基于激光位移传感器的锥齿轮齿距偏差及齿圈跳动测量
基于激光位移传感器的锥齿轮齿距偏差及齿圈跳动测量
作者:邱林;宋爱平;沈雨涵;彭云;
我国锥齿轮加工和检测技术起步较晚,生产的锥齿轮精度与国外产品比较有一 定差距,大部分被用在对振动、噪声和平稳性要求不高的场合。对于高精密的传动机械,只能依赖千进口国外产品,这对我国制造业的发展有着严重的制约。国际上较为广泛地采用齿轮测量中心检测锥齿轮的质量,计算并分析其偏差,调整加工参数直到获得满意的齿面精度。近年来,国产齿轮测量中心得到大力发展,部分先进厂商如哈最集团率先研发了锥齿轮CNC测量中心,能够对部分锥齿轮进行直接测量,但其原理仍然是接触式测最,需要设定运动路径、计算测头补偿等,操作较为复杂。而国内大部分锥齿轮生产厂商仍然使用传统的人工测量方法对锥齿轮进行简单测最,效率低,精度也得不到保证,对测鼠人员的经验也有较高的要求。近年来,业界工作者对锥齿轮的测植做了大量研究工作,郭晓冬、张明德等人提出了在齿面上建立测量网格,通过测扯仪器的四轴运动采集网格点数据并用B样条法拟合实际齿面,与几何计算模型对比从而得到实际偏差。石照耀、左序涛、林虎等人研制了数控式锥齿轮单项误差测量仪,提出了由齿距偏差计算齿圈跳动的方法。高德雪、吴昌杂等人提出了使用正弦尺在万能工具显微镜上用坐标法对圆锥齿轮进行齿形误差检测的方法。杨羽、毛世民等人采用二阶曲面近似代替齿轮齿面并使用切平面法确定假想球型测头的直径,根据周节偏差处理锥齿轮径向跳动,缩短了检测时间。我们提出了一 种使用激光测距仪代替传统接斛式测拟头的锥齿轮综合误差检测方法与装省,利用激光点直射到齿面轮廓上,采集光点数据值,绘制被测齿轮轮廓的离散点模型,从而分析出齿距偏差以及齿阁径向跳动。使用激光非接触式的方法测扯能够有效地减少测屈时间,简化测批过程,提高锥齿轮测屈粘度与效率。
1. 测量仪器的原理与构成
1.1工作原理
计仪器的工作原理基千坐标测趾原理,由载有激光位移传感器的运动机构在伺服系统的驱动下完成对锥齿轮齿面轮廓的数据采集。根据测头的机床坐标和被测点与传感器之间的相对距离进行计算,得到锥齿轮齿廓的坐标数据,经过上位机分析计算从而得到该齿轮的单项几何误差。
1.2仪器的组成
测撮仪器由工作台、移动机构和激光位移传感器构成,如图1所示。仪器整体采用立式结构,包含一个主回转轴,分别为X、Y、Z3个方向的直线移动导轨。激光位移传感器安装在Z轴平台上并且可以在平面内进行旋转,方便角度调整。回转轴采用精密密珠轴系,直线导轨采用稍密滚针导轨。匈个移动方向上配有高精度的光栅,控制系统使用多轴控制卡自主编程并实现运动控制。
2 锥齿轮单项误差测拭
2.1 测量方法
目前广泛使川的齿轮测拟中心多为接触式测鼠,然而接触式测桩橾作复杂,在齿轮测量前需根据待测齿轮轮陇设置路径,测扭时根据接触面与测头的法向需要补偿测头半径,导致计算屈巨大和测拯效率低下,并且由于测头半径的存在使得横向分辨率降低。
使用激光非接触式测挝,通过激光点照射被测面返回测址信号,既不用提前设置路径,也不用计箕测头半径补偿,测拟速度快,效率高。采用的激光位移传感器测址理论精度可以达到0. 5mm激光非接触测让原理如图2所示,传感器首先移动到齿宽中分点位置,控制分度盘旋转8角使得激光垂直于分锥面,惆整传感嫘与分锥面的法向距离使得全齿高处千掀程内 J 打开测量系统,回转轴带动齿轮按一定速率旋转,系统同时记录传感器采样数据和圆光栅反馈的位置数据,直到齿轮一 阳测激光位移传感器在齿轮旋转一 周后将齿宽中点钳齿轮轮廓转化成一系列离散数据点,每个数据点同时对应一个光栅位置。根据齿轮参数可以计算出理论齿顶高,从而确定理论分度圆距离齿顶的距离。依据这一数值将数据点的位移数据转化为相对于分度圆位置的位移,高于分度圆为正,反之为负。通过分析这些数据点的相对位置,可以计算出该齿轮的偏差数据。
2.2齿圈跳动偏差判定
齿圈跳动E为齿轮一转范围内,测头在齿槽内与齿面中部双面接触时,沿分锥法向相对齿轮轴线的最大变动量。传统测量齿圈跳动的方法是用球形测头依次与齿轮齿槽分度圆做出双面接触,通过测僵测头相对齿轮轴线方向沿分锥法向距离的最大变动最来获得偏差值。但是实际上球形测头与齿面的接触位置并不可知,测头的大小也要根据齿轮模数和齿数进行计算从而选择不同尺寸的测头 , 这导致了测头的选择也给测扯数据带来误差。由于并不能准确知道测头与齿面接触的位置,所以实际上测撮获得的是测头球心的位晋变化。因此我们利用切平面法代替测量点处的齿面,模拟测量球心的位置,使用几何坐标数据计算齿圈跳动误差。
3 测试试验
试验使用B665牛头创床使用的直齿锥齿轮传动配件,待测齿轮模数2. 5, 齿数36, 配对小齿轮齿数20。基于数据库系统开发了交互式锥齿轮分析程序,通过分析得到该锥齿轮单个齿距偏差、齿距累积公差和齿圈跳动偏差。
4 结束语
基于激光位移传感器的非接触式锥齿轮测量方法与装置,能够快速直观地测量圆锥齿轮的多项偏差,机械结构简单,易于操作。通过建立被测齿廓的几何坐标数据,实现了将圆锥齿廓平面化、坐标化,通过直接对比实际数据与理论数据的误差,从而完成多项偏差的分析计算。该方法与装置不仅适用于圆锥齿轮精密检测,也可以用千其他圆柱齿轮和回转件的测量。
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