und läßt den Tisch 12 mit einer regulierten Geschwindigkeit rotieren. Der Evolventenmeßfuhler 16 ist in einem Antriebsmechanismus 18 zur Durchführung einer linearen Horizontalbewegung montiert. Der Meßfühler 2o für die Steigung ist zur Durchführung einer linearen Bewegung in vertikaler Richtung in einem Antriebsmechanismus 22 montiert, der am oberen Ende der Strebe 24 gelagert ist. Die Meßfühler 16 und 2o können auf Druck reagierende Meßfühler eines Typs sein, der normalerweise bei der Prüfung von !Sahnrädern verwendet wird, bei denen ein auf die Meßfühlerenden 16a, 2oa der Fühler 16 und 2o aufgebrachter Druck die Bewegung eines magnetischen Blockes in einem variablen Differentialübertrager (variable differential transformer) (nicht gezeigt) steuert, so daß auf diese Weise ein elektrisches Signal hervorgerufen wird, das eine Funktion der &röße des auf den Meßfühler ausgeübten Druckes ist.

Am unteren Ende des Trägertisches 12 und innerhalb der Basis 14 ist eine große kreisförmige Basisscheibe 26 am Tisch so befestigt, daß sie mit diesem in Drehung versetzt wird. Eine übliche Kodiereinrichtung 28 weist ein kleines angetriebenes Rad 3o auf, das durch die große Basisscheibe 26 angetrieben wird, so daß auf diese Weise kodierte Signale geliefert werden, die für den Winkelbetrag der Drehung des Trägertisches 12 kennzeichnend sind.

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Um eine genaue Messung der Evolvente und der Steigung eines Zahnrades zu sichern, ist es erforderlich, daß die Bewegung de§ Trägertisches 12 mit der Linearbewegung des Evolventenmeßfühlers 16 und des Steigungsmeßfühlers 2o genau abgestimmt wird. Das elektrische System der vorliegenden Erfindung, das die gewünschte.Steuerung ermöglicht, ist im Blockdiagramm in den Figuren 2 und 3 gezeigt.

Hit der Zahnradprüfvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann während einer bestimmten Zeit entweder die Evolvente oder die Steigung geprüft werden. Die Wahl zwischen beiden Heßvorgängen wird durch den Wahlschalter 36, der in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, ermöglicht. Der Schalter 36 ist in den Figuren 2 und 3 in der Stellung für die Steigungsprüfung gezeigt. Wenn sich der Schalter in dieser Stellung'befindet, ist die Horizontalbewegung des Evolventenmeßfühlers 16 mit der Rotationsbewegung des Tisches 12 abgestimmt. Das Antriebssystem für den Tisch 12 wird durch die Verwendung eines Impulsgenerators 38 bewerstelligt, der an ein Schrittmotor-Antriebssystem 4o gekoppelt ist, das Antriebsimpulse an den Spindelantriebsschrittmotor 42 liefert. Wenn sich der Schalter 36 in der Steigungsmeßstellung befindet, schließt das Relais 44r die Kontakte 44k, wodurch die Relais 5or und 52r erregt werden. Durch das Relais 5or wird der Eontakt 44c geschlossen, während das Relais 52r den Eontakt 52c schließt, wodurch ein Registriergerät 8o mit einer Synchrongeschwindigkeit angetrieben werden kann, wie nachfolgend im Detail be-

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schrieben wird. Wenn sich der Schalter 36 in der Evolventenmeßstellung befindet, wird das Relais 54r anstelle des Relais 44r erregt. Dadurch werden die Kontakte 54k geschlossen, wodurch wiederum beide Relais 5or und 52r erregt und auf diese Weise wieder die Kontakte 44c und 52c geschlossen werden.

Wenn der Spindelantriebsmotor 42 in Bewegung versetzt wird, rotiert der Tisch 12 in inkrementillen Schritten, und die Kodiereinrichtung 28, die an die Basisscheibe 26 gekoppelt ist, bewegt sich ebenfalls in inkrementellen Schritten. Die Rotation der Kodiereinrichtung 28 liefert eine kodierte Darstellung des Betrages der Winkelverschiebung des Tisches 12, die in einer Impulsreihe einer Größe besteht, die dem Rotatlansbetrag des Tisches 12 entspricht. Diese Impulsreihe von der Kodiereinheit 28 wird an den Vervielfacher 6o geliefert, der für jeden Eingangsimpuls, der ihn erreicht, vervielfältigte Ausgangsimpulse emittiert. Durch den Geschwindigkeitsvervielfacher 6o soll die Geschwindigkeit des Steigungsprofilmeßfühlers 16 erhöht werden. Wenn sich der Schalter 36 in der Evolventenmeßstellung befindet, wird der Geschwindigkeitsvervielfacher 6o umgangen, und die Ausgangsimpulse von der Kodiereinheit 28 werden direkt zum Geschwindigkeitsvervielfacher 62 geführt. Das geschieht deswegen, weil der Steigungsmeßfühler 2o für lange Steigungen mit einer schnelleren Geschwindigkeit angetrieben werden muß als der Evolventenmeßfühler 16. Abgesehen von dieser Tatsache werden die Evolventen- und Steigungsmeßfühler jedoch im wesentlichen in der gleichen Weise gesteuert.

