CN105806616A - 一种锥齿轮检查机自动对齿方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锥齿轮试验领域，涉及一种锥齿轮检查机自动对齿方法。该方法应用于锥齿轮检查机上，通过反馈信号自动控制两个直线运动轴和两个旋转轴的运动，从而快速地实现锥齿轮的自动对齿：自动对齿过程中，锥齿轮检查机通过检测反馈信号，从而准确地判断出齿轮的啮合位置和啮合状态，协调控制锥齿轮检查机的X/Z轴直线运动和A/C轴旋转运动，直至齿轮进入到理论啮合位置。此发明对于具有自动化高、效率高、操作简便等特点，并能确保锥齿轮副快速安全地进入理论啮合位置。

Description

一种锥齿轮检查机自动对齿方法

技术领域

本发明属于锥齿轮试验领域，涉及一种锥齿轮检查机自动对齿方法。

背景技术

锥齿轮是一种传递交错轴运动的机械零件，具有重合度高，传动平稳等优点，广泛应用于汽车、能源、工程机械等领域。随着各领域对锥齿轮的使用要求越来越高，对锥齿轮加工机床和检测设备的也提出了更高的要求，其中高效、高精度、高自动化程度是这些设备的重要指标。锥齿轮检查机是典型的锥齿轮检测设备，使用过程中首先需要将一对锥齿轮啮合到理论啮合位置，这个过程称为对齿。实现对齿的方法很多，如手动对齿方法，采用挠性机械结构的对齿方法，以及采用液压活塞驱动的自动对齿方法等。手动对齿方法是通过手动旋转锥齿轮，使得锥齿轮进入正常啮合，该方法自动化程度不高；采用挠性机械结构的对齿方法和采用液压活塞驱动的对齿方法，虽然自动化程度较高，但是效率低，且可能对锥齿轮造成损伤。本发明公开了一种适用于锥齿轮检查机的高效自动对齿方法，该方法克服了常用对齿方法的缺点。

发明内容

针对现有锥齿轮检查机，本发明提供一种通过反馈信号自动控制两个直线运动轴和两个旋转轴的运动，从而快速地实现锥齿轮的自动对齿方法。该方法具有自动化高、效率高、操作简便等特点，并能确保锥齿轮副快速安全地进入理论啮合位置。

本发明提供如下技术方案：

为达到上述目的，本发明的方法要求锥齿轮检查机具有如下条件：锥齿轮检查机至少具有2个直线运动轴，2个旋转运动轴，及配套的控制系统。其中：两个直线运动轴，即X轴和Z轴，分别带动小锥齿轮和大锥齿轮沿各自的轴线移动，且都采用伺服电机加滚珠丝杠导轨驱动，由于伺服电机内部的电流与输出力矩满足固定的函数关系，从而可以根据电机中的电流计算出所承受的力矩。同时，各直线轴的位置由光栅尺进行测量。两个旋转轴，即A轴和C轴，分别带动小、大锥齿轮绕轴线旋转，且都采用伺服电机作为驱动和制动动力源，具有较高的控制精度，两轴的主轴前端面上安装的圆光栅可以测量锥齿轮的转动角度和转动速度。检查机的控制系统实时采集直线轴伺服电机的电流，光栅尺的位移以及圆光栅的转角，通过协调控制两个直线运动轴和两个旋转轴的相互运动，从而快速地实现一对锥齿轮的自动对齿，并保护齿轮免受损伤。

本发明提供上述锥齿轮检查机的一种自动对齿方法，包括以下步骤：

⑴在控制系统中输入待检测的锥齿轮副的参数，至少包括小锥齿轮和大锥齿轮的理论安装距P_1，2，弧齿厚S_1，2和背锥距R_1，2；其中P₁为小锥齿轮的理论安装距；P₂为大锥齿轮的理论安装距；S₁为小锥齿轮的弧齿厚；S₂为大锥齿轮弧齿厚；R₁为小锥齿轮背锥距；R₂大锥齿轮背锥距。

