一種漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，屬于機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置的殼體上支撐齒輪傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪和角度傳感齒輪；所述主動(dòng)齒輪與外端具有測(cè)量頭的可動(dòng)測(cè)量桿固定連接，所述可動(dòng)測(cè)量桿的一側(cè)相應(yīng)安置外端具有測(cè)量頭的參考測(cè)量桿，所述參考測(cè)量桿與殼體固連；所述殼體上還裝有角度傳感齒輪轉(zhuǎn)角采集單元，所述采集單元的信號(hào)輸出端接智能測(cè)量模塊。當(dāng)操控殼體使兩測(cè)量桿外端的測(cè)量頭分別嵌入待測(cè)齒輪的相應(yīng)齒槽內(nèi)，獲得其相對(duì)于初始位置的轉(zhuǎn)角變化，即可借助智能器件的轉(zhuǎn)換，便捷快速并且準(zhǔn)確的得到所需的齒厚參數(shù)。
【專利說明】
一種漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種齒輪齒厚的測(cè)量裝置，尤其是一種漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，屬于機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]漸開線齒輪的齒厚值一直是齒輪設(shè)計(jì)、加工和測(cè)繪中最為重要的齒輪參數(shù)之一，如何準(zhǔn)確的測(cè)量出齒輪的齒厚值，直接關(guān)系到齒輪加工工藝的穩(wěn)定和成品質(zhì)量的優(yōu)劣。在齒輪批量制造過程諸如滾齒、插齒、銑齒、磨齒等工序中，如果不能快速有效測(cè)量出準(zhǔn)確的齒厚值，勢(shì)必對(duì)生產(chǎn)效率和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生不良影響。
[0003]據(jù)
【申請(qǐng)人】了解，長(zhǎng)期以來(lái)，中等精度齒輪最常用的齒厚測(cè)量方法是公法線測(cè)量和跨棒(球)距測(cè)量。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量原理均為精確幾何模型不存在理論誤差，測(cè)量精度高，相應(yīng)測(cè)量工具也比較簡(jiǎn)單便捷，因此被普遍采用。但是可以發(fā)現(xiàn)，公法線和跨棒(球)距測(cè)量都一定的局限性:1.公法線測(cè)量因測(cè)量原理的限制不能用于內(nèi)齒輪的測(cè)量，對(duì)于螺旋角大齒寬短的斜齒輪也不能適用，另外碰到大模數(shù)或及短齒高的齒輪，由于無(wú)法取得合適的測(cè)量點(diǎn)更無(wú)法測(cè)量，上述情況只能使用跨棒(球)距測(cè)量;2.跨棒(球)距測(cè)量在測(cè)量時(shí)要求操作人員手動(dòng)固定兩對(duì)立齒槽中放置的量棒(球)，同時(shí)使用長(zhǎng)度千分尺測(cè)量其跨棒(球)距，往往一人很難操作，而需要兩人合作才能完成，此外操作人員還需有準(zhǔn)確的“手感”，能夠憑感覺找到跨棒(球)距的極值，所以非專業(yè)人員難以保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。對(duì)于分度圓很大的內(nèi)齒圈，測(cè)量跨棒(球)距需要借助大型內(nèi)徑長(zhǎng)度千分尺，往往需要多人協(xié)助才能完成測(cè)量，極為不便，沒有合適長(zhǎng)度的千分尺就無(wú)法完成測(cè)量。
[0004]針對(duì)上述跨棒(球)距測(cè)量存在的局限性，目前主要是借助輔助裝置和特制測(cè)量工具來(lái)克服，主要是通過機(jī)構(gòu)固定量球并測(cè)量跨棒(球)距的裝置。此類裝置不再需要人工扶正量棒(球)，同時(shí)裝置上自帶千分尺，可以方便快速的對(duì)特定大小的齒輪進(jìn)行測(cè)量。然而實(shí)踐證明，這些裝置仍存在一些不足之處，首先鑒于跨棒(球)距的測(cè)量原理，當(dāng)齒輪分度圓增大時(shí)，所需的測(cè)量裝置同樣也要增大，制造成本巨大，明顯不經(jīng)濟(jì)，所以只能用于分度圓不大的齒輪跨棒(球)距測(cè)量，其次是測(cè)量范圍有局限性且內(nèi)、外齒不能通用；另外這些裝置通常只能在固定場(chǎng)合使用，需移動(dòng)被測(cè)齒輪到指定測(cè)量位置才能進(jìn)行測(cè)量操作，對(duì)于批量生產(chǎn)而言，顯然耗時(shí)費(fèi)力，不能作為生產(chǎn)巡檢和自檢的測(cè)量工具。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種適于包括大模數(shù)、大螺旋角、短齒寬、短齒高、大型內(nèi)齒圈等各類特殊漸開線齒輪齒厚測(cè)量的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，同時(shí)還涉及相應(yīng)的測(cè)量方法。
[0006]根據(jù)漸開線齒輪的數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出以下齒厚與任意齒槽間跨棒(球)距的數(shù)學(xué)關(guān)系:
