CN113418494B - 旋转角度测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种旋转角度测量装置，该旋转角度测量装置包括：基座，该基座固定安装有角度编码器；传动机构，该传动机构包括传动轴和轴端部，所述传动轴可旋转地安装于所述基座，且该传动轴传动连接于所述角度编码器和所述轴端部之间；和定位机构，该定位机构包括用于夹持定位待测轴的夹持端，所述定位机构在所述传动轴的径向方向上可浮动地安装于所述轴端部。根据本申请的技术方案，提供了一种能够在一定程度上克服干扰的用于旋转轴的旋转角度测量方式。

Description

旋转角度测量装置

技术领域

本申请涉及测量领域，更具体地说，涉及一种用于旋转轴的旋转角度测量装置。

背景技术

在工作时执行旋转动作的轴类工件，其转动角度、转速以及旋转方向等参数通常需要准确把控，以保证应用该轴类工件的设备正常运行。例如发动机中的平衡轴用于在一定程度上平衡发动机活塞运动产生的惯性力，以起到改善发动机振动的目的。为实现这一目的需要保证平衡轴的转动速度与曲轴相对应，因此需要精准把控平衡轴的转速。

传统上对于轴类工件的转动角度、转速以及旋转方向等参数通常是通过编码器进行测量，将编码器的旋转轴与待测轴同步传动连接，在待测轴旋转运动的同时测量转动角度、转速以及旋转方向等参数。然而如发动机平衡轴间隙量选垫的测量中，对于发动机中的曲轴或平衡轴这样在转动过程中会产生径向或轴向振动的轴类工件来说，工件的振动可能会导致测量结果不准确，甚至导致编码器的损坏。

因此，如何在一定程度上克服上述缺陷成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种用于旋转轴的旋转角度测量装置，以实现在一定程度上克服振动干扰的用于旋转轴的旋转角度测量方式。

根据本申请，提出了一种旋转角度测量装置，该旋转角度测量装置包括：基座，该基座固定安装有角度编码器；传动机构，该传动机构包括传动轴和轴端部，所述传动轴可旋转地安装于所述基座，且该传动轴传动连接于所述角度编码器和所述轴端部之间；和定位机构，该定位机构包括用于夹持定位待测轴的夹持端，所述定位机构在所述传动轴的径向方向上可浮动地安装于所述轴端部。

优选地，所述旋转角度测量装置包括固定座，该固定座固定设置于机架，所述基座在平行于所述传动轴的方向上可移动地安装于所述固定座。

优选地，所述固定座和所述基座之间平行间隔地连接有两个弹性片，该两个所述弹性片与所述固定座和所述基座形成平行四边形结构。

优选地，所述弹性片连接于所述固定座和所述基座上的两端的厚度薄于所述弹性片中间部分的厚度。

优选地，所述旋转角度测量装置包括驱动机构，该驱动机构包括驱动座和弹性缓冲件，所述弹性缓冲件连接于所述驱动座和基座之间，所述驱动座与线性驱动器传动连接，用于沿所述传动轴的轴向方向弹性地推动或拉动所述基座移动。

优选地，所述弹性缓冲件包括导向杆和弹簧件，所述导向杆固定设置于所述驱动座和基座中的一者，且可滑动地穿过另一者，所述弹簧件的两端连接于所述驱动座和基座，且套设于所述导向杆上。

优选地，所述弹性缓冲件上设置有接近开关，该接近开关用于测量所述驱动座和基座沿所述传动轴的轴向方向的相对位移。

优选地，所述夹持端包括至少三个夹爪，该至少三个所述夹爪沿所述夹持端的周向方向间隔布置，其中至少一个所述夹爪在径向方向为可弹性浮动的；和/或所述夹持端包括至少一个拨销，该拨销偏离所述夹持端的轴心设置。

优选地，所述夹持端上设置有浮动端面，该浮动端面安装于所述夹持端的轴心位置且相对于所述传动轴的轴向方向的角度为可弹性浮动的。

优选地，所述夹持端和所述轴端部之间通过滑块连接，所述滑块沿横向方向可滑动地安装于所述轴端部且沿纵向方向可滑动地安装于所述夹持端，所述横向方向和纵向方向垂直于所述传动轴的轴向方向，且所述横向方向和纵向方向不平行。

