CN111975129B - 一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，设置一研齿机床，所述研齿机床设置有第一轮箱和第二轮箱，先将齿轮副对应安装到所述第一轮箱和所述第二轮箱上，对所述第二轮箱施加弹性顶持作用力保持齿轮副双面啮合，并控制齿轮副转动，检测所述第二轮箱的跳动，根据所述第二轮箱的跳动计算侧隙补偿。本发明在齿轮副啮合的时候通过对第二轮箱施加弹性顶持作用力，使得齿轮副的侧隙能够通过第二轮箱的跳动得以反应，再通过第二轮箱的跳动来计算齿轮副之间的侧隙并进行补偿，可以有效确保研齿质量，提高良品率，实用性强。

Description

一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工方法，特别涉及一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法。

背景技术

螺旋锥齿轮研齿侧隙是指齿轮啮合时，轮齿齿面之间的法向侧隙距离。在研齿过程中，如果侧隙过大，则会产生齿顶边缘干涉；如果侧隙过小，那么可能出现驱动面和非驱动面同时进行研磨。这两种情况都是非正常研齿工作状态，严重时甚至会研废产品。目前行业内缺少一种有效测量研齿侧隙、补偿的加工方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，能够对研齿侧隙进行测量和补偿，从而保证研齿加工能够顺利进行。

根据本发明实施例的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，设置一研齿机床，所述研齿机床设置有第一轮箱和第二轮箱，先将齿轮副对应安装到所述第一轮箱和所述第二轮箱上，对所述第二轮箱施加弹性顶持作用力保持齿轮副双面啮合，并控制齿轮副转动，检测所述第二轮箱的跳动，根据所述第二轮箱的跳动计算侧隙补偿。

根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：

本发明在齿轮副啮合的时候通过对第二轮箱施加弹性顶持作用力，使得齿轮副的侧隙能够通过第二轮箱的跳动得以反应，再通过第二轮箱的跳动来计算齿轮副之间的侧隙并进行补偿，可以有效确保研齿质量，提高良品率，实用性强。

根据本发明的一些实施例，所述研齿机床设置有床身，所述床身上沿水平X轴移动地设置有立柱，所述第一轮箱沿竖直Y轴移动地设置于所述立柱上，所述第二轮箱沿水平Z轴移动地设置于所述床身上，所述床身于所述第二轮箱沿水平Z轴远离所述第一轮箱的一端设置有弹性顶持机构，所述弹性顶持机构用于弹性顶持所述第二轮箱。

根据本发明的一些实施例，所述弹性顶持机构包括滑台、导杆、弹簧和顶持驱动，所述滑台沿水平Z轴移动地设置于所述床身上，所述导杆一端固定连接所述第二轮箱、另一端穿过所述滑台并设置有防脱头部，所述弹簧套设于所述导杆上，且所述弹簧的一端顶持所述第二轮箱、另一端顶持所述滑台，所述顶持驱动用于控制所述滑台移动。

根据本发明的一些实施例，所述滑台上设置有用于顶持所述第二轮箱的伸缩顶持部，所述伸缩顶持部在伸长顶持所述第二轮箱时，所述防脱头部抵接所述滑台，且所述弹簧处于自然长度或压缩状态。

根据本发明的一些实施例，所述研齿机床设置有用于检测所述第二轮箱的位置的位置检测装置。

根据本发明的一些实施例，所述床身上沿水平Z轴方向设置有光栅检测机构，以用于检测所述第二轮箱的跳动。

根据本发明的一些实施例，在齿轮副对应安装到所述第一轮箱和所述第二轮箱上时，通过对所述第二轮箱施加弹性顶持作用力进行对齿、啮合。

根据本发明的一些实施例，在所述研齿机床上设置光栅检测机构，并按不低于500Hz的采样频率采集所述第二轮箱的跳动，定义跳动值为W值。

根据本发明的一些实施例，在进行侧隙测量时，通过以下三种方式之一进行计算：

A直接以W值计算；

B将所有采样的W值取平均值进行计算；

C取最大采样W值进行计算。

根据本发明的一些实施例，齿轮副包括第一齿轮和直径大于所述第一齿轮的第二齿轮，通过控制所述第二齿轮转动一圈来检测所述第二轮箱的跳动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明中研齿机床的一种结构示意图；

图2是齿轮副对齿干涉的一种示意图；

图3是齿轮副对齿成功的一种示意图；

图4是齿轮副保持轴向侧隙的一种示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明提出一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，设置一研齿机床，研齿机床设置有第一轮箱102和第二轮箱104，先将齿轮副对应安装到第一轮箱102和第二轮箱104上，对第二轮箱104施加弹性顶持作用力保持齿轮副双面啮合，并控制齿轮副转动，检测第二轮箱104的跳动，根据第二轮箱104的跳动计算侧隙补偿。

