一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置及装调方法制造方法及图纸

技术编号:20390020 阅读:12 留言:0更新日期:2019-02-20 02:54
本发明专利技术公开了一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置及装调方法,通过设置锥齿轮传动组件、三自由度CCD摄像机系统、光学垂直度测试系统和检测定位装置,利用锥齿轮传动组件实现待测弧齿锥齿轮的安装,然利用安装于锥齿轮传动组件的三自由度CCD摄像机系统、光学垂直度测试系统和检测定位装置分别检测锥齿轮传动组件安装后的轴线错位量、几何形貌误差以及接触印痕评价参数,采用开放式弧齿锥齿轮安装结构,能够同时考虑接触印痕和齿面侧隙,为保障装配精度,从而提高弧齿锥齿轮装配的装配效率和装配精度。本装置结构简单,不仅只适用于弧齿锥齿轮传动部件,对于其他重载齿轮装配调整工艺参数优化设计同样适用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置及装调方法
本专利技术属于机械设计与制造领域,涉及一种弧齿锥齿轮接触特性测试装置,并涉及一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置及装调方法。
技术介绍
弧齿锥齿轮具有承载能力大、传动平稳、噪声小、结构紧凑等特点,在现代机械制造业中占有十分重要的地位,广泛应用于航空、船舶、车辆、工程机械、机床等领域当中。弧齿锥齿轮的制造精度、质量直接影响机械产品的效率、噪声、运动精度和寿命,因此弧齿锥齿轮一直受到国内外有关专家学者的广泛关注和研究,成为齿轮生产中的关键技术难点。工程实际中,轮齿啮合接触区是衡量弧齿锥齿轮传动质量的综合指标,如果在装配过程中发生接触区大小、形状和位置的偏差,将使载荷集中在轮齿的齿顶或齿根处,也可能集中在大端或小端,具体形式包括小端接触、大端接触、交叉接触、低位接触、高位接触、跛足接触、过宽接触、过窄接触、齿高方向桥式接触、过长接触、过短接触、纵向桥式接触、内对角接触、外对角接触等,这些都会引起局部应力的集中,造成齿轮早期磨损或断齿。且弧齿锥齿轮部件装配精度及质量受到齿轮及壳体变形、轴承偏磨、轴承间隙、零件制造误差等多种因素的影响,这些因素除齿面几何形貌误差外,均是通过影响两齿轮轴线的空间相对位置(包括大、小轮轴线错位量J和H,轴线空间分离量V和轴线交角变化量Σ),产生齿轮空间位姿误差,进而影响装配质量;而齿面几何形貌误差则是在一定程度上直接影响了齿面接触轨迹和接触区域的面积、位置。因此,同时考虑弧齿锥齿轮轴线错位量及几何形貌误差的装配质量分析及保障问题,是弧齿锥齿轮传动领域的瓶颈问题,制约着弧齿锥齿轮部件的发展。目前,我国弧齿锥齿轮领域的研究大多集中于轮齿接触分析机理研究方面,如低载或重载条件下,以及考虑加工误差的齿面接触特性分析等,而国外学者已经在齿面宏微观几何形貌对接触特性的影响方面取得了不少成果,因此在弧齿锥齿轮性能分析层面,我国与欧美国家存在着较大差距。国内学者针对考虑齿面几何形貌的弧齿锥齿轮装配质量保障方面的研究较少。从工程层面来讲,弧齿锥齿轮装配过程中除了保证啮合接触区满足要求外,还应保证齿侧间隙的大小满足公差要求,以实现贮存润滑油,补偿制造和装配误差,补偿工作时热变形和弹性变形的功能。装配过程直接控制的量仅为两齿轮的轴向位置,通过调整垫片厚度来实现。由于存在影响装配质量的多种误差因素,实际装配中标定安装距不能满足接触区域和侧隙的要求,且由于各项误差之间存在耦合效应,弧齿锥齿轮装配时往往需要反复调试与试装,即通过“盲调”的方法,来获得满足要求的装配质量。这种方式不仅耗时费力,且重复性较差,不能形成统一的装调工艺规范,从而导致产品装配性能一致性差。从理论层面来讲,以往在弧齿锥齿轮装配质量的研究上,大多从几何层面出发,关注传动链上确定性误差源对于齿轮位姿的影响,缺乏综合考虑齿面几何形貌及位姿误差的装配精度分析,没有从机理层面揭示误差因素耦合作用下的装配精度形成机制,分析结果与工程实际表象差距较大,导致不能“精准施策”地进行定量保障。目前国内关于这方面的技术与文献大多从定性的角度出发指导弧齿锥齿轮装配调整,没有成熟或者现成方法可用于弧齿锥齿轮调整量计算。为此提出一种适合于弧齿锥齿轮的优化装调方法,从而解决弧齿锥齿轮仅依靠经验定性“盲调”所导致的装配效率低下、装配精度一致性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置及装调方法,以克服现有技术的不足。