[0007]I)量棒(球)與齒輪中心距的函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)(以外齒輪舉例，內(nèi)齒輪同理可推)
[0008]如圖1所示，量棒(球)在測(cè)量時(shí)將置于圖示齒槽位置，且分布與左右齒面接觸相切，根據(jù)此時(shí)的幾何關(guān)系，不難得出量棒(球)中心量棒(球)與齒輪中心距ry的計(jì)算公式:
[0009]ry = rb/cos(ay)可得:
[0010]ay = arccos(rb/ry) (I)
[ΟΟ??]式中，rb為齒輪基圓半徑，ay為齒輪在ry處的壓力角。
[0012]同時(shí)還可以推導(dǎo)出ay的計(jì)算公式:
[0013]?ηναγ = μ+θ0+φ-π/ζ
[0014]= dk/db+s/d+inva-ji/z (2)
[0015]=inva+2*x*tan(a)/z+dk/db-V(2*z) (3)
[0016]上式中，μ為過量棒(球)中心的漸開線與基圓交點(diǎn)、齒輪中心、量棒(球)與右齒面切點(diǎn)，連線之夾角；Θ。為右齒面漸開線在量棒(球)與右齒面切點(diǎn)處的漸開角;Φ為量棒(球)與右齒面切點(diǎn)、齒輪中心，牙齒中線，連線之夾角；ζ為齒輪齒數(shù);dk為量棒(球)直徑;db為齒輪基圓直徑；s為分度圓齒厚；d為分度圓直徑;a為齒輪分度圓壓力角；漸開線函數(shù)inva =tan(a)_a;x為齒輪變位系數(shù)。
[0017]再將式(I)代入式(2)可得:
[0018]inv(arccos (rb/ry)) =dk/db+s/d+inva-ji/z (4)
[0019]2)量棒(球)與齒輪中心距的測(cè)量設(shè)計(jì)
[0020]實(shí)際測(cè)量中，式(4)中僅ry和齒厚s是未知，可以看出ry和齒厚s是一元函數(shù)關(guān)系，也就是說只要能準(zhǔn)確測(cè)得ry值即可根據(jù)此函數(shù)關(guān)系確定齒厚S，因此如圖2所示，放置兩量棒(球)(圖中為方便闡述跨3齒，實(shí)際中可以跨任意齒數(shù)i)，根據(jù)圖中幾何原理可以得出:
[0021]ry = L/(2*sin(al/2)) (5)
[0022]L = 2*Ll*sin(a2/2) (6)
[0023]聯(lián)立(5)、(6)兩式可得
[0024]ry = Ll*sin(a2/2)/sin(al/2) (7)
[0025]式中，L為兩量棒(球)中心距，al為兩量棒(球)中心與齒輪中心連線的夾角，al =2*i*Vz(i為兩量棒(球)間所跨齒數(shù))，L1是測(cè)量裝置兩測(cè)量桿的長(zhǎng)度，a2為兩測(cè)量桿之間的夾角。由式(7)不難看出，只要a2能夠測(cè)出，根據(jù)上述公式關(guān)系，齒厚值也能完全確定，所以最終確定a2為測(cè)量對(duì)象即可方便地通過轉(zhuǎn)換精確得到所需測(cè)量的齒厚值。
[0026]基于以上幾何關(guān)系推導(dǎo)，為了達(dá)到以上目的，
【申請(qǐng)人】提出的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置基本技術(shù)方案為:包括殼體，所述殼體上支撐齒輪傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪和角度傳感齒輪;所述主動(dòng)齒輪與外端具有測(cè)量頭的可動(dòng)測(cè)量桿固定連接，所述可動(dòng)測(cè)量桿的一側(cè)相應(yīng)安置外端具有測(cè)量頭的參考測(cè)量桿，所述參考測(cè)量桿與殼體固連;所述殼體上還裝有角度傳感齒輪轉(zhuǎn)角采集單元，所述采集單元的信號(hào)輸出端接智能測(cè)量模塊。
[0027]當(dāng)操控殼體使兩測(cè)量桿外端的測(cè)量頭分別嵌入待測(cè)齒輪的相應(yīng)齒槽內(nèi)，獲得其相對(duì)于初始位置的轉(zhuǎn)角變化，即可借助智能器件的轉(zhuǎn)換，便捷快速并且準(zhǔn)確的得到所需的齒厚參數(shù)。
[0028]本實(shí)用新型進(jìn)一步的完善是，所述外殼還支撐與角度傳感齒輪嚙合且具有回位趨勢(shì)的卷?xiàng)l齒輪。因此，可以保持可動(dòng)測(cè)量桿具有靠攏參考測(cè)量桿的趨勢(shì)，自動(dòng)消除可能存在的嚙合間隙，保證測(cè)量精度。
[0029]進(jìn)一步，所述殼體內(nèi)支撐通過從動(dòng)齒輪過渡傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪和角度傳感齒輪;所述主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比以及所述從動(dòng)齒輪與角度傳感齒輪的傳動(dòng)比均大于
1
[0030]進(jìn)一步，所述角度傳感齒輪與角度傳感器同軸固定。
[0031]進(jìn)一步，所述角度傳感齒輪與卷?xiàng)l齒輪嚙合，所述卷?xiàng)l齒輪端面裝有卷?xiàng)l彈簧。
[0032]進(jìn)一步，所述角度傳感器一側(cè)的殼體內(nèi)裝有作為轉(zhuǎn)角采集單元的采集卡。