本发明在齿轮副啮合的时候通过对第二轮箱104施加弹性顶持作用力，使得齿轮副的侧隙能够通过第二轮箱104的跳动得以反应，再通过第二轮箱104的跳动来计算齿轮副之间的侧隙并进行补偿，可以有效确保研齿质量，提高良品率，实用性强。

在本发明的一些实施例中，研齿机床设置有床身100，床身100上设置有水平的X轴导轨、垂直于X轴导轨的Z轴导轨，X轴导轨上安装有立柱101，立柱101侧面设置有竖直的Y轴导轨，第一轮箱102安装于Y轴导轨上，第二轮箱104安装于Z轴导轨上。床身100于第二轮箱104沿水平Z轴远离第一轮箱102的一端设置有弹性顶持机构，弹性顶持机构用于弹性顶持第二轮箱104。导轨的具体形式属于公知常识，在此不作过多描述，并且立柱101的移动、第一轮箱102的移动均设置有对应的驱动，同样第一轮箱102、第二轮箱104上均设置有用于安装齿轮的转动轴，具体结构均属于公知常识，在此不作详述。

其中弹性顶持机构包括滑台103、导杆、弹簧和顶持驱动，滑台103安装于Z轴导轨上并位于第二轮箱104远离第一轮箱102的一端，导杆一端固定连接第二轮箱104、另一端穿过滑台103并设置有防脱头部，防脱头部可以采用螺母形成，弹簧套设于导杆上，且弹簧的一端顶持第二轮箱104、另一端顶持滑台103，顶持驱动用于控制滑台103移动。在齿轮副啮合时，通过顶持驱动来控制滑台103的位置，使得滑台103通过弹簧顶持第二轮箱104来施加弹性顶持作用力，由于导杆的末端穿过滑台103，即滑台103与第二轮箱104之间没有刚性连接，因此当齿轮副之间有侧隙时，第二轮箱104可以通过压缩弹簧的方式发生移动。为了实现第二轮箱104能够沿Z轴前后跳动，在此状态下时，防脱头部与滑台103之间具有一定间距。

在一些实施例中，滑台103上设置有用于顶持第二轮箱104的伸缩顶持部，伸缩顶持部在伸长顶持第二轮箱104时，防脱头部抵接滑台103，且弹簧处于自然长度或压缩状态。

采用本实施例中的结构，第二轮箱104的移动可以通过顶持驱动来精准控制。如在控制第一轮箱102、第二轮箱104移动至安全对齿位置(齿轮副之间保留有一定安全间距)的过程中，第二轮箱104与滑台103之间通过伸缩顶持部刚性抵接，使得滑台103在顶持驱动的控制下朝向第一轮箱102移动时，可以同步带动第二轮箱104等距离移动；而在研齿完成后回复位置的时候，则可以通过导杆和防脱头部作用带动第二轮箱104复位。第二轮箱104无需单独配置移动驱动结构，有利于降低生产成本。

上述的顶持驱动可以采用电机丝杆机构，而伸缩顶持部则可以设置为气缸，当然也可以设置为已知的其他结构。

为了获知第二轮箱104的跳动以及齿轮副啮合检测，在一些实施例中，研齿机床设置有用于检测第二轮箱104的位置的位置检测装置。该位置检测装置包括设置在第二轮箱104上的接近开关105。床身100上沿水平Z轴方向设置有光栅检测机构，以用于检测第二轮箱104的跳动。并且在齿轮副对应安装到第一轮箱102和第二轮箱104上时，通过对第二轮箱104施加弹性顶持作用力进行对齿、啮合。

该接近开关105的工作机制如下：

在对齿时，当控制滑台103靠近第一轮箱102时，在弹簧顶持的作用下推动第二轮箱104靠近第一轮箱102，滑台103、第二轮箱104的初始位置(位于安全对齿位置)已知，齿轮副的参数已知，因此可以计算出第二轮箱104的行进距离，在齿轮副发生图2所示的干涉而对齿失败的时候，第二轮箱104在齿轮副干涉作用下压缩弹簧并触发接近开关105，第二轮箱104自动停止移动，通过比对第二轮箱104的实际位置和理论位置，系统可以自动判断对齿失败。对齿失败后滑台103复位，可以控制齿轮副中的一者转动适当角度，再次进行对齿。当第二轮箱104的实际位置和理论位置吻合后，系统认定对齿成功。

在实际设置过程中，接近开关105也可以对应滑台103进行设置，如设定齿轮对齿成功的时候滑台103与第二轮箱104之间的距离为D，则将接近开关105设置在D对应的范围内，在对齿成功后继续控制滑台103靠近第二轮箱104，压缩弹簧至滑台103触发接近开关105，这样确保弹性顶持作用力。

