基于齒輪公法線自動檢測的分度機構(gòu)設計

楊有松 張海馨 肖琛

摘 要：分度機構(gòu)是齒輪公法線自動檢測裝置的重要組成部分。用于實現(xiàn)被測齒輪的精確轉(zhuǎn)動，便于對齒輪公法線進行分別檢測。本文介紹一種自行設計的齒輪公法線檢測系統(tǒng)的分度機構(gòu)。該機構(gòu)通過兩個步進電機進行控制，可以按照給定參數(shù)，使被測齒輪實施軸向移動、精確轉(zhuǎn)動和升降，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的特點。

關(guān)鍵詞：齒輪公法線;分度機構(gòu);自動檢測

一、齒輪公法線及其檢測

兩個曲線或曲面，過特定點，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)漸開線相交的直線。公法線長度是指其跨過幾個輪齒時，直線上某兩齒廓外側(cè)間的距離。

檢測公法線長度是齒輪精度檢驗常用的方法之一，公法線長度可為檢驗齒輪齒厚尺寸提供依據(jù)。公法線長度一般使用公法線千分尺檢測，在實踐中相對來說比較方便，經(jīng)濟。它綜合反映了齒輪加工過程中運動偏心的程度，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)檢測方法已經(jīng)不能適應現(xiàn)代檢測技術(shù)的要求，需要研制一種能夠替代傳統(tǒng)檢測儀器，實現(xiàn)自動檢測、自動采集數(shù)據(jù)并能自動分析處理的齒輪公法線檢測儀。

基于上述需要，為了實現(xiàn)齒輪公法線的自動檢測，我們需要設計檢測系統(tǒng)和分度機構(gòu)，分度機構(gòu)是用于控制被測齒輪精確轉(zhuǎn)動的裝置，它可以根據(jù)檢測的需要，按照檢測要求實現(xiàn)精準分度轉(zhuǎn)動，以保證檢測齒輪過程中的穩(wěn)定性與準確性。

二、分度機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設計

為保證被測齒輪能夠平穩(wěn)精確轉(zhuǎn)動，我們設計了一種用于檢測齒輪公法線的分度機構(gòu)。如下圖。

在其底座上設置有旋轉(zhuǎn)螺母，旋轉(zhuǎn)螺母內(nèi)設置有豎直布置的升降絲杠，升降絲杠上設置有帶有內(nèi)螺紋的升降套筒，升降套筒能沿升降絲杠移動，升降套筒上端設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電機的動力輸出軸相連接，控制軸的另一端設置有一齒輪夾具，齒輪夾具通過漲緊套與該控制軸相連接，齒輪夾具上布置有被測齒輪，被測齒輪隨齒輪夾具轉(zhuǎn)動。采用升降絲杠與升降套筒的配合方式，保證了齒輪在檢測過程能靈活調(diào)整齒輪高度，來配合相應的檢測機構(gòu)，實現(xiàn)了齒輪與檢測機構(gòu)精準配合，同時通過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，通過步進電機實現(xiàn)對齒輪分度的精確控制。

升降套筒后側(cè)設置有支撐桿，支撐桿上端設置有電機支撐平臺，電機支撐平臺用于支撐上述步進電機。并且上述控制軸配置有扭力扭矩限制器，當檢測力達到設定的數(shù)值時，扭力限制器發(fā)出24V電壓信號，可以實現(xiàn)電機的通斷，進而實現(xiàn)了過載保護。

三、控制器和步進減速電機的選擇

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

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

四、被測齒輪的選擇與固緊

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

在實際設計中，為了提高檢測精度，首先要保證被測齒輪安裝的同軸度，為此，我們選用了脹緊裝置固定齒輪，力求使其固定時受力均勻，保證較高的同軸度。在齒輪分度轉(zhuǎn)動時。由于被測齒輪安裝誤差，會導致同軸度下降，產(chǎn)生檢測誤差。基于上述原因我們采用了一種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高強度拉力螺栓的作用，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，以實現(xiàn)機件與軸的無鍵聯(lián)結(jié)。當承受負荷時，靠脹套與機件、軸的結(jié)合壓力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或二者的復合載荷。脹套聯(lián)接的主要優(yōu)點是：對中精度高;安裝/調(diào)整/拆卸方便;強度高，聯(lián)結(jié)穩(wěn)定可靠。

五、被測齒輪的更換

檢測中經(jīng)常需要更換被測齒輪，但由于檢測部位空間小，不便于使用扳手，因此，我們采用了可轉(zhuǎn)動底盤結(jié)構(gòu)的設計。將整個底盤分成兩部分。一部分用于安裝檢測裝置。一部分用于安裝分度機構(gòu)。在被測齒輪更換時，使其能夠?qū)⒌妆P轉(zhuǎn)動一個角度。這樣就可以很方便的使用工具進行拆裝齒輪。

六、總結(jié)

本文設計了一種齒輪公法線檢測系統(tǒng)的分度機構(gòu)。該機構(gòu)由兩個步進電機控制實現(xiàn)被測齒輪的軸向移動、精確轉(zhuǎn)動和升降。測試顯示該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、便攜化的優(yōu)點。

參考文獻：

[1]楊有松，劉智超，張海馨，李曉奇，劉喆，孫琪.一種齒圈徑向跳動測量儀的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)[J].科技與創(chuàng)新，2016（04）：94+96.

[2]張海馨，楊有松.ZN100型齒圈徑向跳動測量儀的設計與研制[J].現(xiàn)代國企研究，2016（18）：137.

[3]余仕彪.機電一體化精確定位裝置及其控制系統(tǒng)的研究[D].上海海洋大學，2013.