基于齒輪公法線自動(dòng)檢測(cè)的分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊有松 張海馨 肖琛

摘 要：分度機(jī)構(gòu)是齒輪公法線自動(dòng)檢測(cè)裝置的重要組成部分。用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)齒輪的精確轉(zhuǎn)動(dòng)，便于對(duì)齒輪公法線進(jìn)行分別檢測(cè)。本文介紹一種自行設(shè)計(jì)的齒輪公法線檢測(cè)系統(tǒng)的分度機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，可以按照給定參數(shù)，使被測(cè)齒輪實(shí)施軸向移動(dòng)、精確轉(zhuǎn)動(dòng)和升降，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：齒輪公法線;分度機(jī)構(gòu);自動(dòng)檢測(cè)

一、齒輪公法線及其檢測(cè)

兩個(gè)曲線或曲面，過(guò)特定點(diǎn)，擁有共同的一條垂線，這條垂線就是公法線。齒輪公法線，是一條與基圓相切，與齒輪異側(cè)漸開(kāi)線相交的直線。公法線長(zhǎng)度是指其跨過(guò)幾個(gè)輪齒時(shí)，直線上某兩齒廓外側(cè)間的距離。

檢測(cè)公法線長(zhǎng)度是齒輪精度檢驗(yàn)常用的方法之一，公法線長(zhǎng)度可為檢驗(yàn)齒輪齒厚尺寸提供依據(jù)。公法線長(zhǎng)度一般使用公法線千分尺檢測(cè)，在實(shí)踐中相對(duì)來(lái)說(shuō)比較方便，經(jīng)濟(jì)。它綜合反映了齒輪加工過(guò)程中運(yùn)動(dòng)偏心的程度，也可間接反映齒輪模數(shù)，齒數(shù)，壓力角，變位系數(shù)等有關(guān)參數(shù)誤差大小。傳統(tǒng)檢測(cè)方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的要求，需要研制一種能夠替代傳統(tǒng)檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并能自動(dòng)分析處理的齒輪公法線檢測(cè)儀。

基于上述需要，為了實(shí)現(xiàn)齒輪公法線的自動(dòng)檢測(cè)，我們需要設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)和分度機(jī)構(gòu)，分度機(jī)構(gòu)是用于控制被測(cè)齒輪精確轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，它可以根據(jù)檢測(cè)的需要，按照檢測(cè)要求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分度轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證檢測(cè)齒輪過(guò)程中的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

二、分度機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證被測(cè)齒輪能夠平穩(wěn)精確轉(zhuǎn)動(dòng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種用于檢測(cè)齒輪公法線的分度機(jī)構(gòu)。如下圖。

在其底座上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)螺母，旋轉(zhuǎn)螺母內(nèi)設(shè)置有豎直布置的升降絲杠，升降絲杠上設(shè)置有帶有內(nèi)螺紋的升降套筒，升降套筒能沿升降絲杠移動(dòng)，升降套筒上端設(shè)置有橫向布置的安裝架，安裝架上布置有控制軸，控制軸的一端與一步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸相連接，控制軸的另一端設(shè)置有一齒輪夾具，齒輪夾具通過(guò)漲緊套與該控制軸相連接，齒輪夾具上布置有被測(cè)齒輪，被測(cè)齒輪隨齒輪夾具轉(zhuǎn)動(dòng)。采用升降絲杠與升降套筒的配合方式，保證了齒輪在檢測(cè)過(guò)程能靈活調(diào)整齒輪高度，來(lái)配合相應(yīng)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了齒輪與檢測(cè)機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)配合，同時(shí)通過(guò)漲緊套使齒輪夾與該控制軸連接在一起，保證了足夠的同軸度，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪分度的精確控制。

升降套筒后側(cè)設(shè)置有支撐桿，支撐桿上端設(shè)置有電機(jī)支撐平臺(tái)，電機(jī)支撐平臺(tái)用于支撐上述步進(jìn)電機(jī)。并且上述控制軸配置有扭力扭矩限制器，當(dāng)檢測(cè)力達(dá)到設(shè)定的數(shù)值時(shí)，扭力限制器發(fā)出24V電壓信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)。

三、控制器和步進(jìn)減速電機(jī)的選擇

我們選擇了BE-2018_7寸觸控可編程運(yùn)動(dòng)控制器。系統(tǒng)具有高可靠性，高精度，噪音小，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

為保證分度精度，同時(shí)滿足小型化要求，我們選用了微型28行星步進(jìn)減速電機(jī)。行星減速機(jī)具有高剛性、高精度、高傳動(dòng)效率，終身免維護(hù)等特點(diǎn)。同時(shí)具有體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、輸出扭矩大、速比大、性能安全等特點(diǎn)。兼具功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性。

四、被測(cè)齒輪的選擇與固緊

我們選用直齒4模20齒的標(biāo)準(zhǔn)齒輪作為被測(cè)齒輪，采用304不銹鋼材質(zhì)。這樣的齒輪具有美觀耐腐蝕的作用。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了提高檢測(cè)精度，首先要保證被測(cè)齒輪安裝的同軸度，為此，我們選用了脹緊裝置固定齒輪，力求使其固定時(shí)受力均勻，保證較高的同軸度。在齒輪分度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。由于被測(cè)齒輪安裝誤差，會(huì)導(dǎo)致同軸度下降，產(chǎn)生檢測(cè)誤差?；谏鲜鲈蛭覀儾捎昧艘环N新式的安裝齒輪的裝置，這種裝置就是漲緊裝置。

該裝置的原理是通過(guò)高強(qiáng)度拉力螺栓的作用，在內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生足夠的抱緊力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的無(wú)鍵聯(lián)結(jié)。當(dāng)承受負(fù)荷時(shí)，靠脹套與機(jī)件、軸的結(jié)合壓力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或二者的復(fù)合載荷。脹套聯(lián)接的主要優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)中精度高;安裝/調(diào)整/拆卸方便;強(qiáng)度高，聯(lián)結(jié)穩(wěn)定可靠。

五、被測(cè)齒輪的更換

檢測(cè)中經(jīng)常需要更換被測(cè)齒輪，但由于檢測(cè)部位空間小，不便于使用扳手，因此，我們采用了可轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。將整個(gè)底盤(pán)分成兩部分。一部分用于安裝檢測(cè)裝置。一部分用于安裝分度機(jī)構(gòu)。在被測(cè)齒輪更換時(shí)，使其能夠?qū)⒌妆P(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。這樣就可以很方便的使用工具進(jìn)行拆裝齒輪。

六、總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種齒輪公法線檢測(cè)系統(tǒng)的分度機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)被測(cè)齒輪的軸向移動(dòng)、精確轉(zhuǎn)動(dòng)和升降。測(cè)試顯示該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便攜化的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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