單配斜齒輪測繪新方法及程序?qū)崿F(xiàn)

王文靜 馮 超

(東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000)

斜齒輪因其嚙合性好，傳動平穩(wěn)而廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動中。在設(shè)備維修過程中，受各種條件的限制，同時考慮加工成本及周期等因素，經(jīng)常要求只對單一損壞斜齒輪進(jìn)行拆卸測繪、加工及更換。

單配斜齒輪測繪的難點主要在于其螺旋角的精確測定。傳統(tǒng)的變位斜齒輪測繪中對螺旋角的測定有滾印法、萬能銑床法、鋼球法、顯微鏡法等方法［1-3］，這些方法操作過程復(fù)雜，誤差因素較多，既不方便，也不夠準(zhǔn)確。同時對于變位圓柱斜齒輪，由于螺旋角與變位系數(shù)可以互相起補(bǔ)償作用，這就使測繪后的齒輪參數(shù)辨識更加復(fù)雜。

本文采用三坐標(biāo)測量儀并結(jié)合UG 三維造型軟件來完成螺旋角的精確測定，同時利用Visual Basic 軟件開發(fā)了單配斜齒輪測繪系統(tǒng)［4］，通過程序編制，系統(tǒng)自動完成對斜齒輪設(shè)計參數(shù)的測定并給出相關(guān)尺寸的計算結(jié)果。

1 測量原理

1.1 測量步驟

本文介紹的方法是根據(jù)模數(shù)制來進(jìn)行計算和測量的，其步驟如下:

(1)數(shù)出斜齒輪齒數(shù)Z1，Z2;

(2)測量兩齒輪裝配中心距a;

(3)游標(biāo)卡尺測量單配斜齒輪齒頂圓直徑da;

(4)測量公法線長度:

跨齒數(shù):k=anz/180°+0.5 (k 值四舍五入取整數(shù))

然后分別用齒厚游標(biāo)卡尺測出跨齒數(shù)為k 及k +1 的公法線長度Wk及Wk+1。

(5)通過下式計算法向模數(shù):

因法向模數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值，可查表確定法向模數(shù)。

(6)三坐標(biāo)測量儀結(jié)合UG 造型軟件精確測量斜齒輪螺旋角β。

以筆者單位WENZEL 公司產(chǎn)的LH -108 型橋式三坐標(biāo)測量儀為例。將斜齒以方便探頭測量的方式裝夾在測量儀工作臺上，采用手動方式建立坐標(biāo)系后，操作員通過操縱盒控制測量機(jī)運(yùn)動，探頭沿斜齒齒部進(jìn)行接觸測量，測量儀自動將各測量點數(shù)據(jù)傳輸至Metrosoft CM 處理軟件中，Metrosoft CM 軟件內(nèi)部對數(shù)據(jù)進(jìn)行包括去誤點、明顯缺陷點的操作。采集數(shù)據(jù)完成處理后可按用戶要求輸出UG 三維造型軟件可以識別的文件格式(例如.dat)，然后再導(dǎo)入UG 造型環(huán)境中，利用UG 的強(qiáng)大功能對齒部測量點陣進(jìn)行擬合，再通過內(nèi)部測量工具即可間接計算出所要測量的螺旋角β。通過對幾組測量結(jié)果的比對，得出三坐標(biāo)測量儀對螺旋角β 的測量精度在2'內(nèi)，完全滿足測量要求。

1.2 斜齒輪測繪系統(tǒng)開發(fā)

為提高測繪效率，減少復(fù)雜的人工計算過程，采用Visual Basic 編程軟件設(shè)計實現(xiàn)了窗口交互式斜齒輪測繪系統(tǒng)。測繪系統(tǒng)工作原理圖如圖1 如示。

圖1 斜齒輪測繪系統(tǒng)工作原理圖

系統(tǒng)首先建立了法向模數(shù)數(shù)據(jù)庫，通過齒數(shù)、跨齒距、中心距、螺旋角等測繪參數(shù)的錄入，系統(tǒng)自動進(jìn)行計算對比，定出模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。借助中心距，通過螺旋角測定值與計算值的比較，齒頂圓直徑測定值與計算值的比較，最終確定螺旋角大小，并判斷出斜齒變位類型，然后系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)子程序模塊進(jìn)行后續(xù)計算并將結(jié)果予以顯示，供用戶查看分析。

2 實例驗證

以我單位400 t 橋式起重機(jī)大車行進(jìn)機(jī)構(gòu)減速箱損壞斜齒測繪為例，減速箱為德國進(jìn)口SEW 型減速箱，輸入齒輪軸出現(xiàn)整體斷裂，齒輪全部參數(shù)未知，且減速箱拆卸及運(yùn)輸極為不便，采取本文所開發(fā)的測繪系統(tǒng)對損壞齒輪軸進(jìn)行單獨測繪，齒輪軸根據(jù)測繪結(jié)果進(jìn)行加工后更換，最終嚙合效果良好，設(shè)備恢復(fù)使用，極大地節(jié)約了成本和時間。測繪窗口如圖2所示。

圖2 斜齒測繪系統(tǒng)應(yīng)用實例

3 結(jié)語

考慮到齒部磨損對測量的影響，建議對計算出的公法線長度和齒頂圓直徑等選擇合適的減公差，以方便裝配。如加工新齒裝配后有一定嚙合阻力，可借助金剛砂對齒輪進(jìn)行對研跑合，改善嚙合齒接觸狀況和精度。實例表明，采用三坐標(biāo)測量儀結(jié)合UG 造型軟件對斜齒螺旋角的測定是準(zhǔn)確可行的。通過基于Visual Basic 開發(fā)的測繪系統(tǒng)能極大地提高了測繪效率，將技術(shù)人員從繁瑣的計算工作中解脫出來，新方法及測繪系統(tǒng)為單配斜齒輪的測繪提供了一種新的思路和參考，具有一定的工程應(yīng)用意義。

［1］陶永芹.單配圓柱斜齒輪的測量方法［J］.煤礦機(jī)電，2004(4):32-33.

［2］黃富貴，張認(rèn)成.漸開線圓柱斜齒輪分度圓螺旋角的精確測繪［J］.工具技術(shù)，2005，39(9):40 -42.

［3］林澤亮，李苗杰.斜齒輪螺旋角的測量［J］.計量與測試技術(shù)，2003(5):6 -7.

［4］龔沛曾，陸慰民，楊志強(qiáng).Visual Basic 程序設(shè)計教程［M］.北京:高等教育出版社，2003.