軸類零件自動式全跳動測量儀設(shè)計與研究

王素粉

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽472000）

0 引言

跳動公差是按特別的測量方法定義的位置公差，其中包括圓跳動和全跳動，圓跳動是指實際被測要素在無軸向移動的條件下繞基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)一周過程中，由位置固定的指示表在給定的測量方向上對該實際被測要素測得的最大與最小示值之差。全跳動是被測圓柱面繞公共基準(zhǔn)軸線連續(xù)旋轉(zhuǎn)，指示表與工件在平行與該公共基準(zhǔn)軸線的方向作軸向相對直線運動時被測圓柱面上各點的示值中最大值與最小值不得大于一個要求公差值，其中全跳動反映被測圓柱面相對于基準(zhǔn)半徑的變化還反映了軸線的彎曲誤差，目前能夠自動測量軸類零件的全跳動測量儀非常欠缺，本文通過分析，研究出了能夠自動測量軸類零件的全跳動測量儀，解決的生產(chǎn)及檢測當(dāng)中實際問題，此儀器的設(shè)計具有很重要的意義。

1 設(shè)計方案的確定

本方案的結(jié)構(gòu)軸類似軸類零件偏擺測量儀機構(gòu)。即：頂尖和夾持機構(gòu)帶動被測件（軸類零件）回轉(zhuǎn)運動，不傳感器及整個測量機構(gòu)作往復(fù)運動。適合于一定范圍內(nèi)檢測軸類零件的全跳動誤差，均采用電動方式。主要結(jié)構(gòu)主要包括：頭架部分的設(shè)計、底座部分的設(shè)計及傳動箱的設(shè)計。具體結(jié)構(gòu)圖如下：

2 整體設(shè)計過程

本測量儀的頭架部分選用的是一個三相異步電動機，功率比較小，傳動機構(gòu)利用雙聯(lián)滑移齒輪進行高、低速變換，帶動被測量工件的回轉(zhuǎn)；測量儀的底座部分也采用一個三相異步電動機，實現(xiàn)的是測量儀的絲杠螺母的傳動，最終帶動測量儀表做直線移動。測量儀的尾座部分，測量結(jié)果利用位移傳感器代替指示表顯示，對測量儀在在進行測量總共的跳動誤差進行連續(xù)采樣。

圖1 測量儀方案結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Measuring instrument scheme structure diagram

2.1 電動機的選擇

本儀器電動機的選擇按以下方法計算：根據(jù)設(shè)計要求和輸出的轉(zhuǎn)動慣量折算成功率來選者電動機

電動機轉(zhuǎn)動慣量公式：

電動機轉(zhuǎn)動步距角：

電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：

電動機的輸出功率：

則電動機的額定功率為：

所以：根據(jù)設(shè)計要求和目前提供的電機型號，考慮到留有一定的余量，選擇低速電機型號為60TDY060S4－2功率為40w，轉(zhuǎn)速為60r/min.

2.2 傳動箱齒輪的設(shè)計

首先根據(jù)齒輪傳動比公式進行傳動比的計算與分配，選擇合適的傳動比，再根據(jù)彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、接觸疲勞強度計算公式對所選擇的齒輪進行強度校核，在滿足強度要求得范圍內(nèi)最后再進行傳動比分配，從而選擇出合適的傳動比及齒輪的齒數(shù)確定。

傳動比計算公式：

彎曲應(yīng)力公式為：

接觸應(yīng)力公式為：

接觸疲勞強度：

根據(jù)以上分析及計算最后得出所設(shè)計齒輪傳動部分的齒輪分配情況如表1所示：

2.3 絲杠螺母的設(shè)計

測量機構(gòu)可以在測量體上固定，實現(xiàn)軸類零件的徑向跳動，也可以沿著測量體實現(xiàn)縱向移動，實現(xiàn)全跳動的測量。當(dāng)測量機構(gòu)在沿著縱向做全跳動測量的時候，必須要求傳動平穩(wěn)及較高的傳動精度，即采用可調(diào)整間隙螺母的螺旋傳動，伺服電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動。根據(jù)計算：絲杠選擇Tr20×4－7H/7e型，參數(shù)為d＝20，p＝4，d2＝18，D4＝20.5，d3＝15.5，D1＝16的梯形螺紋，中等精度，螺母寬度H＝35mm，螺紋 圈數(shù)n＝8.75圈。

表1 齒輪分配情況Table1 Gear distribute condition

2.4 間隙調(diào)整機構(gòu)

測量部件底座與絲杠螺母之間加調(diào)整墊圈，采用四個沉頭孔的螺栓連接，在保證壓緊力均勻穩(wěn)定的同時，實現(xiàn)絲杠與絲杠螺母間的間隙調(diào)整。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，調(diào)整間隙時需卸下調(diào)整墊片修磨，為了裝卸方便，將調(diào)整墊片做成半方形。

2.5 測量機構(gòu)設(shè)計

圖2 測量機構(gòu)Fig.2 Measurment mechanism

測量機構(gòu)采用立柱式支臂測量機構(gòu)，且保持垂直度要求在允差范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)動支臂可對側(cè)頭與被測工件之間的垂直度進行調(diào)整，還帶有鎖緊機構(gòu)。通過調(diào)整支臂摩擦輪傳動機構(gòu)，來調(diào)整側(cè)頭在X方向的移動能夠使側(cè)頭與被測件之間實現(xiàn)更好的接觸。通過調(diào)節(jié)彈簧鐵的位置實現(xiàn)軸向全跳動的自動化測量和端面全跳動的半自動化測量的功能變換。本檢測儀是為測量跳動公差等級為3～6級、直徑為準(zhǔn)10～準(zhǔn)300mm的工件而設(shè)計的，允許的跳動誤差為0.02～0.15μm。考慮到測量時工件和傳感器分別作勻低速轉(zhuǎn)動和滑動，振動較輕，根據(jù)傳感器選擇的一般原則，選擇動態(tài)分辨率為0.13～0.15μm的接觸式位移傳感器傳感器，即測量頭直接與被測件的被測表面接觸，被測參數(shù)的變化，直接反映在量桿的移動量上，然后通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量。

4 結(jié)論

軸類零件的回轉(zhuǎn)運動和測量機構(gòu)的直線運動分別由一個同步電動機通過齒輪傳動系統(tǒng)減速裝置來控制，且根據(jù)被測件的尺寸大小分別可提供高、低雙速運轉(zhuǎn)。由此可見整個傳動系統(tǒng)共有四種匹配的運轉(zhuǎn)速度，擴大了被檢測零件尺寸的范圍，實現(xiàn)了自動化和半自動化（徑向全跳動采用自動化方式，端面全跳動采用半自動化方式），便于操作控制，提高了檢測的效率。同時避免了往復(fù)運動過程中的爬行現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了檢測的精度。齒輪傳動機構(gòu)中采用了間隙調(diào)整機構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于生產(chǎn)制造。

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