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Der Geschwindigkeitsvervielfacher 62 dient dazu, eine Reihe von Ausgangsimpulsen zu liefern, die bei einem vorgegebenen Teilwert der Eingangsimpulse von der Kodiereinrichtung 28 auftreten. Der Vervielfacher 62 ist so konstruiert, daß er das von der Kodiereinrichtung 28 erhaltene Signal mit einem variablen vorgegebenen Faktor anstelle eines konstanten Faktors vervielfacht. Bei der Überprüfung irgendeines vorgegebenen Zahnrades ist es erforderlich, entweder manuell oder mittels eines registrierten Programmes die geeigneten vorgegebenen Faktoren festzusetzen, die den Geschwindigkeitsvervielfacher 62 für die Evolventen- und Steigungsprüfzyklen steuern sollen. Diese Faktoren sind Digitalziffern, die, wenn sie in den Binärzähler 64, der mit dem Geschwindigkeitsvervielfacher 62 gekoppelt ist, enthalten sind, den geeigneten Frequenzvervielfachungsfaktor zur Abstimmung der Geschwindigkeit der Steigungs- und Evolventenmeßköpfe 16, 2o mit der Rotat ionsgeschwindigkeit des Tisches 12 aufbauen. Der Geschwindigkeitsvervielfächer 62 ist eine bekannte Vorrichtung. Eine für die vorliegende Erfindung geeignete Schaltung ist der K1848-Vervielfacher, der von der Digital Equipment Corporation of Menar, Massachusetts, verkauft wird.

Die Art und Weise, in der, der vorgegebene Vervielfachungsfaktor in dem Binärzähler 64 aufgebaut wird, kann aus der Fig. 3 entnommen werden. Die gewünschte Digitalziffer, die erforderlich ist, um das geeignete Verhältnis des Geschwindigkeitsvervielfachers 62 aufzubauen, kann an den Digitalschaltern 66 eingestellt werden. Der Impulsgenerator 68 liefert dann Impulse an

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den binär kodierten Dezimalzähler (BCD) 7o, der sich anfangs auf einem Zählerstand befindet, der durch die Digitalschalter 66 aufgebaut worden ist. Der BCD-Zähler 7o zählt bis auf Null herunter. Ein Digitalanzeiger 72 (digital readout), der an den Zähler 7o angeschlossen ist, liefert eine kontinuierliche visuelle Anzeige des Inhalts des Zählers 7o. Der Zählerstand des Binärzählers 64 befindet sich anfangs auf Null, wenn der BCD-Zähler auf den Zählerstand der Digitalschalter 66 eingestellt wird. Der Binärzähler 64 zählt aufwärts und zählt solange, bis er den durch die Digitalschalter 66 aufgebauten Zählerstand erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zählerstand im BCD-Zähler Null.

Wenn der korrekte Vervielfachungsfaktor für den Geschwindigkeitsvervielfacher 62 durch den Zählerstand im Zähler 64 aufgebaut ist, liefert der Geschwindigkeitsvervielfacher 62 in Übereinstimmung mit dem vorgegebenen Faktor in den Schaltern 66 Impulse an eine herkömmliche Schrittmotorantriebsschaltung 74, wodurch die erforderliche Abstimmung der Linearbewegung der Meßfühler 16, mit der Rotation des Tisches 12 erreicht wird. Wenn sich der Schalter 36 in der Steigungsmeßstellung befindet, wird das Relais 44r erregt und der Kontakt 54s geschlossen, wodurch die Schrittmotorantriebsschaltung 74 den Schrittmotor 76 für den Steigungsmeßschlittenantrieb und den Steigungsmeßantriebsmechänismus 22 durch die geschlossenen Kontakte 44s antreiben kann.' Andererseits sind, wenn sich der Schalter 36 in der Evolventen-

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meßstellung befindet, die Kontakte 44s geöffnet und die Kontakte 54s' geschlossen, wodurch die SchrittmotorSteuerschaltung 74 den Schrittmotor 78 für. den Evolventenmeßschlittenantrieb und den Evolventenmeßantriebsmechanismus 18 durch die geschlossenen Kontakte 54s antreiben kann.

