王素粉

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽472000）

0 引言

跳動(dòng)公差是按特別的測量方法定義的位置公差，其中包括圓跳動(dòng)和全跳動(dòng)，圓跳動(dòng)是指實(shí)際被測要素在無軸向移動(dòng)的條件下繞基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)一周過程中，由位置固定的指示表在給定的測量方向上對(duì)該實(shí)際被測要素測得的最大與最小示值之差。全跳動(dòng)是被測圓柱面繞公共基準(zhǔn)軸線連續(xù)旋轉(zhuǎn)，指示表與工件在平行與該公共基準(zhǔn)軸線的方向作軸向相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)被測圓柱面上各點(diǎn)的示值中最大值與最小值不得大于一個(gè)要求公差值，其中全跳動(dòng)反映被測圓柱面相對(duì)于基準(zhǔn)半徑的變化還反映了軸線的彎曲誤差，目前能夠自動(dòng)測量軸類零件的全跳動(dòng)測量儀非常欠缺，本文通過分析，研究出了能夠自動(dòng)測量軸類零件的全跳動(dòng)測量儀，解決的生產(chǎn)及檢測當(dāng)中實(shí)際問題，此儀器的設(shè)計(jì)具有很重要的意義。

1 設(shè)計(jì)方案的確定

本方案的結(jié)構(gòu)軸類似軸類零件偏擺測量儀機(jī)構(gòu)。即：頂尖和夾持機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被測件（軸類零件）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不傳感器及整個(gè)測量機(jī)構(gòu)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。適合于一定范圍內(nèi)檢測軸類零件的全跳動(dòng)誤差，均采用電動(dòng)方式。主要結(jié)構(gòu)主要包括：頭架部分的設(shè)計(jì)、底座部分的設(shè)計(jì)及傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)。具體結(jié)構(gòu)圖如下：

2 整體設(shè)計(jì)過程

本測量儀的頭架部分選用的是一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)，功率比較小，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)利用雙聯(lián)滑移齒輪進(jìn)行高、低速變換，帶動(dòng)被測量工件的回轉(zhuǎn)；測量儀的底座部分也采用一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)的是測量儀的絲杠螺母的傳動(dòng)，最終帶動(dòng)測量儀表做直線移動(dòng)。測量儀的尾座部分，測量結(jié)果利用位移傳感器代替指示表顯示，對(duì)測量儀在在進(jìn)行測量總共的跳動(dòng)誤差進(jìn)行連續(xù)采樣。

圖1 測量儀方案結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Measuring instrument scheme structure diagram

2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇

本儀器電動(dòng)機(jī)的選擇按以下方法計(jì)算：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算成功率來選者電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式：

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步距角：

電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：

電動(dòng)機(jī)的輸出功率：

則電動(dòng)機(jī)的額定功率為：

所以：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和目前提供的電機(jī)型號(hào)，考慮到留有一定的余量，選擇低速電機(jī)型號(hào)為60TDY060S4－2功率為40w，轉(zhuǎn)速為60r/min.

2.2 傳動(dòng)箱齒輪的設(shè)計(jì)

首先根據(jù)齒輪傳動(dòng)比公式進(jìn)行傳動(dòng)比的計(jì)算與分配，選擇合適的傳動(dòng)比，再根據(jù)彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力、接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式對(duì)所選擇的齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，在滿足強(qiáng)度要求得范圍內(nèi)最后再進(jìn)行傳動(dòng)比分配，從而選擇出合適的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)確定。

傳動(dòng)比計(jì)算公式：

彎曲應(yīng)力公式為：

接觸應(yīng)力公式為：

接觸疲勞強(qiáng)度：

根據(jù)以上分析及計(jì)算最后得出所設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)部分的齒輪分配情況如表1所示：

2.3 絲杠螺母的設(shè)計(jì)

