CN107655441B - 一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置 - Google Patents

一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置，包括前芯轴与支撑套筒同轴，3个滑动支撑块随前芯轴的轴向窜动而在径向滑移，前芯轴前端固定二维倾角传感器用以检测轴线空间角度变化，铰接头与后芯轴紧固，铰接头前端固定在前芯轴球窝内并能相对转动，固定半环和后芯轴围成滑动槽，后芯轴被约束并实现平面滑移，后端盖周向安装电涡流传感器来检测后芯轴的轴向错动，后端盖反映外套齿的中心轴线，滑动支撑块所形成的外轮廓圆环反映内套齿的中心轴，计算二维倾角传感器和电涡流传感器所采集的信号即可得内外套齿同轴度。该装置能有效避免悬臂测量的引入误差，快速判断内外套齿的同轴度，便于现场使用。

Description

一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置
技术领域
本发明是一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置，属于产品的结构技术领域。
背景技术
装配现场往往会遇到测量箱体内套齿同轴的测量要求，特别是飞机附件机匣、发动机附件机匣方面。例如飞机附件机匣和机身本体安装中，需要穿一根花键轴连接飞附机匣齿轮和飞机内啮合齿轮。轴的同轴度是保证设备可靠性的重要指标，如果设备的轴线不对中，则轴承类零件会过早地发生损坏，且会使齿轮类零件的摩擦大大增加，加速了转动零件的磨损，缩短了飞机的大修周期，提高了运营成本，降低了设备运行效率，因此在装配轴时就必须预先知道两个内套齿间的同轴度情况。
传统测量是采用普通穿轴方法实现，但内套齿的加工情况无法保证，目前现场所用的塞规的方法也无法准确判断内、外齿同轴度的情况；东南大学曾研究激光对中仪来调整两个相连接设备的相对位置，该装置曾广泛应用于电动机水泵机组的安装、维修过程的转轴对，并可以使用传统千分表来校验精度，但由于所实施的环境中需要检测同轴度的两个轴均为明轴。但内套齿的同轴度测量中仅有外套齿是外露的，内套齿无法采用打千分表的方式检验，也无法使用激光对中仪来测量；有些是采用深入探测长杆、杆端安装非接触传感器的来进行内套齿的测量，但该种布置是悬臂设计，不可避免的将挠度误差引入测量***，且该误差随着测量面的空间角度变化而难以计算和补偿；若采用高精度的测量机，目前海克斯康等厂家的测量机测量臂又粗又长，不仅难以通过外套齿深入机匣箱体中，且测量装置本身装置笨重，并需提供专用的测量地基和专用气源，无法适应装配现场测量环境。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供了一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置，该装置结构简单合理，操作简易，测量精度高、劳动强度低。
为达到上述目的，本发明所述的用于箱体内外套齿同轴度的测量装置，其特征在于：该装置包括前芯轴6与支撑套筒1，两者之间依靠密珠轴承保持架2及滚珠8支撑并保持同轴，3个滑动支撑块3等间距安装在密珠轴承保持架2前端的凹槽内并被前盖板4和前紧固螺钉7轴向限定，但滑动支撑块3能随前芯轴6的轴向窜动在凹槽内沿径向滑移；铰接头11的后端靠锥销12和后芯轴13的前端紧固，铰接头11前端通过球铰固定片10和铰接紧固螺钉22固定在前芯轴6后端的球窝内并能相对转动，2个固定半环14和后芯轴13的后端通过内螺钉15紧固并围成滑动槽，后芯轴13后端被该滑动槽约束并能进行平面滑移，后固定轴16在后端盖19的内孔中能够自由精密滑动，后固定轴16的前端与后芯轴13的后端相抵，后固定轴16的后端连接套环18；
前芯轴6前端固定有用以检测轴线空间角度变化的二维倾角传感器5，后端盖19上周向安装了3个用来检测后芯轴13的轴向错动量的电涡流传感器20，并通过传感器引线导出位移信号；
使用时将后端盖19通过机匣固定螺钉17固定在机匣上，此时后端盖19反映外套齿24的中心轴线，拉动套环18使后芯轴13向后窜动，并张开3个滑动支撑块3卡住内套齿25，此时3个滑动支撑块3所形成的外轮廓圆环就反映了内套齿25的中心轴线，通过二维倾角传感器5和电涡流传感器20采集信号，并通过引线将数据输入计算机，即可得到内外套齿同轴度大小。通过计算二维倾角传感器5和电涡流传感器20采集信号，即可得到箱体内外套齿同轴度大小。
本发明技术方案所述装置能够避免悬臂测量所不可避免的挠度误差的引入，无需引入复杂的空间挠度误差补偿，大大降低了对测试环境的要求；无需像测量机一样引入复杂的气源***，操作简单快捷，能够降低对装配现场的硬件需求，且该设备测量精度高，满足现有箱体内外套齿同轴度的测量需求，提升飞机和发动机的装配效率。
附图说明
图1为本发明所述花键轴在飞附机匣和飞机本体间的安装示意图；
图2为本发明所述同轴度测量分解待测量示意图；
图3为本发明所述轴线错动量的测量方法示意图；
图4为本发明所述测量装置原理图；
图5为本发明所述一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置剖视图；
图6为本发明所述一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置的头部A-A剖视图；
图7为本发明所述一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置轴线示意图；
图8为本发明所述一种用于箱体内外套齿同轴度的测量轴侧视图；
图9为本发明所述一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置实际测量布置图。