根据本申请的技术方案，用于夹持定位待测轴的定位机构的夹持端能够在传动轴的径向方向上浮动，从而使待测轴在旋转过程中发生振动时，产生的振动被夹持端的浮动动作所消化，能够尽量减少来自待测轴的振动通过传动轴向角度编码器传导，进而能够在一定程度上消除干扰，使角度编码器获取更加准确的旋转角度测量值。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为根据本申请优选实施方式的旋转角度测量装置的立体图；

图2为图1所示的旋转角度测量装置的A-A方向剖视图；

图3为旋转角度测量装置的传动轴和定位机构的分解立体图；

图4为图3所示的定位机构的B-B方向剖视图。

具体实施方式

本申请中涉及的“轴向方向”、“径向方向”、“横向方向”和“纵向方向”等方位词是以附图中的工件所示的方向进行描述的。可以理解的是，上述方位词的描述是为了清楚表示本申请的技术方案而表示的相对位置关系，承载有本申请技术方案的产品的摆放布置方式可不限于本申请图中所示的方位关系，因此上述方位词不对本申请保护范围构成限制。

发动机平衡轴间隙量选垫过程中，需要对曲轴或平衡轴的旋转参数进行测量，由于曲轴或平衡轴在动态旋转过程中的振动可能会导致测量装置的定位机构在定位时与被测工件之间出现间隙，进而对测量结果造成影响，导致测量不准确。根据本申请提供了一种旋转角度测量装置，通过该旋转角度测量装置的定位机构的可浮动设计，从而实现在一定程度上消除工件与定位机构间的间隙量对测量结果的影响。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

如图1所示，本申请的旋转角度测量装置包括基座10、传动机构20和定位机构30。其中，基座10上固定安装有用于采集旋转动态参数的角度编码器11；传动机构20包括传动轴21和轴端部22，传动轴21可旋转地安装于基座10，且该传动轴21传动连接于角度编码器11和轴端部22之间；定位机构30包括用于夹持定位待测轴的夹持端31，定位机构30在传动轴21的径向方向上可浮动地安装于轴端部22。

根据该旋转角度测量装置，夹持端31与待测轴夹持定位后，可随待测轴的转动而转动，进而使角度编码器11通过传动轴21测量待测轴的旋转动态参数（如旋转角度、转速等）。其中，用于夹持定位待测轴的定位机构30的夹持端31能够在传动轴21的径向方向上浮动，因此能够在旋转过程中自动定心找正。而在待测轴在旋转过程中发生振动时，产生的振动能够被夹持端31的浮动动作所消化，以能够尽量减少来自待测轴的振动通过传动轴向角度编码器传导，进而在一定程度上消除干扰，使角度编码器获取更加准确的旋转角度测量值。

在测量过程中，待测轴与旋转角度测量装置的夹持端31在轴向方向上的干涉也是影响测量过程的因素之一。优选如图1和图2所示，旋转角度测量装置还可以包括固定座12，该固定座12固定设置于机架，基座10在平行于传动轴21的方向上可移动地安装于固定座12。根据该实施方式使该基座10以及安装于基座10上的传动轴21、角度编码器11和定位机构30等部件相对于所述固定座12在传动轴21的轴向方向上具备可浮动的裕度，进而降低待测轴运动产生的轴向干扰因素对测量的影响。

上述基座10相对于固定座12在平行于传动轴21的方向上可移动的方式可通过如导轨或导向杆的连接方式实现。优选如图1和图2所示，固定座12和基座10之间平行间隔地连接有两个弹性片13，该两个弹性片13与固定座12和基座10形成平行四边形结构。根据该平行四边形的结构，能够实现基座10和固定座12之间的平行弹性浮动，而且通过弹性片13的弹性连接，相比于可滑动的连接方式能够尽量减少安装间隙，并具备较高的振动吸收能力。为使基座10弹性浮动过程中弹性片13保持同步变形，弹性片13连接于固定座12和基座10上的两端的厚度优选情况下薄于弹性片13中间部分的厚度，从而使弹性片13的形变位置集中于弹性片13的两端。

