CN111982503B - 一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置与方法 - Google Patents

一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置及方法，螺旋锥齿轮双面啮合检测装置包括机床，沿水平方向设有相互垂直的X轴导轨、Z轴导轨；立柱，滑动设置在X轴导轨上，侧面设有与沿竖直方向平行的Y轴导轨；第一轮箱，滑动设置在Y轴导轨上；第二轮箱，滑动设置在Z轴导轨上；位移检测装置，设置在机床上，用于检测第一锥齿轮和第二锥齿轮双面啮合时第二轮箱的位置变化。第一锥齿轮和第二锥齿轮双面啮合后继续转动，因为毛刺、跳动等缺陷的存在，第二轮箱会产生沿Z轴导轨方向上的位置变化，对位移检测装置记录的位置变化数据进行处理后分析是否超过公差，判断第一锥齿轮和第二锥齿轮是否合格，本方案检测效率高，检测结果更加精确。

Description

一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置与方法
技术领域
本发明涉及一种螺旋锥齿轮的检测技术，特别涉及一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置与方法。
背景技术
螺旋锥齿轮是一种传动零件，螺旋锥齿轮传动效率高，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，节能省料，节省空间，耐磨损，寿命长，噪音小。在各种机械传动中，以螺旋锥齿轮的传动效率为最高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益，因此广泛应用于汽车、航空、矿山等机械传动领域。
螺旋锥齿轮作为重要的传动部件，在完成加工之后，需要对螺旋锥齿轮副进行配对检查，在进行配对检查之前需要对齿轮副的径向跳动以及毛刺进行检测，以防止在配对检查时径向跳动以及毛刺等缺陷损坏齿轮以及检测设备。目前生产现场对锥齿轮的质量检测，主要采用滚动检查机来进行检查，通过齿轮副的接触区及传出的噪声情况来判断齿轮的质量，但是应用这种检测装置来检测结果不够精确，而且检测效率较低。
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，一方面，本发明提出一种螺旋锥齿轮的检测装置，能高效精准的对跳动、毛刺等缺陷进行检测。
根据本发明的实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，包括：机床，沿水平方向设有相互垂直的X轴导轨、Z轴导轨；立柱，滑动设置在所述X轴导轨上，侧面设有沿与竖直方向平行的Y轴导轨；第一轮箱，滑动设置在所述Y轴导轨上，设有用于安装第一锥齿轮的第一转动主轴；第二轮箱，滑动设置在所述Z轴导轨上，设有用于安装第二锥齿轮的第二转动主轴；位移检测装置，设置在所述机床上，用于检测所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮双面啮合时第二轮箱的位置变化。
根据本发明实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，至少具有如下技术效果：所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮实现双面啮合后继续转动，因为毛刺、跳动等缺陷的存在，所述第二轮箱在所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮转动过程中会产生沿Z轴导轨方向上的位置变化，所述位移检测装置记录下所述第二轮箱的位置变化的数据，对数据进行处理后分析是否超过公差，判断所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮是否合格，本方案检测效率高，检测结果更加精确。
根据本发明的一些实施例，所述位移检测装置为光栅检测装置。
根据本发明的一些实施例，所述光栅检测装置包括设置在所述第二轮箱上的光栅读数头和平行于所述Z轴导轨设置在所述机床上的标尺光栅。
