楊有松+劉志超+張海馨+李曉奇+劉喆+孫琪

摘 要：重點(diǎn)介紹了智能型齒圈徑向跳動測量儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以完全替代傳統(tǒng)的手動記錄，大幅提高實(shí)驗(yàn)效率和測量精度，對實(shí)現(xiàn)齒輪測量儀器的自動化具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：齒輪；測量儀器；跳動誤差；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TG839 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.094

齒輪齒圈徑向跳動誤差是指在被測齒輪一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，測量儀的測頭在齒槽內(nèi)與齒高中部雙面接觸時相對于齒輪基準(zhǔn)軸線的最大變動量。它是齒輪誤差測量中的一個重要參量，主要用來評定由齒輪幾何偏心所引起的徑向誤差。很顯然，齒輪齒圈徑向跳動誤差過大會對齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、運(yùn)動精度等造成很大的影響。只有通過精確、高效的測量，才能判斷齒輪齒圈徑向跳動誤差是否在合理的范圍內(nèi)，從而保證齒輪的正常、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 傳統(tǒng)的齒輪跳動檢查儀

圖1所示為傳統(tǒng)齒輪跳動檢查儀的結(jié)構(gòu)。

通常，齒輪齒圈徑向跳動誤差的測量是在齒輪跳動檢查儀上進(jìn)行。測量時，將被測齒輪用心軸安裝在兩頂尖架的頂尖之間（被測齒輪軸則直接安裝在兩頂尖間），用心軸軸線模擬該齒輪的基準(zhǔn)軸線，使測頭在齒槽內(nèi)與齒高中部雙面接觸。測頭有球形和錐形等幾種形式，其大小應(yīng)與被測齒輪的模數(shù)相協(xié)調(diào)，以保證在齒高中部雙面接觸。球形或錐形測頭安裝于指示表的測桿上，用于逐齒測量其相對于齒輪基準(zhǔn)軸線的變動量，所得的最大值與最小值之差即為齒輪齒圈徑向跳動誤差。

雖然用上述方法測量齒輪齒圈徑向跳動誤差是可行的，但測量時和測量后的工作相當(dāng)煩瑣，且對測量人員的專業(yè)知識要求很高，即使是由一名技術(shù)熟練的測量人員去逐齒測量，之后借助計(jì)算機(jī)來分析、處理這些測量數(shù)據(jù)，也未能有效減少測量人員的工作量。

與之類似的測量方法均為手動測量，因此，無論是基準(zhǔn)軸線的校準(zhǔn)、齒輪的測量，還是測量數(shù)據(jù)的采集和分析，均為人工操作。這就會帶來以下兩個問題：①測量效率低。測量時，需要逐齒測量，一一記錄所得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，這就大大增加了測量的時間。②測量精度低。由于整個測量過程均為手動操作，測量基準(zhǔn)、被測齒輪和測量儀表因受到不同的外力作用而出現(xiàn)微小移動，進(jìn)而導(dǎo)致測量精度下降。

2 智能型齒圈徑向跳動測量儀

考慮到用齒輪跳動檢查儀測量齒輪齒圈徑向跳動誤差的缺陷，我們對該檢查儀進(jìn)行了智能化改造，設(shè)計(jì)并研發(fā)了一種智能型齒圈徑向跳動測量儀。

2.1 改進(jìn)儀表測頭的運(yùn)動方式

為了提高測量儀的測量精度和自動化程度，我們重新對傳統(tǒng)的齒輪跳動檢查儀進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過一系列的機(jī)械改造，提高了儀表測頭的上下運(yùn)動精度，同時，有效控制了其左右偏擺，從而使誤差測量精度得到大幅度的提高。圖2所示為儀表座三維設(shè)計(jì)。

2.2 選擇高精度測量儀表和測頭

為了提高測量精度，我們用高精度數(shù)顯千分表代替了原來的百分表，使測量精度由原來的0.01提升到0.001.同時，數(shù)顯千分表具有數(shù)據(jù)采集功能，并可以對軟件進(jìn)行二次開發(fā)，這樣可以很方便地將測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。另外，我們還用鎢鋼球形測頭代替了原來的標(biāo)準(zhǔn)測頭，這樣可以更精確地采集齒圈徑向跳動數(shù)據(jù)。

2.3 選用便捷的數(shù)據(jù)采集接口

對于數(shù)據(jù)采集接口，我們選用了市場上通用的 USB接口，這樣可迅速將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)。

2.4 數(shù)據(jù)采集和分析軟件

根據(jù)實(shí)際需要，我們開發(fā)了配套的數(shù)據(jù)分析軟件。在設(shè)計(jì)上，數(shù)據(jù)分析軟件采用簡單的界面，從而將測量數(shù)據(jù)直觀地反映出來。該數(shù)據(jù)采集和分析軟件具有以下特點(diǎn)：①可以自動采集測量數(shù)據(jù)，精度高、效率高，無人為誤差；②安裝、操作方便，參數(shù)設(shè)定簡潔、直觀；③既可以手動保存測量數(shù)據(jù)，也可以自動保存；④可以按照參數(shù)設(shè)定的自動采集時間記錄數(shù)據(jù)，且在記錄過程中可以很方便地停止采集，也可以清除當(dāng)前記錄的所有數(shù)據(jù)；⑤可以將數(shù)據(jù)保存于Excel格式的文件中，待進(jìn)一步處理。實(shí)驗(yàn)證明，數(shù)據(jù)采集和分析軟件可以大幅提高測量效率和測量精度。

2.5 儀器測量精度分析

為了進(jìn)一步提高測量精度，我們重新對儀表座進(jìn)行了設(shè)計(jì)，且對測量程序進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，所得結(jié)果較為理想，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

2.6 應(yīng)用前景

智能型齒圈徑向跳動測量儀主要用于測量各種圓柱齒輪的齒圈徑向跳動誤差，適用于機(jī)械制造、齒輪加工行業(yè)的車間現(xiàn)場及檢查站，也可作為各類工科院校機(jī)械相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

3 結(jié)束語

通過對傳統(tǒng)的齒輪跳動檢查儀進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了齒輪測量儀器的自動化。實(shí)驗(yàn)表明，利用智能型齒圈徑向跳動測量儀進(jìn)行誤差測量是可行的，且能夠在很大程度上降低測量誤差。

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〔編輯：劉曉芳〕