楊杰敏，陳遠(yuǎn)江，劉重發(fā)，張鄭

（武漢軍械士官學(xué)校，武漢 430075）

1 中心線校正中存在的問題

傳遞動力的兩機(jī)件的軸，一般都以不同形式的聯(lián)軸器將兩軸聯(lián)接起來傳遞動力。履帶式自行火炮傳動裝置都是采用膜片式彈性聯(lián)軸器將兩根軸聯(lián)結(jié)起來的。兩軸聯(lián)接時要求兩軸心線同心。但由于制造和安裝誤差的存在，都不能保證兩軸心線同心。不同心度愈大，軸承受附加負(fù)荷就愈大，工作時，使軸承、齒輪、聯(lián)軸器受力不均，磨損加劇，溫度增高，傳動效率下降，機(jī)件振動加劇。

目前在自行火炮傳動裝置中心線校正過程中主要存在下列問題：1）測量過程復(fù)雜，需要進(jìn)行多次重復(fù)測量，校正時間長；2）測量精度低，誤差在±1 mm；3）計算工作量大，不準(zhǔn)確，有一定的隨意性。4）工作量大，操作不規(guī)范，受人為因素影響大。如在進(jìn)行某型號自行火炮中心線校正方法是：首先將專用卡具分別安裝在兩個測量部件上，在上、下、左、右分別找四點(diǎn)利用塞尺測出徑向間隙和端面間隙值，再用上、下和左、右數(shù)值分別相減即得出所需增減調(diào)整墊的厚度。

2 技術(shù)方案

2.1 以現(xiàn)裝備為基礎(chǔ)，根據(jù)傳動裝置中心線校正原理，用規(guī)范化的傳動裝置中心線校正程序和手段，實現(xiàn)自行火炮傳動裝置中心線偏移量自動顯示校正功能。

2.2 方案采用機(jī)、電、和傳感器相結(jié)合的方式，校正數(shù)據(jù)的提取由數(shù)碼直線位移傳感器完成，控制部分由電氣系統(tǒng)實現(xiàn)。

2.3 設(shè)計專用傳感器卡具，設(shè)計定位結(jié)構(gòu)，分件組合安裝，剛性好，不變形，定位準(zhǔn)確，易保證測量精度。

2.4 以數(shù)碼直線位移傳感器為數(shù)據(jù)提取的前端器件，測量精度高，速度快，安裝后人員操作不受測量空間限制。

2.5 以DSP芯片為處理核心的集成化數(shù)字電路設(shè)計，體積小，重量輕，實現(xiàn)自動測量和顯示，運(yùn)算速度快，程控測量，測量結(jié)果直觀可見。

2.6 為確保整個儀器系統(tǒng)適應(yīng)不同使用及修理人員的訓(xùn)練、維修中操作簡便的要求，儀器采用了手持式液晶顯示，分布式數(shù)據(jù)提取方式，能直接顯示測量位置所需加減調(diào)整墊的弧度，并加金屬外殼，使儀器可靠性大大加強(qiáng)，抗干擾能力增強(qiáng)，便于攜帶。

3 設(shè)計與原理

3.1 數(shù)學(xué)模型的建立

3.1.1 建立發(fā)動機(jī)與傳動箱之間中心線校正數(shù)學(xué)模型

發(fā)動機(jī)和傳動箱通過聯(lián)軸器連接后，兩軸中心線位置相對偏差分四種，即在上、下、左、右位置上的徑向位移和角位移，如圖1所示。其中，如甲軸（傳動箱軸線）為基準(zhǔn)，Y偏差和Z偏差為乙軸（發(fā)動機(jī)曲軸端軸線）相對甲軸的徑向位移（徑向偏差）；α角和β角為乙軸相對甲軸的角位移（端面偏差）。偏差值可通過安裝在軸端的校正工具測量。兩軸中心線徑向位移用徑向偏差表示，兩軸中心線角位移用兩軸的端面偏差表示，如圖2和圖3所示。

上徑間隙為JS，下徑間隙為JX，H為兩軸間距，為使兩軸線重合，可使乙軸升高或降低H距離，也就是增加或減少乙軸調(diào)整墊厚度為H。計算后，H為正值則表示應(yīng)加墊，H為負(fù)值則表示應(yīng)減墊。

如圖3所示，L為乙軸兩端固定腳的距離，M為乙軸最前固定腳距測量端面的距離，R為從乙軸中心線至測量徑向基準(zhǔn)的距離，DS為上兩端面的間距，DX為下兩端面的間距，DD′為乙軸頭墊數(shù)據(jù)，CC′為乙軸尾墊數(shù)據(jù)，DC為乙軸兩端固定腳距離。由圖可知，如果兩軸線僅存在角位移，有以下公式：