根据本发明的一些实施例，所述第二轮箱远离所述第一轮箱的一侧设置有弹性顶持机构，所述弹性顶持机构滑动设置在所述Z轴导轨上。
根据本发明的一些实施例，所述弹性顶持机构设置有安装座、导杆、弹簧，所述安装座滑动设置在所述Z轴导轨上，所述导杆的一端固定连接所述第二轮箱，另一端穿设于所述安装座上并且在所述导杆末端设置有防脱头部，所述弹簧套设在所述导杆上并且一端顶持所述第二轮箱、另一端顶持所述安装座。
根据本发明的一些实施例，所述安装座上还设置有气缸，所述气缸的伸出端朝向所述第二轮箱，在所述气缸伸出并抵接第二轮箱时，所述防脱头部抵接所述安装座，且所述弹簧处于自然长度或者压缩状态。
根据本发明的一些实施例，所述机床上对应第一锥齿轮和第二锥齿轮欲啮合的位置设有信号开关，所述信号开关用于检测所述第二锥齿轮是否运动到与所述第一锥齿轮实现双面啮合的位置。
另一方面，本发明提出一种螺旋锥齿轮检测方法，所述检测方法基于上述实施例中的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置实现；首先将待测的所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮对应安装在所述第一轮箱和所述第二轮箱上，所述第一轮箱沿所述X轴导轨和Y轴导轨上的运动到达标准安装距位置，所述第二轮箱沿所述Z轴导轨运动到准备对齿的位置，然后完成第一锥齿轮和第二锥齿轮的自动对齿；在所述Z轴导轨上设有位于所述第二轮箱远离所述第一轮箱的一侧的弹性顶持机构，通过所述弹性顶持机构推动第二轮箱滑动直到消除所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的侧隙，完成所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的双面啮合；接着所述第二转动主轴转动，所述第二锥齿轮转动并带动所述第一锥齿轮转动；所述位移检测装置检测并记录所述第二轮箱的位置变化；最后对测得的数据进行傅里叶变化，区分不同缺陷，对单一缺陷进行逆傅里叶变换得到单一缺陷的时域值，将处理后得到的时域值与公差相比较，判断所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮的制造是否合格。
根据本发明实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测方法，至少具有如下技术效果：本检测方法通过测量所述第二轮箱在所述Z轴导轨上的位置变化，并对记录的数据进行分析，能分析不同缺陷带来的影响，判断测量的所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮的质量是否合格。
根据本发明的一些实施例，在自动对齿的时候，所述弹性顶持机构顶持所述第二轮箱，所述电机丝杠机构驱动弹性顶持机构移动而带动所述第二轮箱移动，如果所述弹性顶持机构移动的距离大于所述位移检测装置检测到的所述第二轮箱移动的距离，则自动对齿失败，此时将所述第二轮箱退回到原位，并让所述第二锥齿轮转动一个角度，然后再重新将所述第二轮箱移动到准备对齿的位置，继续对齿。
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是本发明一实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置的结构示意图；
附图标记：机床101、X轴导轨102、Z轴导轨103、立柱104、Y轴导轨105、第一轮箱106、第一转动主轴107、第二轮箱108、第二转动主轴109、安装座111、弹性件112、导杆113、气缸114、信号开关115、电机丝杠机构116。