Um andauernde Aufzeichnungen über das überprüfte Zahnrad zu erhalten, wird ein Registriergerät 8o verwendet.. Das Registriergerät 8o wird durch einen Schrittmotor 82 angetrieben, der von der Schrittmotorantriebsschaltung 84 durch die Kontakte 52c Impulse erhält. Die Antriebsgeschwindigkeit des Schrittmotors für das Registriergerät ist normalerweise unterschiedlich, je nach dem, ob der Evolventenmeßfühler 16 oder der Steigungsmeßfühler 2o angetrieben wird. Das wird durch den Schalter 36 erreicht, der es ermöglicht, daß entweder der Evolventenmeßgeschwindigkeitsvervielfacher 86 oder der Steigungsmeßgeschwindigkeitsvervielfacher 88 mit d#em Schrittmotorsteuersystem 84 gekoppelt wird. Die Geschwindigkeitsvervielfacher 86 und 88 sind ähnlich wie der Vervielfacher 6o ausgebildet und vervielfachen die Eingangsimpulse mit einem festen Verhältniswert, so daß auf diese Weise Ausgangsimpulse mit einer Frequenz entstehen, die zur Abstimmung des Registriergerätes 8o mit der Linearbewegung der Meßfühler 16, 2o und der Rotationsbewegung des Tisches 12 geeignet ist.

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Claims

2Λ-29664 - li - Patentansprüche

1.)Zahnradprüfvorrichtung zum Messen der Steigung (Führung) eines Zahnrades, gekennzeichnet durch eine drehbare Vorrichtung zum Lagern des Zahnrades, einen drehbaren Antrieb zum Rotierenlassen der drehbaren Vorrichtung und des Zahnrades, mindestens eine Meßvorrichtung in unmittelbarer Nähe des Zahnrades, einen Linearantrieb zum Hervorrufen einer Linearbewegung der Meßvorrichtung, wenn sich die drehbare Vorrichtung dreht, eine Kodiereinrichtung, die mit der drehbaren Vorrichtung gekoppelt ist und eine Vielzahl von Impulsen für jede Drehung der drehbaren Vorrichtung liefert, deren Wiederholhäufigkeit die Rotationsgeschwindigkeit der drehbaren Vorrichtung anzeigt, vervielfachende Mittel, die so angeschlossen sind, daß sie die Vielzahl ' der Impulse von der Kodiereinrichtung als Eingangsimpulse enpfangen und die so konstruiert sind, daß sie eine Reihe von Ausgangsimpulsen an den Linearantrieb liefern, die mit einer vorgegebenen Wiederholhäufigkeit -auftreten, die geringer ist als die Wiederholhäufigkeit der Impulse, die von der Kodiereinrichtung geliefert werden und Mittel, die an die vervielfachenden Mittel angeschlossen sind und das Verhältnis zwischen den Wiederholhäufigkeiten der Eingangs- und Ausgangsimpulse der vervielfachenden Mittel bilden und die vervielfachenden Mittel in Übereinstimmung mit diesem Verhältnis steuern.

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2. Zahnradprüf vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung die Steigung (Führung) des Zahnrades mißt. .

3. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung die Evolvente des Zahnrades mißt.

4. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Meßvorrichtungen und Steuervorrichtungen zur selektiven Operation von nur einer dieser Meßvorrichtungen zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweist.

5. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen eine Steigungsmeßvorrichtung und eine Evolventenmeßvorrichtung umfassen.

6. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Registriermittel umfaßt, Antriebsmittel für Steigungsmeßregistriermittel und Antriebsmittel für Ενοΐνβη-" tenmeßregistriermittel, die vervielfachende Mittel umfassen, die derart ausgebildet sind, daß die Registriermittel mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden können, die der zu messenden Zahnradeigenschaft entspricht, und daß Steuervorrichtungen vorhanden sind, die die anfängliche Operation der geeigneten Antriebsmittel für die Meßregistriermittel auswählen.

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7. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rötationsantrieb die drehbare Vorrichtung in Inkrementellen Schritten antreibt, und daß der Linearantrieb die Meßvorrichtung in inkrementellen Schritten antreibt.

8. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen die Steigung des Zahnrades messen.

9. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen die Evolvente des Zahnrades messen.

10. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Meßvorrichtungen und Steuervorrichtungen zur selektiven Operation von nur einer Meßvorrichtung zu einem gegebenen Zeitpunkt umfaßt.

11. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen eine Steigungsmeßvorrichtung und eine Evolventenmeßvorrichtung umfassen.

12. Zahnradprüfvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Registriermittel umfaßt, Antriebsmittel für Steigungsmeßregistriermittel und Antriebsmittel für Evolventenmeßregistriermittel, die vervielfachende Mittel umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie die Registriermittel mit einer Geschwindigkeit antreiben, die für die zu messende Zahnradeigenschaft geeignet ist, und dass Steuermittel so ausgebildet sind,,

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daß sie die anfängliche Operation der geeigneten Antriebsmittel für die Meßregistrieim ittel auswählen.

13. Zahnradprufvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für die Meßregistriermittel die Meßregistriermittel· in' inkrementeljLen Schritten antreiben.

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L e e r s e ί t e