也可以将接近开关105设置在床身100上或者第二轮箱104上。

在一些实施例中，采用光栅检测机构采集第二轮箱104的跳动时，具体按不低于500Hz的采样频率采集第二轮箱104的跳动，定义跳动值为W值。

在测得W值后，可以通过以下三种方式之一进行计算：

A直接以W值计算；

B将所有采样的W值取平均值进行计算；

C取最大采样W值进行计算。

在实际应用中可以根据实际研齿工况进行选择，比如研齿时采用双面啮合，则适用方式A。

通常来说，齿轮副包括第一齿轮和直径大于第一齿轮的第二齿轮，而侧隙检测则以控制第二齿轮转动一圈来检测第二轮箱104的跳动得到的W值最为完整。通过W值结合齿轮副的安装距等参数即可计算出此时的安装距偏差值。

参照图3和图4，在对齿完成后，第一齿轮沿Z轴后退一个距离，这个距离称为轴向侧隙，此时第一齿轮和第二齿轮之间存在法向侧隙，一般研齿时所保证的侧隙便是指齿面之间的法向侧隙。理论上，法向侧隙＝轴向侧隙×2×s inα×cosδ，其中α为第二齿轮压力角、δ为第一齿轮节锥角。定义侧隙系数k＝1/(2×sinα×cosδ)，那么轴向侧隙＝k×法向侧隙。侧隙系数k实际上就是每1mm法向侧隙对应Z值的改变量。

侧隙补偿就是在双面啮合后，补偿一个后退轴向侧隙来实现。在实际研齿开始时，会通过打表对侧隙进行检测核验，如果齿轮副的实际齿面与理论接近，那么测量出的侧隙跟设定的侧隙值应该一致。如果齿轮副的实际齿面与理论有差，那么测量出来的侧隙跟设定值会有差异。此时可以通过调节上述k值来保证侧隙，新的系数k1＝k×理论侧隙/实际侧隙。上述参数设定依托于安装距偏差值的计算，因此侧隙补偿前需要计算W值，才能准确控制第一齿轮沿Z轴后退的距离。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：设置一研齿机床，所述研齿机床设置有第一轮箱和第二轮箱，先将齿轮副对应安装到所述第一轮箱和所述第二轮箱上，对所述第二轮箱施加弹性顶持作用力保持齿轮副双面啮合，并控制齿轮副转动，检测所述第二轮箱的跳动，根据所述第二轮箱的跳动计算侧隙补偿；

所述研齿机床设置有床身，所述床身上沿水平X轴移动地设置有立柱，所述第一轮箱沿竖直Y轴移动地设置于所述立柱上，所述第二轮箱沿水平Z轴移动地设置于所述床身上，所述床身于所述第二轮箱沿水平Z轴远离所述第一轮箱的一端设置有弹性顶持机构，所述弹性顶持机构用于弹性顶持所述第二轮箱；所述弹性顶持机构包括滑台、导杆、弹簧和顶持驱动，所述滑台沿水平Z轴移动地设置于所述床身上，所述导杆一端固定连接所述第二轮箱、另一端穿过所述滑台并设置有防脱头部，所述弹簧套设于所述导杆上，且所述弹簧的一端顶持所述第二轮箱、另一端顶持所述滑台，所述顶持驱动用于控制所述滑台移动；所述滑台上设置有用于顶持所述第二轮箱的伸缩顶持部，所述伸缩顶持部在伸长顶持所述第二轮箱时，所述防脱头部抵接所述滑台，且所述弹簧处于自然长度或压缩状态。

2.根据权利要求1所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：所述研齿机床设置有用于检测所述第二轮箱的位置的位置检测装置。

3.根据权利要求1所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：所述床身上沿水平Z轴方向设置有光栅检测机构，以用于检测所述第二轮箱的跳动。

4.根据权利要求1所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：在齿轮副对应安装到所述第一轮箱和所述第二轮箱上时，通过对所述第二轮箱施加弹性顶持作用力进行对齿、啮合。

5.根据权利要求1所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：在所述研齿机床上设置光栅检测机构，并按不低于500Hz的采样频率采集所述第二轮箱的跳动，定义跳动值为W值。

6.根据权利要求5所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于，在进行侧隙测量时，通过以下三种方式之一进行计算：

A直接以W值计算；

B将所有采样的W值取平均值进行计算；

C取最大采样W值进行计算。

7.根据权利要求1所述的用于检测螺旋锥齿轮研齿侧隙的补偿方法，其特征在于：齿轮副包括第一齿轮和直径大于所述第一齿轮的第二齿轮，通过控制所述第二齿轮转动一圈来检测所述第二轮箱的跳动。

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