图中：1支撑套筒，2密珠轴承保持架，3滑动支撑块，4前盖板，5二维倾角传感器，6前芯轴，7前紧固螺钉，8滚珠，9刚性圈，10球铰固定片，11铰接头，12锥销，13后芯轴，14固定半环，15内螺钉，16后固定轴，17机匣固定螺钉，18套环，19后端盖，20电涡流传感器，21传感器引线，22铰接紧固螺钉，23二维倾角传感器引出导线，24外套齿，25内套齿。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更详细地描述：
参见附图1所示为花键轴在飞附机匣和飞机本体间的安装示意图，飞机附件机匣和机身本体安装中，需要穿一根花键轴连接飞附机匣齿轮和飞机内啮合齿轮，该花键轴一端需要伸入飞附机匣内部与机身齿轮啮合，另一端在外部与附件机匣外齿轮啮合。
参见附图5所示，该种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置包括前芯轴6与支撑套筒1，两者之间依靠密珠轴承保持架2及滚珠8支撑并保持同轴，3个滑动支撑块3等间距安装在密珠轴承保持架2前端的凹槽内并被前盖板4和前紧固螺钉7轴向限定，但支撑块3能随前芯轴6的轴向窜动在凹槽内沿径向滑移；铰接头11的后端靠锥销12和后芯轴13的前端紧固，铰接头11前端通过球铰固定片10和铰接紧固螺钉22固定在前芯轴6后端的球窝内并能相对转动，2个固定半环14和后芯轴13的后端通过内螺钉15紧固并围成滑动槽，后芯轴13后端被该滑动槽约束并能进行平面滑移，后固定轴16在后端盖19的内孔中能够自由精密滑动，后固定轴16的前端与后芯轴13的后端相抵，后固定轴16的后端连接套环18；
前芯轴6前端固定有用以检测轴线空间角度变化的二维倾角传感器5，后端盖19上周向安装了3个用来检测后芯轴13的轴向错动量的电涡流传感器20，并通过传感器引线导出位移信号；
使用时将后端盖19通过机匣固定螺钉17固定在机匣上，此时后端盖19反映外套齿24的中心轴线，拉动套环18使后芯轴13向后窜动，并张开3个滑动支撑块3卡住内套齿25，此时3个滑动支撑块3所形成的外轮廓圆环就反映了内套齿25的中心轴线，通过二维倾角传感器5和电涡流传感器20采集信号，并通过引线将数据输入计算机，即可得到内外套齿同轴度大小。通过计算二维倾角传感器5和电涡流传感器20采集信号，即可得到箱体内外套齿同轴度大小。
参见附图2所示为本发明技术方案中同轴度测量的具体思路，同轴度的测量可分为两个方面：轴线错动和角度偏转。
参见附图3所示为轴线错动量的测量方法，图3左侧所示在后端盖19上特定位置安装3个电涡流传感器20，电涡流传感器20可根据测量对象的大小正置或者偏置，并获得后固定轴16和后芯轴13之间的偏移量(X1,Y1)图3右侧所示为电涡流传感器20能够准确测量后芯轴13的轴向的错动，其传感器测量精度可以达到0.4μm，且电涡流传感器20的尺寸较小，便于装置整体的减重和安装。同轴度中的角度偏转是靠二维倾角传感器5来进行测量的，二维倾角传感器5的角度测量精度可达0.005°，能够满足设计要求。图3中的A处表示为一个通孔，3个电涡流传感器20和1个二维倾角传感器5所获得的电信号通过A孔导出被测的箱体内部，为测量装置的出线孔。
参见附图4所示为该测量装置的测量原理图，由于后端盖19是和外套齿配做的，因此后端盖的轴线即为外套齿的轴线，而后固定轴16前缘和后端盖19同轴是通过机械精度来保证，则轴线A-B((XA,YA)和(XB,YB)的连线就反映了外套齿的轴线，其中后端盖19示意圆圆心为(XA,YA)，后固定轴16示意圆圆心为(XB,YB)。后芯轴13前后端面示意圆圆心分别为(XC,YC)和(XD,YD)，轴线C-D的连线代表了后芯轴轴心。轴线A-B和轴线C-D((XC,YC)和(XD,YD)的连线)的错动量(X1，Y1)反映了两个平行轴在与整个测量装置轴线上的偏移量，3个滑动支撑块3展开后会形成一个标准圆，该圆即为内套齿的齿顶圆，圆心坐标为(XE,YE),同时该圆也是前芯轴6的一个特定位置圆，圆(XF,YF)是前芯轴的另一个圆端面，二维倾角传感器5安装于此，轴E-F((XE,YE)和(XF,YF)的连线)即为前芯轴的轴线，该轴线和内套齿同心，由机械加工精度保证。二维倾角传感器5安装于前芯轴6端面圆(XF,YF)上并和前芯轴6轴向垂直，能够测量前芯轴6的空间二维倾角θ(θx,θy),这间接反映了内套齿所形成的圆(XE,YE)的空间二维倾角θ(θx,θy)；通过得到偏移量(X1,Y1)和二维倾角θ(θx,θy),并将测量值输入测量机计算模块，即可求得轴A-B和轴E-F的同轴度大小，即可求解出内套齿和外套齿之间的同轴度偏差。
参见附图6所示，3个滑动支撑块3放置于密珠轴承保持架2凹槽，并被前盖板4和前紧固螺钉7轴向限定，能随前芯轴6的轴向窜动在径向滑移。滑动支撑块3的设计可以为其他形式，最终需能够保证滑动支撑块外部轮廓圆是一个和内套齿紧密贴合的圆，3个滑动支撑块所体现的轴线是内套齿的中轴线。
参见附图7所示，后端盖19靠机匣固定螺钉17固定在机匣上，而图7中所标示的B处为外套齿配做的圆柱段，该段和外套齿是精密配合，则此时后端盖19的中心轴线就反映外套齿的中心轴线，而拉动套环18使后芯轴13向后窜动，并张开3个滑动支撑块3卡住内套齿，此时3个滑动支撑块3所形成的刚性圆3爪外轮廓圆环就反映了内套齿的中心轴线，通过二维倾角传感器5和电涡流传感器20采集信号，并通过引线将数据输入计算机，即可得到内外套齿同轴度大小。
参见图8所示，使用时将后端盖19通过螺钉固定在外箱体壁面，小端伸入箱体内部，并通过前端的滑动支撑块33爪支撑紧紧固定于内箱体套齿圆内，支撑套筒1波纹段发生微小的形变以适应前后端的不同轴情况。并通过前端的二维倾角传感器5和后端的3个电涡流传感器20来测量轴线错动量和角度偏移量，并将数据输入计算机中的测量模块，以评测内、外套齿间的同轴度大小关系。附图9为测量中实际测量布置示意图。
与现有技术相比，本发明能够有效避免目前悬臂测量造成的附带误差引入，快速判断箱体内不可见的同轴套齿内齿相对于外齿的同轴度，便于在现场环境中的使用。