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，本发明提供了一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，包括：机床101，设置有相互垂直的X轴导轨102、Z轴导轨103；立柱，滑动设置在X轴导轨102上，侧面设有沿与竖直方向平行的Y轴导轨105；第一轮箱106，滑动设置在Y轴导轨105上，设有用于安装第一锥齿轮(图中未示出)的第一转动主轴107；第二轮箱108，滑动设置在Z轴导轨103上，设有用于安装第二锥齿轮(图中未示出)的第二转动主轴109；位移检测装置，设置在机床101上，用于检测第一锥齿轮和第二锥齿轮双面啮合时第二轮箱108的位置变化。
根据本发明实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，至少具有如下技术效果：第一锥齿轮和第二锥齿轮实现双面啮合后继续转动，因为毛刺、跳动等缺陷的存在，第二轮箱108在第一锥齿轮和第二锥齿轮转动过程中会产生沿Z轴导轨103方向上的位置变化，位移检测装置记录下第二轮箱108的位置变化的数据，对数据进行处理后分析是否超过公差，判断第一锥齿轮和第二锥齿轮是否合格，本方案检测效率高，检测结果更加精确。
在本发明的一些实施例中，位移检测装置为光栅检测装置，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
在本发明的一些实施例中，光栅检测装置包括设置在第二轮箱108上的光栅读数头和平行于Z轴导轨103设置在机床101上的标尺光栅。
在本发明的一些实施例中，第二轮箱108远离第一轮箱106的一侧设置有弹性顶持机构，弹性顶持机构滑动设置在Z轴导轨103上。第一锥齿轮与第二锥齿轮双面啮合时，如果第一锥齿轮与第二锥齿轮上存在跳动、毛刺等缺陷，第二轮箱108在Z轴导轨103上的位置将会产生变化，光栅检测装置将记录这一变化。因为弹性顶持机构的存在，第一锥齿轮与第二锥齿轮之间是柔性接触，第二轮箱108能回到第一锥齿轮与第二锥齿轮双面啮合的位置，便于持续检测。
在本发明的一些实施例中，弹性顶持机构设置有安装座111、导杆113、弹簧112，安装座111滑动设置在Z轴导轨103上，导杆113的一端固定连接第二轮箱108，另一端穿设于安装座111上并且在导杆113末端设置有防脱头部，弹簧112套设在导杆113上并且一端顶持第二轮箱108、另一端顶持安装座111。可以理解的是，当一组螺旋锥齿轮测量完毕后，需要更换下一组锥齿轮时，需要将第一轮箱106和第二轮箱108退回到初始位置，防脱头部的设置使得安装座111在反向运动时，导杆113能牵动第二轮箱108实现方向运动。
在本发明的一些实施例中，安装座111上还设置有气缸114，气缸114的伸出端朝向第二轮箱108，在气缸114伸出并抵接第二轮箱108时，防脱头部抵接安装座111，且弹簧112处于自然长度或者压缩状态。
在本发明的一些实施例中，安装座111远离第二轮箱108的一侧设有用于驱动安装座111移动的电机丝杠机构116。电机丝杠机构116包括设置在安装座111的下方且与Z轴导轨103平行的丝杠和驱动丝杠转动的电机。丝杠上的螺母与安装座111的底部固接，电机启动，驱动丝杠转动，螺母带动安装座111运动，从而能推动第二轮箱108运动。
在本发明的一些实施例中，机床101上对应第一锥齿轮和第二锥齿轮欲啮合的位置设有信号开关115，信号开关115用于检测第二锥齿轮是否运动到与第一锥齿轮实现双面啮合的位置。
另一方面，本发明提出一种螺旋锥齿轮检测方法，检测方法基于上述实施例中的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置实现；首先将待测的第一锥齿轮、第二锥齿轮对应安装在第一轮箱106和第二轮箱108上，第一轮箱106沿X轴导轨102和Y轴导轨105上的运动到达标准安装距位置，第二轮箱108沿Z轴导轨103运动到准备对齿的位置，然后完成第一锥齿轮和第二锥齿轮的自动对齿；在Z轴导轨103上设有位于第二轮箱108远离第一轮箱106的一侧的弹性顶持机构，通过弹性顶持机构推动第二轮箱108滑动直到消除第一锥齿轮与第二锥齿轮的侧隙，完成第一锥齿轮与第二锥齿轮的双面啮合；接着第二转动主轴109转动，第二锥齿轮转动并带动第一锥齿轮转动；位移检测装置检测并记录第二轮箱108的位置变化；最后对测得的数据进行傅里叶变化，区分不同缺陷，对单一缺陷进行逆傅里叶变换得到单一缺陷的时域值，将处理后得到的时域值与公差相比较，判断第一锥齿轮和第二锥齿轮的制造是否合格。