[0033]進(jìn)一步，所述采集卡一側(cè)安裝具有輸入按鍵和LED顯示的面板。
[0034]進(jìn)一步，所述采集卡通過角度傳感器獲取到的測(cè)量桿間轉(zhuǎn)角電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出到作為智能測(cè)量模塊的PLC中。
[0035]進(jìn)一步，所述殼體呈下部開口的盒狀，頂部具有把手。
[0036]進(jìn)一步，所述測(cè)量頭為測(cè)量棒或測(cè)量球。
【附圖說明】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0038]圖1是量棒(球)與齒輪中心距的幾何關(guān)系示意圖。
[0039]圖2是齒厚與測(cè)量角的幾何關(guān)系示意圖。
[0040]圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041 ]圖4是圖1實(shí)施例另一個(gè)視角的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖5是圖1實(shí)施例的電路原理框圖。
[0043]圖6是圖1實(shí)施例應(yīng)用于外齒輪齒厚測(cè)量的示意圖。
[0044]圖7是圖1實(shí)施例應(yīng)用于內(nèi)齒輪齒厚測(cè)量的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]實(shí)施例一
[0046]本實(shí)施例的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置如圖3和圖4所示，下部開口的盒狀殼體13頂部具有把手12。殼體13內(nèi)支撐通過從動(dòng)齒輪5過渡傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪4和角度傳感齒輪6，主動(dòng)齒輪4與從動(dòng)齒輪5小側(cè)隙嚙合且傳動(dòng)比Si1，從動(dòng)齒輪5與具有端盤的角度傳感齒輪6小側(cè)隙嚙合且傳動(dòng)比為i2，角度傳感齒輪6與角度傳感器9同軸固定，因此主動(dòng)齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞到角度傳感器9時(shí)放大(本實(shí)施例為2*2倍)。[0047 ]主動(dòng)齒輪4與外端具有測(cè)量棒(或球)I的可動(dòng)測(cè)量桿3同軸固定連接，可動(dòng)測(cè)量桿3的一側(cè)安置外端具有測(cè)量棒(或球H’的參考測(cè)量桿2，兩測(cè)量棒(或球)等徑、兩測(cè)量桿等長(zhǎng)，可動(dòng)測(cè)量桿3可繞主動(dòng)齒輪4的輪軸相對(duì)于固定在殼體13上的參考測(cè)量桿2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)際測(cè)量時(shí)兩測(cè)量桿之間的夾角即為上述的α2角，圖3中虛線位置為測(cè)量初始的零點(diǎn)位置，此時(shí)兩測(cè)量桿的夾角為定值。由于主動(dòng)齒輪4與可動(dòng)測(cè)量桿3同軸固定連接，固可動(dòng)測(cè)量桿3與其在虛線位置時(shí)的夾角即為主動(dòng)齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0048]此外，角度傳感齒輪6還與卷?xiàng)l齒輪7嚙合，該卷?xiàng)l齒輪7端面裝有一卷?xiàng)l彈簧8，該卷?xiàng)l彈簧8在可動(dòng)測(cè)量桿3處于圖3虛線的零位時(shí)為微收緊狀態(tài)，當(dāng)可動(dòng)測(cè)量桿3測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷?xiàng)l齒輪7也將同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，卷?xiàng)l彈簧8進(jìn)一步收緊，作用在卷?xiàng)l齒輪7上的反向扭矩也逐漸增加，從而使得所有齒輪均獲得反向扭矩，確保相互之間單側(cè)齒面嚙合，消除齒輪側(cè)隙，保證了測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時(shí)反向扭矩的存在還使得可動(dòng)測(cè)量桿3始終具有向參考測(cè)量桿2靠攏的回位趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程中測(cè)量棒(球)的自動(dòng)夾緊，方便操作，且進(jìn)一步保證了測(cè)量的穩(wěn)定、精確。
[0049]角度傳感器9一側(cè)的殼體13內(nèi)裝有采集卡10，從而構(gòu)成角度傳感齒輪6的轉(zhuǎn)角采集單元。采集卡10—側(cè)還安裝具有輸入按鍵和LED顯示的面板11。本實(shí)施例選用米朗M4500角度傳感器，其有效行程為0-355°，線性精度±0.075%，重復(fù)精度0.007°。由于測(cè)量桿臂長(zhǎng)LI設(shè)定為100mm，根據(jù)幾何公式推演可知角度傳感器重復(fù)精度引起的齒厚測(cè)量誤差小于
0.002_，完全可以滿足測(cè)量精度要求。