⑵安装锥齿轮并夹紧，根据锥齿轮的理论安装距，将大锥齿轮沿Z轴移动到理论啮合位置，并将其固定。

⑶控制小锥齿轮从远处向大锥齿轮靠近，小锥齿轮进给到齿顶距离大锥齿轮齿顶为4-6mm的位置，然后开始进入对齿阶段。

⑷小锥齿轮以X轴全速的3％-5％大锥齿轮靠近，固定小锥齿轮的A轴方向转动约束，放松大锥齿轮的C轴方向转动的约束。

⑸随着小锥齿轮向大锥齿轮移动，光栅尺实时反馈小锥齿轮的位置，圆光栅实时反馈大锥齿轮的转动，直线轴伺服电机的电流实时反馈锥齿轮所承受的阻力矩。通过小锥齿轮的位置信息、大锥齿轮的转动信息以及伺服电机的电流大小信息，控制系统判定锥齿轮是否处于啮合状态——齿顶接触或齿侧接触。

⑹如果两锥齿轮处于啮合状态即齿侧接触，将小锥齿轮挤进理论啮合位置。

⑺如果两锥齿轮处于非啮合状态即齿顶接触。则X轴倒退3mm，然后小锥齿轮转动α度角，α为：

$\mathrm{\α}\≤\frac{S_1}{2R_1\mathrm{\π}}$

⑻重复步骤(5)、(6)，直到两锥齿轮在5次内完成进入啮合状态。倘若在5次内仍不能讲齿轮进入啮合，那么退回X/Z轴，检查锥齿轮以及锥齿轮信息。如果没有错误，重复上述对齿步骤。

本发明采用以上技术方案，具有以下优点：1、本发明充分利用锥齿轮检查机已有直线运动和旋转运动，实现锥齿轮自动对齿，操作简便易行，对齿过程中，无需人工对正锥齿轮，具有更高的自动化，省时省力；2、本发明由于采用闭环控制，通过直线轴伺服电机的电流反馈、光栅尺的位移反馈以及大轮的光栅反馈，可以快速地分辨出锥齿轮是否进入啮合状态，并保护锥齿轮免受损伤；3、本发明由于采用主轴电机和直线轴伺服电机直接驱动锥齿轮旋转和进给，具有反应迅速的特点，因此锥齿轮达到理论啮合位置的速度也比较快。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为锥齿轮检查机自动对齿的步骤图；

图2为锥齿轮检查机的X/Z轴方向上的机械结构的整体图；

图3为锥齿轮检查机的X/Z轴方向上的机械结构的俯视图(无基座)。

图中：1.伺服电机；2.导轨；3.丝杠；4.光栅尺；5.电主轴；6.滑台；7.小锥齿轮；8.伺服电机；9.导轨；10.丝杠；11.光栅尺；12.电主轴；13.滑台；14.大锥齿轮。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

本发明所述自动对齿方法要求锥齿轮检查机所具备的条件：带动小锥齿轮和大锥齿轮沿各自的轴线移动的X直线运动轴和Z直线运动轴；驱动小锥齿轮和大齿轮沿各自轴线转动的A旋转轴和C旋转轴；以及控制系统。