根据本发明实施例的螺旋锥齿轮双面啮合检测方法，至少具有如下技术效果：本检测方法通过测量第二轮箱108在Z轴导轨103上的位置变化，并对记录的数据进行分析，能分析不同缺陷带来的影响，判断测量的第一锥齿轮和第二锥齿轮的质量是否合格。
在本发明的一些实施例中，在自动对齿的时候，弹性顶持机构顶持第二轮箱108，电机丝杠机构116驱动弹性顶持机构移动而带动第二轮箱108移动，如果弹性顶持机构移动的距离大于位移检测装置检测到的第二轮箱108移动的距离，则自动对齿失败，此时将第二轮箱108退回到原位，并让第二锥齿轮转动一个角度，然后再重新将第二轮箱108移动到准备对齿的位置，继续对齿。可以理解的是，电机丝杠机构116驱动丝杠移动的距离可以设定，第二轮箱108实际移动的距离可以通过位移检测装置直观反映。理论上，弹性顶持机构移动的距离与第二轮箱108移动的距离应该相等，如果弹性顶持机构移动的距离大于第二轮箱108移动的距离的情况，则说明第一锥齿轮和第二锥齿轮对齿失败。
具体地，先将第二锥齿轮和第一锥齿轮分别装载在第二轮箱108和第一轮箱106上，将第一轮箱106沿X轴导轨102和Y轴导轨105运动到标准安装距位置；将两个气缸114的伸缩杆伸出并抵靠在第二轮箱108的侧壁，然后通过驱动电机丝杠机构116来移动第二轮箱108进行自动对齿，如果对齿失败，需要将第二轮箱108朝反方向运动到原位，并将第二锥齿轮转动一个角度后再重新对齿。完成对齿后，气缸114收回，继续将第二轮箱108朝第一轮箱106靠近的方向运动，在运动过程中弹簧112会产生压缩，当弹簧112压缩到一定量后触发信号开关115，表明第二锥齿轮与第一锥齿轮实现了双面啮合，此时第二轮箱108停止运动。启动第二转动主轴109转动，第二锥齿轮带动第一锥齿轮转动，在本实施例中，为了防止齿面损伤，第二转动主轴109的转速控制在5～10rpm。此时弹簧112对第二轮箱108施加有压力，第一锥齿轮和第二锥齿轮不是刚性接触，减小齿面损伤的可能。锥齿轮转动时，由于齿轮的跳动和毛刺等缺陷的存在，第二轮箱108在Z轴导轨103上将产生位置变化光栅尺记录下这一位置变化。本实施例中，采样频率为100Hz，采样周期为第一锥齿轮旋转一圈，根据光栅尺记录的数据绘制缺陷曲线。
然后对测得的数据进行离散傅里叶变化：
Figure GDA0004036319130000091
x(t)为传动误差的时域信号，t为时间，X(f)为转换后的频域信号。可以区分第一锥齿轮的跳动频率、第二锥齿轮的跳动的频率、毛刺或者划痕频率等不同缺陷：
Figure GDA0004036319130000092
第一锥齿轮的跳动频率为Prpm/60，第二锥齿轮的跳动频率为Prpm/60*N1/N2；Prpm为第一锥齿轮的转速，N1代表第一锥齿轮的齿数。
X(f)根据不同的频率滤波之后得到滤波后的频域信号X(m)，再通过下式进行逆傅里叶变换：
Figure GDA0004036319130000093
可以得到第一锥齿轮的跳动、第二锥齿轮的跳动以及毛刺或划痕的时域值X(n)，将每个缺陷的时域值与跳动、毛刺或划痕公差进行比较，可以判断测量的第一锥齿轮和第二锥齿轮的缺陷是否在标准范围内，如果在标准范围内，表示第一锥齿轮和第二锥齿轮的双面啮合检测通过，产品质量合格；如果不在标准范围内，则不表示第一锥齿轮和/或第二锥齿轮的质量不合格。
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)

1.一种螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，其特征在于，包括：
机床，沿水平方向设有相互垂直的X轴导轨、Z轴导轨；
立柱，滑动设置在所述X轴导轨上，侧面设有沿与竖直方向平行的Y轴导轨；
第一轮箱，滑动设置在所述Y轴导轨上，设有用于安装第一锥齿轮的第一转动主轴；
第二轮箱，滑动设置在所述Z轴导轨上，设有用于安装第二锥齿轮的第二转动主轴；