[0050]如圖5所示，采集卡10通過角度傳感器9獲取到的測(cè)量桿間轉(zhuǎn)角電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出到作為智能測(cè)量模塊的PLC中，PLC的按鍵輸入和顯示輸出端口接面板11。
[0051]測(cè)量時(shí)，首先將可動(dòng)測(cè)量桿3與參考測(cè)量桿2靠攏，在兩測(cè)量棒(或球)相互接觸后按下面板11上的零位鍵。此時(shí)面板11上LED顯示值歸零，通過數(shù)字按鍵輸入被測(cè)齒輪的基本參數(shù)并按下確認(rèn)鍵后，PLC獲得齒輪的初始變量值。參照?qǐng)D6或圖7，酌情按照輸入的跨齒數(shù)將兩量棒(球)分別置于相應(yīng)的齒槽內(nèi)，并握著把手12向齒槽方向輕輕施力，兩量棒(球)均與齒槽的左右齒面接觸后即可(斜齒輪要保證兩量球中心連線與齒端面保持垂直)。在此過程中，可動(dòng)測(cè)量桿3與參考測(cè)量桿2的夾角通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞并放大到角度傳感器9中，角度傳感器9通過采集卡10將角度的電壓力值獲取后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給PLC，PLC則根據(jù)此角度值與預(yù)置的計(jì)算程式計(jì)算出齒輪齒厚值、公法線等測(cè)量結(jié)果，通過面板11上的LED顯示器實(shí)時(shí)顯示。
[0052]實(shí)踐表明，采用本實(shí)施例的齒厚測(cè)量裝置可以輕松實(shí)現(xiàn)齒輪齒厚快速準(zhǔn)確測(cè)量，并且測(cè)量裝置帶有自定心功能，無(wú)需傳統(tǒng)齒厚測(cè)量(跨棒距測(cè)量等)對(duì)操作人員手感的苛刻要求，不存在理論誤差，適用于各類內(nèi)齒和外齒的齒厚測(cè)量，尤為適用于大型內(nèi)齒圈的測(cè)量，另外可以通過更換不同規(guī)格的量棒及量球，滿足各類模數(shù)的直齒輪和斜齒輪的齒厚測(cè)量。
[0053]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，包括殼體，其特征在于:所述殼體上支撐齒輪傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪和角度傳感齒輪;所述主動(dòng)齒輪與外端具有測(cè)量頭的可動(dòng)測(cè)量桿固定連接，所述可動(dòng)測(cè)量桿的一側(cè)相應(yīng)安置外端具有測(cè)量頭的參考測(cè)量桿，所述參考測(cè)量桿與殼體固連;所述殼體上還裝有角度傳感齒輪轉(zhuǎn)角采集單元，所述采集單元的信號(hào)輸出端接智能測(cè)量模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述殼體還支撐與角度傳感齒輪嚙合且具有回位趨勢(shì)的卷?xiàng)l齒輪。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述殼體內(nèi)支撐通過從動(dòng)齒輪過渡傳動(dòng)連接的主動(dòng)齒輪和角度傳感齒輪;所述主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比以及所述從動(dòng)齒輪與角度傳感齒輪的傳動(dòng)比均大于I。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述角度傳感齒輪與角度傳感器同軸固定。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述角度傳感齒輪與卷?xiàng)l齒輪嚙合，所述卷?xiàng)l齒輪端面裝有卷?xiàng)l彈簧。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述角度傳感器一側(cè)的殼體內(nèi)裝有作為轉(zhuǎn)角采集單元的采集卡。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述采集卡一側(cè)安裝具有輸入按鍵和LED顯示的面板。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述采集卡通過角度傳感器獲取到的測(cè)量桿間轉(zhuǎn)角電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出到作為智能測(cè)量模塊的PLC中。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述殼體呈下部開口的盒狀，頂部具有把手。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的漸開線齒輪齒厚快速測(cè)量裝置，其特征在于:所述測(cè)量頭為測(cè)量棒或測(cè)量球。
【文檔編號(hào)】G01B5/06GK205580341SQ201620233622
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】徐瀚, 王戰(zhàn)強(qiáng), 符嘉靖, 陸堰龍
【申請(qǐng)人】中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司