如图所示，锥齿轮检查机的4个联动轴的机械结构：X轴直线电机(1)提供X轴直线运动的动力，通过丝杠(3)带动滑台(6)和电主轴(5)沿导轨(2)沿X轴正反直线运动。小锥齿轮(7)装夹在电主轴(5)上，与电主轴(5)一起直线运动。电主轴(5)内部安装旋转电机，并提供A轴旋转运动动力，带动小锥齿轮(7)正反方向旋转。光栅尺(4)与导轨(2)平行，定位并反馈小锥齿轮(7)的位置和位移。Z轴直线电机(8)提供Z轴直线运动的动力，通过丝杠(10)带动滑台(13)和电主轴(12)沿导轨(9)沿Z轴正反直线运动。小锥齿轮(14)装夹在电主轴(12)上，与电主轴(12)一起直线运动。电主轴(12)内部安装旋转电机，并提供C轴旋转运动动力，带动小锥齿轮(14)正反方向旋转。光栅尺(11)与导轨(9)平行，定位并反馈大锥齿轮的位置和位移。该X直线轴伺服电机(1)和Z直线轴伺服电机(8)内部的电流与输出力矩满足固定的函数关系，从而可以根据电机中的电流计算出所承受的力矩，进而计算出锥齿轮所受的力。该A轴电主轴(5)和C轴电主轴(12)前端面上安装的圆光栅可以测量锥齿轮的转动角度和转动速度。

如图所示，利用上述锥齿轮检测机自动对齿的方法，主要包括以下步骤：

自动对齿前工作：首先输入待啮合的锥齿轮的参数信息，参数信息要至少包括两个锥齿轮的理论安装距，弧齿厚。X/Z轴分别安装小、大锥齿轮，并通过夹具夹紧。

自动对齿工作：根据大锥齿轮(14)的信息，Z轴的直线轴伺服电机(8)将大锥齿轮(14)送到理论啮合位置，并并将其固定。大锥齿轮(14)在Z轴方向上固定不动，小锥齿轮(7)从远处以一定速度向大锥齿轮靠近。小锥齿轮(7)进给到距离大锥齿轮(14)齿顶为4mm-6mm的位置，进入待啮合区域，然后开始进行对齿阶段。

锥齿轮进入对齿阶段时，在直线轴伺服电机(1)的驱动下，小锥齿轮(7)慢速向大锥齿轮(14)靠近，固定小锥齿轮(7)的A轴转动约束，放松大锥齿轮(14)的C轴转动约束；同时，光栅尺(4)反馈小锥齿轮(7)的位置信息给控制系统，圆光栅反馈大锥齿轮的转动信息给控制系统，直线轴伺服电机(1)反馈锥齿轮的阻力值给控制系统。

对齿阶段，两锥齿轮的接触方式有两种，一种是齿顶接触，即非啮合状态；另一种是齿侧接触，即啮合状态。通过小锥齿轮(7)的位置信息、大锥齿轮(14)的转动信息以及伺服电机(1)的电流大小信息，控制系统判定锥齿轮是否处于啮合状态——齿顶接触或齿侧接触。两锥齿轮接触后，小锥齿轮(7)受到接触阻力，并以力矩的形式通过丝杠(3)传递给直线轴伺服电机(1)，直线轴伺服电机(1)通过改变内部电流提高电机输出扭矩，并将电流反馈给控制系统，反映小锥齿轮的接触阻力。光栅尺(4)读取小锥齿轮(7)的位置信息，圆光栅读取大锥齿轮(14)的转动信息，反馈给控制系统。通过这些信号反馈，控制系统可以判定两个锥齿轮是否进入啮合。

随着小锥齿轮(7)以X轴全速的3％-5％向大锥齿轮(14)移动，控制系统读取反馈信息，当小锥齿轮(7)的齿顶越过大锥齿轮的齿顶位置，并继续向大锥齿轮(14)靠近，小锥齿轮(7)所受到的阻力值f没有超过规定的阻力值F，小锥齿轮的阻力f推动大锥齿轮转动一定的角度，以适应小锥齿轮的轮齿位置，这种情况为齿侧接触状态——啮合状态。当两锥齿轮处于锥齿轮啮合状态时，小锥齿轮(7)继续向前移动，带动大锥齿轮转动一定角度并到达理论啮合位置。当小锥齿轮(7)位置不变或变化忽略不计，且小大锥齿轮的齿顶距离接近0，而小锥齿轮(7)所受到的阻力f急剧增大，并超过规定的阻力值F，大锥齿轮不随阻力而转动。规定阻力值F：