弹性顶持机构，位于所述第二轮箱远离所述第一轮箱的一侧，所述弹性顶持机构设置有安装座、导杆、弹簧，所述安装座滑动设置在所述Z轴导轨上，所述导杆的一端固定连接所述第二轮箱、另一端穿设于所述安装座上并且在所述导杆末端设置有防脱头部，所述弹簧套设在所述导杆上并且一端顶持所述第二轮箱、另一端顶持所述安装座；
位移检测装置，设置在所述机床上，用于检测所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮双面啮合时第二轮箱的位置变化。
2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，其特征在于：所述位移检测装置为光栅检测装置。
3.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，其特征在于：所述安装座上还设置有气缸，所述气缸的伸出端朝向所述第二轮箱，在所述气缸伸出并抵接第二轮箱时，所述防脱头部抵接所述安装座，且所述弹簧处于自然长度或者压缩状态。
4.根据权利要求3所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，其特征在于：所述安装座远离所述第二轮箱的一侧设有用于驱动所述安装座移动的电机丝杠机构。
5.根据权利要求4所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置，其特征在于：所述机床对应第一锥齿轮和第二锥齿轮欲啮合的位置设有信号开关，所述信号开关用于检测所述第二锥齿轮是否运动到与所述第一锥齿轮实现双面啮合的位置。
6.一种螺旋锥齿轮双面啮合检测方法，其特征在于，所述检测方法应用权利要求1所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测装置；首先将待测的所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮对应安装在所述第一轮箱和所述第二轮箱上，所述第一轮箱沿所述X轴导轨和Y轴导轨上的运动到达标准安装距位置，所述第二轮箱沿所述Z轴导轨运动到准备对齿的位置，然后完成第一锥齿轮和第二锥齿轮的自动对齿；在所述Z轴导轨上设有位于所述第二轮箱远离所述第一轮箱的一侧的弹性顶持机构，通过所述弹性顶持机构推动第二轮箱滑动直到消除所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的侧隙，完成所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的双面啮合；接着所述第二转动主轴转动，所述第二锥齿轮转动并带动所述第一锥齿轮转动；所述位移检测装置检测并记录所述第二轮箱的位置变化；最后对测得的数据进行傅里叶变化，区分不同缺陷，对单一缺陷进行逆傅里叶变换得到单一缺陷的时域值，将处理后得到的时域值与公差相比较，判断所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮的制造是否合格。
7.根据权利要求6所述的螺旋锥齿轮双面啮合检测方法，其特征在于：所述弹性顶持机构设置有安装座、导杆、弹簧，所述安装座滑动设置在所述Z轴导轨上，
所述导杆的一端固定连接所述第二轮箱、另一端穿设于所述安装座上并且在所述导杆末端设置有防脱头部，所述弹簧套设在所述导杆上并且一端顶持所述第二轮箱、另一端顶持所述安装座；所述安装座上还设置有气缸，所述气缸的伸出端朝向所述第二轮箱，在所述气缸伸出并抵接第二轮箱时，所述防脱头部抵接所述安装座，且所述弹簧处于自然长度或者压缩状态，所述安装座远离所述第二轮箱的一侧设有用于驱动所述安装座移动的电机丝杠机构；在自动对齿的时候，所述弹性顶持机构顶持所述第二轮箱，所述电机丝杠机构驱动弹性顶持机构移动而带动所述第二轮箱移动，如果所述弹性顶持机构移动的距离大于所述位移检测装置检测到的所述第二轮箱移动的距离，则自动对齿失败，此时将所述第二轮箱退回到原位，并让所述第二锥齿轮转动一个角度，然后再重新将所述第二轮箱移动到准备对齿的位置，继续对齿。
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