旋转角度测量装置优选包括驱动机构40，以通过驱动机构40提供朝向待测轴的驱动力，从而进一步减小测量装置的定位机构30与待测轴之间的轴向间隙。如图2所示，该驱动机构40优选包括驱动座41和弹性缓冲件42，其中弹性缓冲件42连接于驱动座41和基座10之间，驱动座41与线性驱动器传动连接，用于沿传动轴21的轴向方向弹性地推动或拉动基座10移动。根据该实施方式，定位机构30靠近或定位待测轴后，线性驱动器通过驱动座41向弹性缓冲件42施加朝向待测轴的力使弹性缓冲件42压缩，从而再由弹性缓冲件向基座10施加弹性力，进而通过该弹性力起到消除定位机构30与待测轴之间的轴向间隙的作用。

弹性缓冲件42可以为有弹性材质制成的衬垫或弹簧等。优选如图2所示，弹性缓冲件42包括导向杆43和弹簧件44，其中导向杆43固定设置于驱动座41和基座10中的一者，且可滑动地穿过另一者，弹簧件44的两端连接于驱动座41和基座10，且套设于导向杆43上，从而当弹簧件44受力压缩时，导向杆43用于在驱动座41和基座10之间起到导向作用，并限定弹簧件44沿导向杆43的方向提供弹性作用力。优选地，弹性缓冲件42上还可以设置有接近开关45，该接近开关45用于测量驱动座41和基座10沿传动轴21的轴向方向的相对位移，以能够在测量过程中关注基座10相对于驱动座41在所述轴向方向上的位移状态。

早所述旋转角度测量装置的定位机构30中，夹持端31可通过涨套、夹爪或定位销等定位结构实现与待测轴的定位。优选如图3所示，夹持端31包括至少三个夹爪32，该至少三个夹爪32沿夹持端31的周向方向间隔布置，其中至少一个夹爪32在径向方向为可弹性浮动的。当待测轴的被测端部与该夹持端31定位配合时，上述至少三个夹爪32从径向方向上夹持于待测轴的外周面上，从而确定了待测轴的轴心，其中至少一个在径向方向可弹性浮动的夹爪32用于允许待测轴方便进出夹爪32之间的夹持空间。夹爪32与待测轴之间可通过摩擦配合实现夹持端31与待测轴同步转动，或者夹持端31优选包括至少一个拨销33，该拨销33偏离夹持端31的轴心设置用于与待测轴上相应的定位孔配合，从而在通过至少三个夹爪32夹持于待测轴的外周面的同时实现夹持端31与待测轴旋转角度上的定位。

上述定位机构30中，所述拨销33优选包括固定侧331和弹性侧332。如图3所示，该固定侧331固定设置于所述夹持端31，弹性侧332在所述固定侧331的径向方向上可弹性摆动地设置于所述夹持端31，且在自然状态下与固定侧331之间存在间隙。根据该拨销33，在于待测轴的定位孔配合时，在弹性侧332在定位孔的约束下靠近固定侧331，所述间隙减小，此时在弹性侧332的弹性作用下能够减少或消除拨销33与定位孔之间的配合间隙，以提高待测轴与测量装置的夹持端31旋转动作的同步性。其中，夹爪32朝向夹持端31的轴心的内侧和/或拨销33径向方向的外周面上优选设置有滚珠34。如图3所示，滚珠34用于压触于待测轴的外表面和/或定位孔的内侧壁上，从而减小定位配合过程中待测轴与夹持端31之间的摩擦，以更容易实现定为配合。

夹持端31上优选还设置有浮动端面36，该浮动端面36安装于夹持端31的轴心位置且相对于传动轴21的轴向方向的角度为可弹性浮动的。具体如图4所示，浮动端面36朝向待测轴的一侧为平面或其他与待测轴的端面相适应的形状，以能够贴合于待测轴的端面，浮动端面36安装于夹持端31的一侧通过与夹持端31之间球面或弧面配合，并设置有在自然状态下使浮动端面36复位的弹性限位件，从而在动态测量过程中通过该浮动端面36起到了待测轴与定位机构30之间轴向方向的矫正作用。尤其在前文所述的驱动机构40提供驱动力的情况下，进一步减小定位机构30与待测轴之间的轴向间隙。