圖1 兩軸線在空間的相對位置

圖2 徑向偏差

圖3 乙軸傾斜時的端面偏差

由于安裝維修過程中，兩軸線可能同時存在角位移和徑向位移，因此，實際校正時，應(yīng)將公式（1）、（2）、（3）合并，得到以下公式：

在實際校正過程中，將傳感器夾具固定在發(fā)動機(jī)曲軸端膜片聯(lián)軸器外圓螺紋孔中，將帶校正基準(zhǔn)的卡具測量基準(zhǔn)面裝在傳動箱主動連接齒輪的連接盤上，按中心線要求測量上、下、左、右四點(diǎn)的徑向間隙和端面間隙。公式（4）、（5）中的JX、JS、DS、DX、M、R、L七個數(shù)據(jù)中，JX、JS、DS、DX在測量時可轉(zhuǎn)化為校正儀卡具測量基準(zhǔn)面的徑向和端面上、下間隙，將測量卡具按上述要求裝好后，這四個數(shù)據(jù)即可測出。而對于自行火炮底盤，M、R、L三個數(shù)值是固定的，代入公式后，可得到自行火炮傳動裝置發(fā)動機(jī)與傳動箱中心線校正算法模型。

由上、下兩點(diǎn)測量出的徑向、端面間隙值利用公式計算得出發(fā)動機(jī)頭部、尾部所加減調(diào)整墊的厚度，由左、右兩點(diǎn)測量出的徑向、端面間隙值利用公式計算得出發(fā)動左右移動距離。

自行火炮發(fā)動機(jī)與傳動箱中心線校正數(shù)學(xué)模型如下：

（注：頭墊指發(fā)動機(jī)頭部端面下調(diào)整墊的厚度，尾墊指發(fā)動機(jī)尾部端面下調(diào)整墊的厚度，頭移指發(fā)動機(jī)頭部向左后向右所移動的距離，尾移指發(fā)動機(jī)尾部向左后向右所移動的距離。）

3.1.2 建立傳動箱和變速箱之間中心線校正數(shù)學(xué)模型

將傳感器和測量基準(zhǔn)面分別裝在主離合器與傳動箱的被動聯(lián)接齒輪上，通過測量JQ、JH、DQ、DH、JS、JX的間隙，計算出它們間隙之差，即可得到調(diào)整墊厚度。數(shù)學(xué)模型為：

若上述之差不合條件，則增減變速箱前支架的調(diào)理墊進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整墊不多于4片。

3.1.3 建立行星轉(zhuǎn)向機(jī)和變速箱側(cè)支架之間中心線校正數(shù)學(xué)模型

將帶傳感器的夾具裝在行星轉(zhuǎn)向機(jī)連接盤上，變速箱側(cè)支架按原來位置裝好，在側(cè)支架蓋下加墊片，調(diào)圓支架孔（與變速箱軸承固定套外徑一致），擰緊固定螺栓，通過測量JS、JX、JQ、JH的間隙，計算出它們的間隙之差，即可得到調(diào)整墊厚度。數(shù)學(xué)模型為：

SX=|JS-JX|＜1mm

若不合條件，增減支架下的調(diào)整墊(不多于2片)；

QH=|JQ-JH|＜1mm

若不合條件，改變支座的定位銷孔。

3.2 硬件設(shè)計

中心線校正測量裝置如圖4所示。用戶通過鍵盤將命令輸入DSP芯片，請求處理；DSP按照用戶的要求控制傳感器和液晶顯示屏。傳感器接收到采樣命令后將采集到的位移信號經(jīng)過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換處理，通過串口與DSP通信。液晶顯示屏則將處理好的數(shù)據(jù)顯示出來讓用戶取得信息。

圖4 裝置原理框圖

3.2.1 傳感器的選定

傳統(tǒng)校正方法中，使用專用卡具和塞尺測量，完全手工操作，誤差大、操作復(fù)雜、準(zhǔn)確度和自動化水平低。針對修理中的實際情況，本設(shè)計中，綜合了體積、重量、維護(hù)性、可靠性等要求，最終采用了HY-65010R數(shù)碼直線位移傳感器，該傳感器通過一個 MAX485模塊，可直接與DSP芯片的串口模塊相連。該傳感器強(qiáng)度高、耐高溫、耐壓、耐油、耐水、耐腐蝕?？紤]到實際測量數(shù)據(jù)范圍及體積影響，有效測量距離設(shè)計為10 mm，測量精度0.01 mm，滿足中心線校正要求。