Claims (1)

1.一种用于箱体内外套齿同轴度的测量装置，其特征在于：该装置包括前芯轴(6)与支撑套筒(1)，两者之间依靠密珠轴承保持架(2)及滚珠(8)支撑并保持同轴，3个滑动支撑块(3)等间距安装在密珠轴承保持架(2)前端的凹槽内并被前盖板(4)和前紧固螺钉(7)轴向限定，但滑动支撑块(3)能随前芯轴(6)的轴向窜动在凹槽内沿径向滑移；铰接头(11)的后端靠锥销(12)和后芯轴(13)的前端紧固，铰接头(11)前端通过球铰固定片(10)和铰接紧固螺钉(22)固定在前芯轴(6)后端的球窝内并能相对转动，2个固定半环(14)和后芯轴(13)的后端通过内螺钉(15)紧固并围成滑动槽，后芯轴(13)后端被该滑动槽约束并能进行平面滑移，后固定轴(16)在后端盖(19)的内孔中能够自由精密滑动，后固定轴(16)的前端与后芯轴(13)的后端相抵，后固定轴(16)的后端连接套环(18)；
前芯轴(6)前端固定有用以检测轴线空间角度变化的二维倾角传感器(5)，后端盖(19)上周向安装了3个用来检测后芯轴(13)的轴向错动量的电涡流传感器(20)；
使用时将后端盖(19)通过机匣固定螺钉(17)固定在机匣上，此时后端盖(19)反映外套齿(24)的中心轴线，拉动套环(18)使后芯轴(13)向后窜动，并张开3个滑动支撑块(3)卡住内套齿(25)，此时3个滑动支撑块(3)所形成的外轮廓圆环就反映了内套齿(25)的中心轴线并将同轴度的测量转换为倾角测量和轴线错动测量。
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