根据本申请优选实施方式的旋转角度测量装置，如图3所示，夹持端31和轴端部22之间通过滑块35连接，通过设置于夹持端31、滑块35、轴端部22之间的滑杆机构，从而使滑块35沿横向方向X可滑动地安装于轴端部22且沿纵向方向Y可滑动地安装于夹持端31，横向方向X和纵向方向Y垂直于传动轴21的轴向方向，且横向方向X和纵向方向Y不平行，进而实现了夹持端31相对于传动机构20的轴端部22在垂直于传动轴21的截面上可浮动的设计。根据浮动设计，用于夹持定位待测轴的定位机构30的夹持端31能够在传动轴的径向方向上浮动，从而使待测轴在旋转过程中自动导正传动轴21和待测轴的轴线，并且在发生振动时，产生的径向或轴向振动能够被夹持端31的径向浮动以及基座10相对于固定座12的轴向弹性浮动作用所消化，因此能够尽量减少来自待测轴的振动通过传动轴向角度编码器传导，进而能够在一定程度上消除测量过程中的干扰因素，使角度编码器获取更加准确的待测轴的旋转状态下的测量参数。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (8)

1.旋转角度测量装置，其特征在于，该旋转角度测量装置包括：

基座（10），该基座（10）固定安装有角度编码器（11）；

传动机构（20），该传动机构（20）包括传动轴（21）和轴端部（22），所述传动轴（21）可旋转地安装于所述基座（10），且该传动轴（21）传动连接于所述角度编码器（11）和所述轴端部（22）之间；和

定位机构（30），该定位机构（30）包括用于夹持定位待测轴的夹持端（31），所述定位机构（30）在所述传动轴（21）的径向方向上可浮动地安装于所述轴端部（22）；

所述旋转角度测量装置包括固定座（12），该固定座（12）固定设置于机架，所述基座（10）在平行于所述传动轴（21）的方向上可移动地安装于所述固定座（12），所述固定座（12）和所述基座（10）之间平行间隔地连接有两个弹性片（13），该两个所述弹性片（13）与所述固定座（12）和所述基座（10）形成平行四边形结构。

2.根据权利要求1所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述弹性片（13）连接于所述固定座（12）和所述基座（10）上的两端的厚度薄于所述弹性片（13）中间部分的厚度。

3.根据权利要求1所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述旋转角度测量装置包括驱动机构（40），该驱动机构（40）包括驱动座（41）和弹性缓冲件（42），

所述弹性缓冲件（42）连接于所述驱动座（41）和基座（10）之间，所述驱动座（41）与线性驱动器传动连接，用于沿所述传动轴（21）的轴向方向弹性地推动或拉动所述基座（10）移动。

4.根据权利要求3所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述弹性缓冲件（42）包括导向杆（43）和弹簧件（44），

所述导向杆（43）固定设置于所述驱动座（41）和基座（10）中的一者，且可滑动地穿过另一者，所述弹簧件（44）的两端连接于所述驱动座（41）和基座（10），且套设于所述导向杆（43）上。

5.根据权利要求3所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述弹性缓冲件（42）上设置有接近开关（45），该接近开关（45）用于测量所述驱动座（41）和基座（10）沿所述传动轴（21）的轴向方向的相对位移。

6.根据权利要求1所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述夹持端（31）包括至少三个夹爪（32），该至少三个所述夹爪（32）沿所述夹持端（31）的周向方向间隔布置，其中至少一个所述夹爪（32）在径向方向为可弹性浮动的；和/或所述夹持端（31）包括至少一个拨销（33），该拨销（33）偏离所述夹持端（31）的轴心设置。

7.根据权利要求6所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述夹持端（31）上设置有浮动端面（36），该浮动端面（36）安装于所述夹持端（31）的轴心位置且相对于所述传动轴（21）的轴向方向的角度为可弹性浮动的。

8.根据权利要求1所述的旋转角度测量装置，其特征在于，所述夹持端（31）和所述轴端部（22）之间通过滑块（35）连接，

所述滑块（35）沿横向方向X可滑动地安装于所述轴端部（22）且沿纵向方向Y可滑动地安装于所述夹持端（31），

所述横向方向X和纵向方向Y垂直于所述传动轴（21）的轴向方向，且所述横向方向X和纵向方向Y不平行。

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