3.2.2 傳感器夾具設(shè)計

由于自行火炮傳動裝置部件連接結(jié)構(gòu)相同，對于不同自行火炮測量中可使用同一套傳感器夾具。在使用中，先將帶校正基準(zhǔn)的卡具測量基準(zhǔn)面裝在基準(zhǔn)軸上，再將傳感器夾具固定在被測部件軸上，兩傳感器固定在傳感器夾具中，使兩傳感器對準(zhǔn)測量基準(zhǔn)面的端平面，并使傳感器的觸頭壓入一半。

3.2.3 電路設(shè)計

為了簡化電路，全部電路采用模塊化設(shè)計思想。調(diào)試環(huán)節(jié)少，連接方便簡單。整個電路包括兩個部分，一個是以 DSP為核心的功能實現(xiàn)模塊，一個是將交流電轉(zhuǎn)化為直流穩(wěn)壓12 V、5 V、3.3 V的電源模塊。為了保證測量的實時性及儀器的穩(wěn)定性，采用了功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度高、程序可擴(kuò)展性強(qiáng)的DSP芯片TMS320LF2407A來完成整個系統(tǒng)的控制及信號處理功能。儀器涉及到的外圍設(shè)備有：液晶顯示屏、鍵盤陣列、傳感器。液晶和鍵盤陣列是組成人機(jī)交互界面的重要組成部分，鍵盤用于將用戶的命令要求輸入DSP請求處理，而液晶則將處理好的數(shù)據(jù)顯示出來讓用戶取得信息。液晶模塊內(nèi)置處理芯片，只需利用2407的普通I/O進(jìn)行控制，即能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，其標(biāo)準(zhǔn)用戶硬件接口采用簡單的 REQ/BUSY握手協(xié)議來完成。鍵盤陣列用 8279芯片進(jìn)行了擴(kuò)展，節(jié)省了DSP的通用I/O口，其利用中斷響應(yīng)來完成鍵盤的輸入命令響應(yīng)和讀值。傳感器的采樣、數(shù)據(jù)的計算等都是鍵盤中斷的服務(wù)子程序。為了配合傳感器的使用，采用了485的串口標(biāo)準(zhǔn)，使DSP的串口通信模塊與傳感器通信。

3.3 軟件設(shè)計

由于程序的編制和運(yùn)行關(guān)系到測量精確度和易操作性，設(shè)計中，為使操作者準(zhǔn)確掌握測量過程，程序?qū)⒚坎綔y量計算所得數(shù)據(jù)如JS、JX、DS、DX等顯示出來，最后給出經(jīng)計算得出的被測部件頭、尾分別應(yīng)增減調(diào)整墊厚度和前后移動距離。該儀器的程序框圖見圖5。

圖5 程序框圖

4 使用情況

中心線校正裝置經(jīng)試驗和部隊使用，具有安裝方便、操作簡單、工作可靠、精度高、造價低、車間、野外均可用，校正結(jié)果超過了修理規(guī)范對技術(shù)指標(biāo)要求，具有以下特點(diǎn)：

1）HY-65010R數(shù)碼直線位移傳感器精度高、體積小、功耗低；傳感器夾具設(shè)計合理，外形美觀，調(diào)整方便。

2）采用外接220 V交流電經(jīng)內(nèi)置電源模塊轉(zhuǎn)換為12 V、5 V、3.3 V的供電，安全可靠，電源紋波系數(shù)小，電源穩(wěn)定可靠，發(fā)熱量小，具有一定的短路保護(hù)功能。

3）采用 DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，液晶顯示計算結(jié)果，直接輸出測量部位增加或減少調(diào)整墊的厚度，測量精度＜0.1 mm。

4）外殼采用金屬噴塑，加強(qiáng)了對整機(jī)和機(jī)內(nèi)電子元器件的保護(hù)，適合于部隊的使用維修特點(diǎn)。

5）通電后可長時間連續(xù)工作（不小于3 h）。

6）整套儀器采用鋁合金箱盒盛裝，外形美觀大方。

5 結(jié)束語

從部隊維修工作的實際出發(fā)，本校正裝置采用傳感器技術(shù)和DSP技術(shù)相結(jié)合的方法，并通過程序?qū)崿F(xiàn)全部測量和計算過程自動化，把計算數(shù)據(jù)直接顯示給使用和維修人員，實現(xiàn)了儀器自動顯示功能，極大地提高了工作效率，縮短了維修時間，提高了校正精度。同時，為確保野戰(zhàn)修理的需要，該中心線校正裝置采用便攜式設(shè)計思想，突出了儀器的通用性設(shè)計，達(dá)到了多種自行火炮共用一種校正裝置的目標(biāo)，滿足自行火炮部隊修理工作的需求。

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[1]楊杰敏等編. 自行火炮底盤拆裝與調(diào)試工藝. 武漢軍械士官學(xué)校, 2002.