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专利号: 2019109350516
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双圆光栅的齿轮整体误差测量装置,其特征在于:

该测量装置由机械部分和电控部分组成;

机械部分由实现两个直线运动和两个旋转运动共四个运动的机械结构组成;两个直线运动为被测齿轮沿竖直方向的位置调整运动和测量齿轮沿水平方向的位置调整运动;两个旋转运动为测量齿轮轴系的旋转运动和被测齿轮轴系的旋转运动;其中,测量齿轮轴系为主动轴系,被测齿轮轴系为被动轴系;

实现被测齿轮沿竖直方向的位置调整运动的机械结构由带动被测齿轮轴系上下运动的工作台、精密导轨、精密丝杠、伺服电机M1和长光栅组成,其作用是实现被测齿轮多个截面的测量;

实现测量齿轮沿水平方向的位置调整运动的机械结构由带动测量齿轮轴系左右运动的工作台、精密导轨、精密丝杠、伺服电机M3和长光栅组成,其作用是当被测齿轮的分度圆直径等参数发生变化时,可以通过该调整运动进行适应,以扩大本测量装置的测量范围;

实现测量齿轮轴系的旋转运动的机械结构由主动轴、测量齿轮、轴承、伺服电机M2组成;在主动轴上安装有用于获取和补偿测量齿轮轴系的动态误差的圆光栅A、圆光栅B,以及对应的读数头;每个圆光栅对应读数头的个数为1个、2个、3个或4个;在测量中,伺服电机M2驱动测量齿轮轴系旋转,测量齿轮轴系驱动被测齿轮轴系旋转;

实现被测齿轮轴系的旋转运动的机械结构由被动轴、阻尼加载轮、被测齿轮、轴承组成,在被动轴上安装有用于获取和补偿被测齿轮轴系的动态误差的圆光栅C、圆光栅D,以及对应的读数头;每个圆光栅对应读数头的个数为1个、2个、3个或4个;阻尼加载轮在测量中提供一定的阻尼,减少测量中被测齿轮与测量齿轮的脱啮现象;

电控部分由高速同步数据采集系统、伺服电机驱动与控制系统和计算机组成;高速同步数据采集系统采集各长光栅和圆光栅的信号,进行处理后送入计算机;计算机通过伺服电机驱动与控制系统对各个伺服电机进行驱动;计算机用于实现人机交互、测量过程控制、轴系动态误差测量与补偿、测量数据处理与存储、打印报表、联网通信功能。

2.使用权利要求1所述的一种基于双圆光栅的齿轮整体误差测量装置进行测量的方法,其特征在于,该方法是按以下步骤实现的:

1)安装被测齿轮,然后选择被测齿轮的测量截面;即调整被测齿轮在其轴线方向即竖直方向的位置,而测量齿轮在竖直方向位置固定不变,这样就实现了选择被测齿轮测量截面的功能;

2)调节两回转轴系的中心距;首先调整测量齿轮的圆周位置,让测量齿轮和被测齿轮的齿顶不会发生干涉,然后调整测量齿轮的水平方向的位置,使两回转轴系的中心距满足测量要求;

3)调节好中心距后,开始进行测量,测量齿轮驱动被测齿轮旋转一周,完成被测齿轮一个截面的一侧齿面的整体误差曲线即JZ曲线的测量;

4)若需要测量双向截面整体误差曲线即SJZ曲线,则测量齿轮驱动被测齿轮再倒转一周,就完成另一侧齿面的截面整体误差曲线即JZ曲线的测量,在计算机中组合两侧齿面的JZ曲线,就可以得到被测齿轮的双向截面整体误差曲线即SJZ曲线;

5)由圆光栅读数修正轴系误差;使用测量齿轮轴系和被测齿轮轴系各自配备的双圆光栅和读数头数据,可对JZ曲线和SJZ曲线中的测量结果进行轴系动态误差修正,提高齿轮整体误差测量精度;

6)如果需要测量其他截面的整体误差,则让被测齿轮和组合测量元件脱开啮合,重新调整被测齿轮的轴向位置,然后重复上面的测量过程;

7)测量完成后,由计算机根据测量数据计算被测齿轮的各单项误差和综合误差并打印报表,至此一个测量过程结束;

在上述步骤5)中,基于双圆光栅的测量结果对JZ曲线中的齿轮整体误差测量结果进行轴系误差修正的方法如下:

开始测量时,测量齿轮的基圆圆心位置为O1’,被测齿轮的基圆圆心位置为O2’;以O1’为原点、直线O1’ O2’为Y轴建立平面直角坐标系XO1’Y,作为固定不变的全局坐标系;

设测量过程中,在测量齿轮渐开线齿廓部分与被测齿轮渐开线齿廓部分相啮合的某一时刻t,由于轴系的运动误差,测量齿轮的基圆圆心移动到O1点,被测齿轮的中心移动到O2点;此时,测量齿轮上渐开线起点在A1处的齿廓与被测齿轮上渐开线起点在A2处的齿廓相啮合;直线N1N2为测量齿轮和被测齿轮的基圆的内公切线,N1点和N2点为切点;显然,直线N1N2与直线O1O2的锐角夹角始终等于测量齿轮和被测齿轮的节点处的压力角α的余角;这个α角可由已知的齿轮参数直接给出,或按照《齿轮手册》中的公式计算出来;

设在t时刻,按照现有方法如GB/T 13924-92所述方法测得的截面整体误差数值为GIE(t),其中包含了由于轴系动态误差产生的测量误差;使用专利申请号为201710464459.0、专利名称为《基于圆光栅的轴系五、六自由度误差测量方法及测量系统》的公开专利中提出的方法,利用测量齿轮轴系和被测齿轮轴系中各自配备的双圆光栅和读数头数据,可以计算出t时刻O1点和O2点在坐标系XO1’Y中的X轴和Y轴坐标值,记为 、 、 和;在t时刻,O1’点和O2’点在坐标系XO1’Y中的X轴和Y轴坐标值记为 、 、和 ,直线O1’O2’逆时针旋转到直线O1O2的位置形成的夹角记为 ,直线O1N1绕O1点逆时针旋转到O1O1’位置形成的夹角记为 ,直线O2N2绕O2点逆时针旋转到O2O2’位置形成的夹角记为 ;则计算消除轴系动态误差的影响后的齿轮整体误差测量数值GIE’(t)的公式为:。