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,包括锥齿轮传动组件、三自由度CCD摄像机系统、光学垂直度测试系统和检测定位装置;锥齿轮传动组件包括用于安装被测锥齿轮组的主动轴和被动轴,主动轴和被动轴垂直设置;主动轴和被动轴均通过圆锥滚子轴承支撑固定在支撑座上,圆锥滚子轴承两端设有端盖,端盖与圆锥滚子轴承之间设有调整垫片;支撑座上开设有通孔,并且在通孔内安装有激光位移传感器;光学垂直度测试系统包括设置于锥齿轮传动组件一侧的自准直仪,自准直仪的测量方向与被动轴轴向方向垂直;三自由度CCD摄像机系统设置于锥齿轮传动组件一侧,三自由度CCD摄像机系统包括三自由移动机械臂以及安装于三自由移动机械臂上的CCD摄像机;主动轴的一侧和被动轴的一侧分别设有一个检测定位装置,检测定位装置包括导轨组件和执行组件,其中导轨组件包括导轨基座和导轨,导轨基座固定安装在装置基座上,导轨固定在导轨基座上,导轨上设有位移传感器和伺服电机驱动滑台,伺服电机驱动滑台能够在导轨上滑动;执行组件包括固定于伺服电机驱动滑台上端的执行组件基座,执行组件基座上固定有支撑杆,支撑杆的端部设有检测触头;检测触头的定位接触面与主动轴或被动轴轴线方向垂直,检测触头上安装有接触觉传感器。进一步的,被测主动轮和被动轮分别通过平键固定安装在主动轴和被动轴上。进一步的,三自由移动机械臂通过CCD摄像机系统支撑基座固定于装置基座上。进一步的,支撑杆为电动可调节长度支撑杆。进一步的,导轨与导轨基座通过螺栓连接,导轨基座上设置螺纹孔,导轨上设置沉头螺纹通孔,通过螺栓将导轨固定在导轨基座上。一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置的弧齿锥齿轮装调方法,包括以下步骤:步骤1)、将待安装锥齿轮组安装调试,利用弧齿锥齿轮装调装置获取样本数据,即测量装调后的轴线错位量、几何形貌误差以及接触印痕评价参数;轴线错位量包括主动轴的轴向错位量J、被动轴的轴向错位量H、轴线空间错位量V和轴交角错位量Σ;几何形貌误差包括齿形误差Δff、齿厚偏差ΔES、齿距偏差Δfpt;接触印痕评价参数包括印痕面积S、印痕位置(xc,yc)、印痕齿宽方向长度b″、印痕齿高方向宽度h″和齿侧间隙大小jt;即D={(δs,ms)|δs∈R7,ms∈R6,s=1,2,……,nD}(1)其中δ=[J,H,V,Σ,Δff,ΔES,Δfpt]为输入向量,即影响装配精度的误差源向量,m=[S,xc,yc,b″,h″,jt]为输出向量,即评价表征装配精度的参数向量;步骤2)、将样本数据进行归一化处理,转化到[-1,1]内;步骤3)、采用支持向量机非线性回归模型,对样本数据进行回归,获得6个归一化回归模型;回归精度ε取0.001,核函数选用多项式核函数K(δi,δj)=(<δi,δj>+1)2(2)其中<δi,δj>为向量δi,δj的点积对模型进行反归一化处理,得到输入量与输出量之间的关系模型mi(δ)=δAiδT+BiδT+Cii=1,2,3,4,5,6(3)其中m1=S,m2=xc,m3=yc,m4=b″,m5=h″,m6=jt;δ=[J,H,V,Σ,Δff,ΔES,Δfpt]为输入向量,即影响装配精度的误差源向量;δT为输入向量δ的转置;Ai为支持向量机非线性回归模型的第i个装配精度参数系数矩阵;Bi为支持向量机非线性回归模型的第i个装配精度参数系数向量;Ci为支持向量机非线性回归模型的第i个装配精度参数常系数;由此建立了多输入误差源与多输出装配精度参数之间的关联关系;步骤4)、利用多输入误差源与多输出装配精度参数之间的关联关系,建立弧齿锥齿轮装调多目标优化模型,设计变量为两个弧齿锥齿轮沿轴线方向的错位量;约束条件为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,包括锥齿轮传动组件、三自由度CCD摄像机系统、光学垂直度测试系统和检测定位装置;锥齿轮传动组件包括用于安装被测锥齿轮组的主动轴(3)和被动轴(4),主动轴(3)和被动轴(4)垂直设置;主动轴(3)和被动轴(4)均通过圆锥滚子轴承(5)支撑固定在支撑座(9)上,圆锥滚子轴承(5)两端设有端盖,端盖与圆锥滚子轴承(5)之间设有调整垫片(7);支撑座(9)上开设有通孔,并且在通孔内安装有激光位移传感器(11);光