F≈1.25×(f_x+μM_y/P₁)

其中：f_x——X导轨的摩擦阻力；

μ——静摩擦力系数；

M_y——大锥齿轮的摩擦力矩；

P₁——小锥齿轮的安装距。

这种情况为齿顶接触状态——非啮合状态。当两锥齿轮处于非啮合状态时，X轴倒退3mm，然后转动α度角，

$\mathrm{\α}\≤\frac{S_1}{2R_1\mathrm{\π}}$

然后继续重新开始执行上述对齿步骤，直到两锥齿轮在5次内完成进入啮合状态。倘若5次仍无法进入啮合，那么将X/Z轴退出，检查两个锥齿轮齿轮，和输入的齿轮信息。如果这些信息没有错误，重新重复上述过程。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施。

Claims (1)

1.一种锥齿轮检查机自动对齿方法，其特征在于：锥齿轮检查机至少具有2个直线运动轴，2个旋转运动轴，及配套的控制系统；其中：两个直线运动轴，即X轴和Z轴，分别带动小锥齿轮和大锥齿轮沿各自的轴线移动，且都采用伺服电机加滚珠丝杠导轨驱动，同时，各直线轴的位置由光栅尺进行测量；两个旋转轴，即A轴和C轴，分别带动小、大锥齿轮绕轴线旋转，且都采用伺服电机作为驱动和制动动力源，两轴的主轴前端面上安装的圆光栅测量锥齿轮的转动角度和转动速度；检查机的控制系统实时采集直线轴伺服电机的电流，光栅尺的位移以及圆光栅的转角，通过协调控制两个直线运动轴和两个旋转轴的相互运动，实现一对锥齿轮的自动对齿；

包括以下步骤：

⑴在控制系统中输入待检测的锥齿轮副的参数，至少包括小锥齿轮和大锥齿轮的理论安装距P_1，2，弧齿厚S_1，2和背锥距R_1，2；其中P₁为小锥齿轮的理论安装距；P₂为大锥齿轮的理论安装距；S₁为小锥齿轮的弧齿厚；S₂为大锥齿轮弧齿厚；R₁为小锥齿轮背锥距；R₂大锥齿轮背锥距；

⑵安装锥齿轮并夹紧，根据锥齿轮的理论安装距，将大锥齿轮沿Z轴移动到理论啮合位置，并将其固定；

⑶控制小锥齿轮从远处向大锥齿轮靠近，小锥齿轮进给到齿顶距离大锥齿轮齿顶为4-6mm的位置，然后开始进入对齿阶段；

⑷小锥齿轮以X轴全速的3％-5％大锥齿轮靠近，固定小锥齿轮的A轴方向转动约束，放松大锥齿轮的C轴方向转动的约束；

⑸随着小锥齿轮向大锥齿轮移动，光栅尺实时反馈小锥齿轮的位置，圆光栅实时反馈大锥齿轮的转动，直线轴伺服电机的电流实时反馈锥齿轮所承受的阻力矩；通过小锥齿轮的位置信息、大锥齿轮的转动信息以及伺服电机的电流大小信息，控制系统判定锥齿轮是否处于啮合状态——齿顶接触或齿侧接触；

⑹如果两锥齿轮处于啮合状态即齿侧接触，将小锥齿轮挤进理论啮合位置；

⑺如果两锥齿轮处于非啮合状态即齿顶接触；则X轴倒退3mm，然后小锥齿轮转动α度角，α为：

$\mathrm{\α}\≤\frac{S_1}{2R_1\mathrm{\π}}$

⑻重复步骤(5)、(6)，直到两锥齿轮在5次内完成进入啮合状态；倘若在5次内仍不能讲齿轮进入啮合，那么退回X/Z轴，检查锥齿轮以及锥齿轮信息；如果没有错误，重复上述对齿步骤。