一種齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)

楊有松+劉志超+張海馨+李曉奇+劉喆+孫琪

摘 要：重點(diǎn)介紹了智能型齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以完全替代傳統(tǒng)的手動(dòng)記錄，大幅提高實(shí)驗(yàn)效率和測(cè)量精度，對(duì)實(shí)現(xiàn)齒輪測(cè)量?jī)x器的自動(dòng)化具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：齒輪；測(cè)量?jī)x器；跳動(dòng)誤差；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TG839 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.094

齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差是指在被測(cè)齒輪一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，測(cè)量?jī)x的測(cè)頭在齒槽內(nèi)與齒高中部雙面接觸時(shí)相對(duì)于齒輪基準(zhǔn)軸線的最大變動(dòng)量。它是齒輪誤差測(cè)量中的一個(gè)重要參量，主要用來(lái)評(píng)定由齒輪幾何偏心所引起的徑向誤差。很顯然，齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差過(guò)大會(huì)對(duì)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)精度等造成很大的影響。只有通過(guò)精確、高效的測(cè)量，才能判斷齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差是否在合理的范圍內(nèi)，從而保證齒輪的正常、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 傳統(tǒng)的齒輪跳動(dòng)檢查儀

圖1所示為傳統(tǒng)齒輪跳動(dòng)檢查儀的結(jié)構(gòu)。

通常，齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差的測(cè)量是在齒輪跳動(dòng)檢查儀上進(jìn)行。測(cè)量時(shí)，將被測(cè)齒輪用心軸安裝在兩頂尖架的頂尖之間（被測(cè)齒輪軸則直接安裝在兩頂尖間），用心軸軸線模擬該齒輪的基準(zhǔn)軸線，使測(cè)頭在齒槽內(nèi)與齒高中部雙面接觸。測(cè)頭有球形和錐形等幾種形式，其大小應(yīng)與被測(cè)齒輪的模數(shù)相協(xié)調(diào)，以保證在齒高中部雙面接觸。球形或錐形測(cè)頭安裝于指示表的測(cè)桿上，用于逐齒測(cè)量其相對(duì)于齒輪基準(zhǔn)軸線的變動(dòng)量，所得的最大值與最小值之差即為齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差。

雖然用上述方法測(cè)量齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差是可行的，但測(cè)量時(shí)和測(cè)量后的工作相當(dāng)煩瑣，且對(duì)測(cè)量人員的專業(yè)知識(shí)要求很高，即使是由一名技術(shù)熟練的測(cè)量人員去逐齒測(cè)量，之后借助計(jì)算機(jī)來(lái)分析、處理這些測(cè)量數(shù)據(jù)，也未能有效減少測(cè)量人員的工作量。

與之類似的測(cè)量方法均為手動(dòng)測(cè)量，因此，無(wú)論是基準(zhǔn)軸線的校準(zhǔn)、齒輪的測(cè)量，還是測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和分析，均為人工操作。這就會(huì)帶來(lái)以下兩個(gè)問(wèn)題：①測(cè)量效率低。測(cè)量時(shí)，需要逐齒測(cè)量，一一記錄所得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，這就大大增加了測(cè)量的時(shí)間。②測(cè)量精度低。由于整個(gè)測(cè)量過(guò)程均為手動(dòng)操作，測(cè)量基準(zhǔn)、被測(cè)齒輪和測(cè)量?jī)x表因受到不同的外力作用而出現(xiàn)微小移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量精度下降。

2 智能型齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x

考慮到用齒輪跳動(dòng)檢查儀測(cè)量齒輪齒圈徑向跳動(dòng)誤差的缺陷，我們對(duì)該檢查儀進(jìn)行了智能化改造，設(shè)計(jì)并研發(fā)了一種智能型齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x。

2.1 改進(jìn)儀表測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)方式

為了提高測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度和自動(dòng)化程度，我們重新對(duì)傳統(tǒng)的齒輪跳動(dòng)檢查儀進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)一系列的機(jī)械改造，提高了儀表測(cè)頭的上下運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)，有效控制了其左右偏擺，從而使誤差測(cè)量精度得到大幅度的提高。圖2所示為儀表座三維設(shè)計(jì)。

2.2 選擇高精度測(cè)量?jī)x表和測(cè)頭

為了提高測(cè)量精度，我們用高精度數(shù)顯千分表代替了原來(lái)的百分表，使測(cè)量精度由原來(lái)的0.01提升到0.001.同時(shí)，數(shù)顯千分表具有數(shù)據(jù)采集功能，并可以對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，這樣可以很方便地將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化。另外，我們還用鎢鋼球形測(cè)頭代替了原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)頭，這樣可以更精確地采集齒圈徑向跳動(dòng)數(shù)據(jù)。

2.3 選用便捷的數(shù)據(jù)采集接口

對(duì)于數(shù)據(jù)采集接口，我們選用了市場(chǎng)上通用的 USB接口，這樣可迅速將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。

2.4 數(shù)據(jù)采集和分析軟件

根據(jù)實(shí)際需要，我們開發(fā)了配套的數(shù)據(jù)分析軟件。在設(shè)計(jì)上，數(shù)據(jù)分析軟件采用簡(jiǎn)單的界面，從而將測(cè)量數(shù)據(jù)直觀地反映出來(lái)。該數(shù)據(jù)采集和分析軟件具有以下特點(diǎn)：①可以自動(dòng)采集測(cè)量數(shù)據(jù)，精度高、效率高，無(wú)人為誤差；②安裝、操作方便，參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)潔、直觀；③既可以手動(dòng)保存測(cè)量數(shù)據(jù)，也可以自動(dòng)保存；④可以按照參數(shù)設(shè)定的自動(dòng)采集時(shí)間記錄數(shù)據(jù)，且在記錄過(guò)程中可以很方便地停止采集，也可以清除當(dāng)前記錄的所有數(shù)據(jù)；⑤可以將數(shù)據(jù)保存于Excel格式的文件中，待進(jìn)一步處理。實(shí)驗(yàn)證明，數(shù)據(jù)采集和分析軟件可以大幅提高測(cè)量效率和測(cè)量精度。

2.5 儀器測(cè)量精度分析

為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，我們重新對(duì)儀表座進(jìn)行了設(shè)計(jì)，且對(duì)測(cè)量程序進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，所得結(jié)果較為理想，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

2.6 應(yīng)用前景

智能型齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x主要用于測(cè)量各種圓柱齒輪的齒圈徑向跳動(dòng)誤差，適用于機(jī)械制造、齒輪加工行業(yè)的車間現(xiàn)場(chǎng)及檢查站，也可作為各類工科院校機(jī)械相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的齒輪跳動(dòng)檢查儀進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了齒輪測(cè)量?jī)x器的自動(dòng)化。實(shí)驗(yàn)表明，利用智能型齒圈徑向跳動(dòng)測(cè)量?jī)x進(jìn)行誤差測(cè)量是可行的，且能夠在很大程度上降低測(cè)量誤差。

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〔編輯：劉曉芳〕