学垂直度测试系统包括设置于锥齿轮传动组件一侧的自准直仪(12),自准直仪(12)的测量方向与被动轴(4)轴向方向垂直;三自由度CCD摄像机系统设置于锥齿轮传动组件一侧,三自由度CCD摄像机系统包括三自由移动机械臂以及安装于三自由移动机械臂上的CCD摄像机(13);主动轴(3)的一侧和被动轴(4)的一侧分别设有一个检测定位装置,检测定位装置包括导轨组件和执行组件,其中导轨组件包括导轨基座(16)和导轨(15),导轨基座(16)固定安装在装置基座(10)上,导轨(15)固定在导轨基座(16)上,导轨(15)上设有位移传感器和伺服电机驱动滑台(17),伺服电机驱动滑台能够在导轨(15)上滑动;执行组件包括固定于伺服电机驱动滑台(17)上端的执行组件基座(18),执行组件基座(18)上固定有支撑杆(19),支撑杆(19)的端部设有检测触头(20);检测触头(20)的定位接触面与主动轴(3)或被动轴(4)轴线方向垂直,检测触头(20)上安装有接触觉传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,包括锥齿轮传动组件、三自由度CCD摄像机系统、光学垂直度测试系统和检测定位装置;锥齿轮传动组件包括用于安装被测锥齿轮组的主动轴(3)和被动轴(4),主动轴(3)和被动轴(4)垂直设置;主动轴(3)和被动轴(4)均通过圆锥滚子轴承(5)支撑固定在支撑座(9)上,圆锥滚子轴承(5)两端设有端盖,端盖与圆锥滚子轴承(5)之间设有调整垫片(7);支撑座(9)上开设有通孔,并且在通孔内安装有激光位移传感器(11);光学垂直度测试系统包括设置于锥齿轮传动组件一侧的自准直仪(12),自准直仪(12)的测量方向与被动轴(4)轴向方向垂直;三自由度CCD摄像机系统设置于锥齿轮传动组件一侧,三自由度CCD摄像机系统包括三自由移动机械臂以及安装于三自由移动机械臂上的CCD摄像机(13);主动轴(3)的一侧和被动轴(4)的一侧分别设有一个检测定位装置,检测定位装置包括导轨组件和执行组件,其中导轨组件包括导轨基座(16)和导轨(15),导轨基座(16)固定安装在装置基座(10)上,导轨(15)固定在导轨基座(16)上,导轨(15)上设有位移传感器和伺服电机驱动滑台(17),伺服电机驱动滑台能够在导轨(15)上滑动;执行组件包括固定于伺服电机驱动滑台(17)上端的执行组件基座(18),执行组件基座(18)上固定有支撑杆(19),支撑杆(19)的端部设有检测触头(20);检测触头(20)的定位接触面与主动轴(3)或被动轴(4)轴线方向垂直,检测触头(20)上安装有接触觉传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,被测主动轮(1)和被动轮(2)分别通过平键固定安装在主动轴(3)和被动轴(4)上。3.根据权利要求1所述的一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,三自由移动机械臂通过CCD摄像机系统支撑基座(14)固定于装置基座(10)上。4.根据权利要求1所述的一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,支撑杆(19)为电动可调节长度支撑杆。5.根据权利要求1所述的一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置,其特征在于,导轨(15)与导轨基座(16)通过螺栓连接,导轨基座(16)上设置螺纹孔,导轨(15)上设置沉头螺纹通孔,通过螺栓将导轨(15)固定在导轨基座(16)上。6.一种基于权利要求1所述的一种基于接触特性测试的弧齿锥齿轮装调装置的弧齿锥齿轮装调方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1)、将待安装锥齿轮组安装调试,利用弧齿锥齿轮装调装置获取样本数据,即测量装调后的轴线错位量、几何形貌误差以及接触印痕评价参数;轴线错位量包括主动轴的轴向错位量J、被动轴的轴...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭俊康洪军赵鼎堂张远杨赵强强
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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