工程機(jī)械裝配偏角誤差分析方法研究

張 慧，于文強(qiáng)，蔡言鋒

（盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 盤錦 124000）

1 工程機(jī)械裝配偏角誤差分析方法

工程機(jī)械在裝配過程中，受各種外界因素的影響，會(huì)產(chǎn)生一定的裝配偏角，此次提出將編碼器應(yīng)用到工程機(jī)械裝配偏角誤差分析中，形成一種具有較低收斂度的工程機(jī)械裝配誤差分析方法。首先利用編碼器的光柵掃描功能測(cè)量工程機(jī)械裝配數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量到的光信號(hào)數(shù)據(jù)帶入到色散方程中，求出工程機(jī)械裝配偏角，以此實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程機(jī)械裝配偏角誤差分析。

1.1 確定工程機(jī)械裝配偏角

工程機(jī)械裝配的精度是受眾多復(fù)雜因素共同影響的，其中包括機(jī)械各部件的尺寸誤差、機(jī)械安裝偏心誤差、機(jī)械傾角回轉(zhuǎn)誤差、裝配工具誤差等。在工程機(jī)械軸系的安裝過程中，受到各種外界因素影響產(chǎn)生裝配運(yùn)動(dòng)誤差，其誤差形式主要以偏角誤差為主，并且工程機(jī)械裝配偏角誤差成非線性特征，具有一定的分析難度，所以此次結(jié)合工程機(jī)械裝配誤差分析需求，利用編碼器對(duì)工程機(jī)械裝配偏角進(jìn)行誤差分析[1]。編碼器具有高精度的光柵刻優(yōu)點(diǎn)，將編碼器作為工程機(jī)械裝配偏角測(cè)量工具，其測(cè)量表現(xiàn)主要以光柵做圓周運(yùn)動(dòng)為主。首先將編碼器的掃描光柵和基本光柵的柵距設(shè)置成為相同數(shù)值，具體參數(shù)要根據(jù)工程機(jī)械的軸系特征[2]。將掃描光柵和基本光柵保持一定的夾角，利用光學(xué)的窄縫效應(yīng)，當(dāng)編碼器對(duì)工程機(jī)械裝配夾角進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)形成移動(dòng)的莫爾條紋，通過編碼器光電池對(duì)莫爾條紋進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，使光線轉(zhuǎn)化為正弦的光電信號(hào)，且得到的掃描信號(hào)沒有高次諧波，將其進(jìn)行高倍頻細(xì)分，從而形成周期很小、分辨率較高的輸出信號(hào)，以此完成了對(duì)工程機(jī)械裝配偏角的確定。

1.2 色散方程計(jì)算裝配誤差偏角

根據(jù)編碼器測(cè)量到的工程機(jī)械裝配偏角光信號(hào)，運(yùn)用色散方程求出工程機(jī)械裝配偏角，其計(jì)算方程式如下所示：

公式（1）中，a為光柵的晶體常量；b為編碼器吸收能帶有關(guān)常量；c為光柵媒質(zhì)的吸收波長(zhǎng)；d為光信號(hào)波長(zhǎng)修正項(xiàng)；λ代表工程機(jī)械裝配常量，通常情況下λ取值1330nm。

1.3 裝配誤差偏角與合理偏角對(duì)比分析

然后對(duì)編碼器測(cè)量到的每一個(gè)光柵面進(jìn)行光學(xué)計(jì)算，計(jì)算公式為：

公式（2）中，θ1為1光在各個(gè)水平線的夾角；θ2為2光在各面與水平線的夾角；L為水平上的距離；d為入射點(diǎn)到編碼器光軸的距離。當(dāng)正向通光時(shí)，出光光線與編碼器光軸的夾角為：

然后將其與工程機(jī)械裝配合理偏角進(jìn)行比較，以此可以計(jì)算出工程機(jī)械裝配偏角誤差的大小，為裝配偏角調(diào)整提供準(zhǔn)確依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)

此次根據(jù)工程機(jī)械裝配偏角誤差分析要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)分析方法，為了證明設(shè)計(jì)的方法是否能夠?qū)崿F(xiàn)工程機(jī)械裝配偏角誤差分析，設(shè)計(jì)一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比對(duì)象對(duì)傳統(tǒng)分析方法。此次實(shí)驗(yàn)通過仿真生成一條工程機(jī)械裝配運(yùn)動(dòng)軌跡，下表為此次實(shí)驗(yàn)仿真參數(shù)表。

表1 實(shí)驗(yàn)仿真參數(shù)設(shè)置表

此次實(shí)驗(yàn)分別運(yùn)用兩種分析方法對(duì)工程機(jī)械裝配偏角誤差進(jìn)行10次分析，運(yùn)用仿真軟件隨機(jī)生成10條工程機(jī)械裝配運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)比兩種分析方法的收斂度。下圖為此次實(shí)驗(yàn)兩種方法收斂度測(cè)試圖。

從圖中可以看出，兩種分析方法剛開始收斂度值不穩(wěn)定，是由于各項(xiàng)裝配參數(shù)初始值具有較高的不確定性，隨著分析次數(shù)的增加，兩種方法收斂度趨于穩(wěn)定，但是此次設(shè)計(jì)的方法比傳統(tǒng)方法收斂度小將近0.02，傳統(tǒng)方法收斂度值穩(wěn)定在0.03，而此次設(shè)計(jì)的方法收斂度值穩(wěn)定在0.01，所以實(shí)驗(yàn)證明了此次提出的方法具有較低的收斂度，可以較好的滿足工程機(jī)械裝配偏角誤差分析需求。

圖1 兩種方法收斂度測(cè)試圖

3 結(jié)語(yǔ)

此次利用光學(xué)原理，將工程機(jī)械裝配過程中產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行分析，形成一種工程機(jī)械裝配偏角誤差分析方法。由于研究時(shí)間及個(gè)人能力有限，雖然此次在工程機(jī)械裝配偏角誤差分析方法研究中取得了一定的研究成果，但是由于該方法未經(jīng)過大量實(shí)踐操作，可能還存在一些不足之處，還需要在今后實(shí)際操作過程中對(duì)其進(jìn)行不斷完善和優(yōu)化，以此為工程機(jī)械裝配提供合理的指導(dǎo)，體現(xiàn)出該方法的應(yīng)用價(jià)值。