光柵尺在多楔帶輪測量中的應(yīng)用研究

王伶俐 ，嚴 帥 ，瞿 方

（1.南通福樂達汽車配件有限公司 品質(zhì)部，江蘇 南通 226300；2.南通航運職業(yè)技術(shù)學院 機電系，江蘇 南通 226010）

0 引言

多楔帶是在平帶基體上附有若干等距縱向三角形楔的環(huán)形帶。多楔帶傳動具有傳動平穩(wěn)、驅(qū)動充足等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在汽車、紡織、化工、國防、家電和辦公機械等許多方面。在汽車發(fā)動機、空調(diào)、水泵及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于承受沖擊較大，應(yīng)用多楔帶傳動代替V帶或平帶傳動，優(yōu)點尤為突出。目前，我國多楔帶輪的設(shè)計和制造技術(shù)已取得很大發(fā)展。多楔帶輪的加工主要采用旋壓加工，這種加工方法耗材少，效率高，適合汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)。相對于多楔輪效率旋壓加工技術(shù)的發(fā)展，多楔輪檢測技術(shù)的發(fā)展顯得滯后。為了實現(xiàn)多楔輪快速準確測量，本文結(jié)合工作實踐，設(shè)計了一種高精度的光柵測量儀，以提高多楔帶輪的測量效率和測量精度。[1]

1 多楔帶輪的結(jié)構(gòu)

1.1 多楔帶輪型號

多楔帶輪的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。根據(jù)ISO9982標準的規(guī)定，多楔帶輪分為PH、PJ、PK、PL、PM等5種型號，其中PH型多楔帶輪主要用于辦公機械、儀表機械的傳動；PK型主要帶輪用于汽車內(nèi)的風扇、交流發(fā)電機、水泵等的傳動；PJ、PL、PM型主要帶輪則廣泛適用于一般工業(yè)的機械傳動中。[2]

圖1 多楔帶輪的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 帶輪截面尺寸

多楔帶與多楔帶輪的裝配示意圖如圖2所示。圖中dp為多楔帶輪的節(jié)圓直徑，該直徑為假想直徑，其位于多楔帶裝入多楔帶輪并適當張緊后的多楔帶中性層位置，圖中da為多楔帶輪的有效直徑，δe為有效線差。

圖2 多楔帶與多楔帶輪的裝配示意圖

在多楔帶傳動中，多楔帶的圓周速度大小取決于多楔帶輪的節(jié)圓直徑的大小，它們的關(guān)系如式（1）所示。

式中，V為多楔帶的圓周速度，單位為mm/s；dp1為小輪節(jié)圓直徑，單位為mm；n1為小輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

設(shè)計多楔帶輪時，往往先根據(jù)傳動的需求設(shè)定多楔帶圓周速度的大小，再根據(jù)式（1）求出小輪的節(jié)圓直徑，如式（2）所示，帶輪的有效直徑如式（3）所示。

式中，δe的取值如表1所示。

表1 有效線差δe的取值

2 多楔帶輪的加工與測量

2.1 多楔帶輪加工方法

多楔帶輪廣泛應(yīng)用于各類機械傳動設(shè)備。常規(guī)的加工方法是先由鑄造或鍛造形成毛坯件，再經(jīng)過車、鉆、磨、焊等加工工序成形。加工過程中產(chǎn)生大量切屑，易產(chǎn)生焊接缺陷，而且加工工時長、效率低。近年來，多楔帶輪采用凈成形技術(shù)，通過旋壓加工方法成形，加工過程僅產(chǎn)生少量邊角料，無需焊接，生產(chǎn)效率高。這種加工方法與傳統(tǒng)工藝相比，原材料節(jié)約70%，工時節(jié)省2/3以上，適合汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)，該項技術(shù)在國內(nèi)汽車帶輪行業(yè)發(fā)展迅速。

2.2 多楔輪的測量

由于多楔帶輪的節(jié)圓直徑是在帶輪楔角的區(qū)域中，無法用量具直接進行測量，因此在實際測量中是在輪槽內(nèi)放置兩個量棒，再采用游標卡尺或千分尺測出兩量棒間的直徑，如圖3所示。

圖3 多楔輪的常規(guī)測量方法示意圖

不同型號的多楔帶輪，在測量時要選用不同的測量棒，測量棒直徑的選擇見表2。

表2 測量棒直徑的取值

3 光柵尺在多楔帶輪測量中的應(yīng)用

常規(guī)測量方法可以測出多楔帶輪的有效直徑，但很難測出帶輪的圓度誤差，而多楔帶輪的圓度誤差是影響多楔帶轉(zhuǎn)動平穩(wěn)性的重要因素，因此多楔帶輪常規(guī)測量方法不利于多楔帶輪產(chǎn)品質(zhì)量的控制，而且這種測量方法效率低，誤差大。為了提高汽車用多楔帶輪的質(zhì)量，本文設(shè)計了基于光柵的多楔帶輪檢測儀，采用該檢測儀可以快速、精確完成多楔帶輪加工過程中的在線檢測，可及時發(fā)現(xiàn)加工中多楔輪的尺寸及形狀的變化，為機床和刀具的調(diào)整提供依椐。[3]