測量機(jī)構(gòu)可以在測量體上固定，實(shí)現(xiàn)軸類零件的徑向跳動(dòng)，也可以沿著測量體實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全跳動(dòng)的測量。當(dāng)測量機(jī)構(gòu)在沿著縱向做全跳動(dòng)測量的時(shí)候，必須要求傳動(dòng)平穩(wěn)及較高的傳動(dòng)精度，即采用可調(diào)整間隙螺母的螺旋傳動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)計(jì)算：絲杠選擇Tr20×4－7H/7e型，參數(shù)為d＝20，p＝4，d2＝18，D4＝20.5，d3＝15.5，D1＝16的梯形螺紋，中等精度，螺母寬度H＝35mm，螺紋 圈數(shù)n＝8.75圈。

表1 齒輪分配情況Table1 Gear distribute condition

2.4 間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)

測量部件底座與絲杠螺母之間加調(diào)整墊圈，采用四個(gè)沉頭孔的螺栓連接，在保證壓緊力均勻穩(wěn)定的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)絲杠與絲杠螺母間的間隙調(diào)整。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，調(diào)整間隙時(shí)需卸下調(diào)整墊片修磨，為了裝卸方便，將調(diào)整墊片做成半方形。

2.5 測量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 測量機(jī)構(gòu)Fig.2 Measurment mechanism

測量機(jī)構(gòu)采用立柱式支臂測量機(jī)構(gòu)，且保持垂直度要求在允差范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)支臂可對(duì)側(cè)頭與被測工件之間的垂直度進(jìn)行調(diào)整，還帶有鎖緊機(jī)構(gòu)。通過調(diào)整支臂摩擦輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，來調(diào)整側(cè)頭在X方向的移動(dòng)能夠使側(cè)頭與被測件之間實(shí)現(xiàn)更好的接觸。通過調(diào)節(jié)彈簧鐵的位置實(shí)現(xiàn)軸向全跳動(dòng)的自動(dòng)化測量和端面全跳動(dòng)的半自動(dòng)化測量的功能變換。本檢測儀是為測量跳動(dòng)公差等級(jí)為3～6級(jí)、直徑為準(zhǔn)10～準(zhǔn)300mm的工件而設(shè)計(jì)的，允許的跳動(dòng)誤差為0.02～0.15μm?？紤]到測量時(shí)工件和傳感器分別作勻低速轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)，振動(dòng)較輕，根據(jù)傳感器選擇的一般原則，選擇動(dòng)態(tài)分辨率為0.13～0.15μm的接觸式位移傳感器傳感器，即測量頭直接與被測件的被測表面接觸，被測參數(shù)的變化，直接反映在量桿的移動(dòng)量上，然后通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量。

4 結(jié)論

軸類零件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和測量機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)分別由一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)減速裝置來控制，且根據(jù)被測件的尺寸大小分別可提供高、低雙速運(yùn)轉(zhuǎn)。由此可見整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)共有四種匹配的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，擴(kuò)大了被檢測零件尺寸的范圍，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和半自動(dòng)化（徑向全跳動(dòng)采用自動(dòng)化方式，端面全跳動(dòng)采用半自動(dòng)化方式），便于操作控制，提高了檢測的效率。同時(shí)避免了往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中的爬行現(xiàn)象出現(xiàn)，提高了檢測的精度。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用了間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于生產(chǎn)制造。

［1］ 曾國華，常治斌，孔令博.4102型柴油機(jī)凸輪軸螺旋齒輪徑向綜合誤差檢測［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（4）：5－7.

［2］ 吳鴻鈞.齒輪雙面老嚙合檢查儀的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.汽車工藝與材料，2001（3）：43.

［3］ 李久立，矯培山，岳明君，等.車輪半自動(dòng)徑、軸跳動(dòng)諧波檢測儀的研制［J］.現(xiàn)代計(jì)量檢測，1995（5）：21－24.

［4］ 夏水華，王曉青，雷才洪.高精度齒輪綜合誤差檢測儀的設(shè)計(jì)［J］.儀器與儀表，2002（5）：19－23.

［5］ 呂孟軍，郭琪，王洲偉.飛機(jī)耗量系統(tǒng)檢查儀研制［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005（3）：42－43.

［6］ 楊玉春，趙殿濱，苑惠娟.智能型齒輪雙面嚙合綜合檢查儀的研制［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，6（3）：13－15.