3.1 光柵尺在多楔帶輪測量中的應(yīng)用

（1）多楔帶輪光柵檢測量儀的結(jié)構(gòu)。多楔帶輪光柵檢測量儀由滑座、直線軸、卡尺板、測軸、基準板、數(shù)顯表、滑輪、牽引繩、重錘、基準板、光柵尺體、光柵尺傳感器及平臺等零件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 光柵檢測量儀1.滑座；2.直線軸；3.卡尺板；4.測軸；5.基準板；6.數(shù)顯表；7.滑輪；8.牽引繩；9.重錘；10.基準板；11.光柵尺體；12.光柵尺傳感器；13.平臺

在多楔帶輪光柵檢測量儀中，零件卡尺板、基準板、測軸是成對的，分別組成單元A和單元B，其中單元A裝配在滑座上，并可隨滑座沿著直線軸作直線運動，其功能如同游標卡尺的游標部分，而單元B固定不動，其功能如同游標卡尺的尺身部分。光柵尺體安裝在平臺下部，光柵尺中的傳感器連接在滑座上，可隨滑座一起作直線運動，傳感器上的數(shù)據(jù)線連接在數(shù)顯表上。重錘通過牽引繩與滑座相連。

（2）多楔帶輪光柵檢測量儀的測量原理。測量時，將多楔帶輪放在單元A與單元B的測軸間，在重錘的重力作用下，牽引繩帶動滑座作直線運動，直到兩測軸與輪槽完全接觸，由于光柵尺中的傳感器連接在滑座上，傳感器上的數(shù)據(jù)線連接在數(shù)顯表上，當傳感器隨滑座一起作直線運動，數(shù)顯表就直接顯示出傳感器移動的距離，從而實現(xiàn)多楔帶輪的在線測量。

（3）基于光柵檢測量儀的多楔帶輪測量過程。測量前，首先需要校零點。用基準板10作為測量的基準，將2-φ2.5標準銷靠緊，手動打開傳感器，考慮到標準銷的直徑，將傳感器數(shù)值設(shè)置為5.000，這樣完成測量前校零點，如圖5所示。

多楔帶輪的在線測量過程為：將多楔帶輪放在單元A與單元B的測軸間，放下重錘，在重錘的作用下，兩測軸與輪槽完全接觸，此時傳感器的值d1即為多楔帶輪的有效直徑。將多楔帶輪旋轉(zhuǎn)，按上述方法，測出多楔帶輪不同方位的有效直徑d2、d3，根據(jù)d1、d2、d3就可計算出多楔帶輪的圓度誤差，如圖6所示。

3.2 基于光柵的多楔帶輪檢測優(yōu)點

圖5 測量前校零

圖6 多楔帶輪在線測量

（1）測量精度高、范圍廣。光柵尺技術(shù)在我國發(fā)展很快，它的量程寬可達30-100 000mm，分辨率可達0.5-5μm，所以應(yīng)用光柵檢測量儀測量多楔帶輪，其測量范圍和測量精度完全可以滿足多楔帶輪的設(shè)計要求。

（2）測量穩(wěn)定、快捷。多楔帶輪常規(guī)測量方式中，操作者既要操作百分尺或卡尺，同時又要放置測棒，操作起來很不方便，穩(wěn)定性差，而且測量耗時、效率低?；诠鈻诺亩嘈◣л啘y量中，利用重錘帶動滑座將工件自動卡緊，由于重錘自重力是小于單元A（游標）的總重量，所以單元A作直線運動的結(jié)構(gòu)無論采用直線軸承還是直線導軌，均不會有上浮或平動趨勢，這樣就保證了重復測量的穩(wěn)定性。采用常規(guī)測量方式測量一個工件需用30秒，而用光柵檢測儀測量一個工件只需3-5秒，而且光柵檢測儀中測軸裝配方便，當所加工的帶型號變化時，只需更換不同直徑的測軸，就可以進行新產(chǎn)品的測量。因此，基于光柵的多楔帶輪測量大大提高了測量效率。

（3）利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。光柵檢測儀中數(shù)顯表的數(shù)據(jù)接口可與計算機數(shù)據(jù)接口直接相連，這樣利于零件檢測結(jié)果的保存，便于進行產(chǎn)品質(zhì)量的分析，并根據(jù)檢測結(jié)果對機床和刀具進行調(diào)整，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語

基于光柵的多楔帶輪檢測綜合應(yīng)用了機械測量技術(shù)和光柵技術(shù)，實踐證明基于光柵的多楔輪檢測方法可以準確測量出多楔輪的尺寸誤差、形狀誤差，可實現(xiàn)在線測量、提高多楔帶輪的檢測效率，可以為汽車發(fā)動機多楔帶輪的機械加工及時提供加工修正參數(shù)。從而提高多楔帶輪加工質(zhì)量，其對提高多楔帶壽命和汽車發(fā)動機工作的平穩(wěn)性具有積極意義。

[1]吳昕.多楔帶輪系的布置、計算和壽命分析[J].汽車技術(shù),1997(2):5-11.

[2]曹助家,秦書安.多楔帶輪輪槽尺寸的剖析[J].兵工學報,1996(2):150-153.

[3]吳志成,金偉明,王建平.基于 PLC的汽車多楔帶測量機的設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機，2008(7)：41-42.