CN113478025B - 用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密加工和测试技术领域，涉及用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构。其结构包括：自由轮组件、电动直线滑台、L板、立柱滑台、立柱底座和平台；通过电动直线滑台带动自由轮组件运动，进而利用自由轮与左、右基圆盘间的压力的水平分量滚动组件在导轨上做纯滚动运动；自由轮的自由外圆柱面为具有合适硬度和弹性的聚氨酯塑料或橡胶，可减小该装置的误差及外界干扰等因素对齿轮渐开线样板加工和测量的影响，具有一定的硬度又可以保证自由轮自身的精度和驱动的精度；且滚动组件的受力点和驱动力大小可调；该装置可用于高精度渐开线纯滚动展成装置的驱动，具有良好的市场应用前景与推广价值。
Description
技术领域
本发明属于精密加工和测试技术领域，涉及一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构。
背景技术
渐开线廓形是目前使用最普遍、加工工艺最成熟的一种齿轮廓形，广泛应用于减/变速器、齿轮刀具、高端装备、工业机器人等各个领域。代表齿轮渐开线最高加工精度的器件是用于齿轮渐开线量值传递基准的齿轮渐开线样板。齿轮渐开线样板是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具，主要用于传递齿轮渐开线参数量值、修正仪器示值和确定仪器示值误差。
发明专利【ZL201510091994.7】公开了一种高精度径向可调式齿轮渐开线样板及其调整方法，发明专利【ZL201610847011.2】公开一种大齿轮渐开线样板，专利【ZL201711393983.X】公开了一种自安装基准等公法线齿轮渐开线样板，这些公开的专利均提到了一种齿轮渐开线样板的新结构，但都没有涉及加工和检测齿轮渐开线样板的具体装置与方法。
齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010规定了齿轮渐开线样板的等级分1级和2级。1级齿轮渐开线样板的齿廓形状公差ffαT对应于基圆半径rb≤100mm、100mm<rb≤200mm、200mm<rb≤300mm和300mm<rb≤400mm分别为1.0μm、1.4μm、1.7μm和2.1μm；展长对应于基圆半径rb＝100mm、200mm、300mm、400mm应不小于70mm、105mm、140mm和160mm；渐开线齿廓面的表面粗糙度不大于Ra 0.1。日本国家计量院(NMIJ)开发出了激光测量渐开线的基准装置，所用渐开线样板的基圆半径为57.5mm，齿廓形状偏差为0.5μm，展长为30mm；英国纽卡斯尔大学齿轮测量国家实验室(NGML)于2004年进行的齿轮样板国际比对中，提供了一件基圆半径100mm、展长38mm，齿廓形状偏差为0.2μm的齿轮渐开线样板；联邦德国物理技术研究PTB于2009年研制了一种齿顶圆直径1000mm的扇形大齿轮样板，其渐开线的展长为120mm，齿廓形状偏差为1.8μm左右；2011年PTB又设计制造了一种齿顶圆直径约为2000mm的大齿圈标准样板，其渐开线的展长约为84mm，齿廓形状偏差约为2μm；大连理工大学高精度齿轮研究室研制齿顶圆半径为64mm，展长为30mm，齿廓形状偏差约为1.3μm的标准齿轮；以上齿轮标准器为国际上精度较高的齿轮渐开线标准器，但均不满足1级精度齿轮渐开线样板的精度要求；
国外内暂无满足1级精度齿轮渐开线样板加工与测试需求的加工装置与测量仪器，开发出满足1级精度齿轮渐开线样板加工与测量装置成为当务之急。
直线绕圆做纯滚动，直线上任意一点的运动轨迹就是以该圆为基圆的渐开线，这是渐开线基本的生成原理。德国联邦物理技术研究院(PTB)、日本国家计量科学研究院和大连理工大学高精度齿轮研究室曾开发出双基圆盘式展成机构用于高精度齿轮的测量，德国联邦物理技术研究院(PTB)、日本国家计量科学研究院的双基圆盘式展成机构采用橡胶软带驱动基圆盘做纯滚动，但驱动速度会引起橡胶软带的振动进而影响纯滚动的精度；大连理工大学高精度齿轮研究室的双基圆盘式展成机构采用直线导轨和两顶尖直接驱动滚动组件的两端中心孔，由于顶尖和滚动组件的中心孔之间为滑动摩擦，驱动阻力大且纯滚动的精度不高。双基圆盘式渐开线纯滚动展成装置的驱动方式仍有较大的提升空间。
发明内容
为提高渐开线纯滚动展成装置的驱动精度，本发明提供了一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，包括：自由轮组件、电动直线滑台、L板、立柱滑台、立柱底座和平台；其中，自由轮组件包括：自由轮、左自由轮支架、右自由轮支架、转接板；
自由轮内有轴承；左、右自由轮支架上各加工有两个呈设定角度的自由轮定位槽，用于安装自由轮并可以调整自由轮的安装位置以满足不同规格的滚动组件的驱动要求，左、右自由轮支架上各安装两个对称自由轮，左、右自由轮支架对称固定在转接板上组成自由轮组件，自由轮组件通过转接板固定在电动直线滑台上；电动直线滑台固定在L板上，L板固定在立柱滑台上，立柱滑台固定在立柱底座上，立柱底座固定在平台上。
当滚动组件的直径跨距较小时，可通过调节立柱滑台实现不同规格的滚动组件的驱动，当滚动组件的直径跨距较大时，可通过更换立柱底座实现不同规格的滚动组件的驱动。
通过调整各部件间的相对安装位置和各部件的尺寸，使自由轮的母线静止和运动时均平行于基圆盘定位挡板和导轨。
通过调整自由轮组件的安装高度，以调整自由轮组件施加给滚动组件的压力的合力为5-50N。
本发明的有益效果在于，发明一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，通过电动直线滑台带动自由轮组件运动，进而利用自由轮与左、右基圆盘间的压力的水平分量驱动滚动组件在导轨上做纯滚动运动，自由轮的外圆柱面为具有合适硬度和弹性的聚氨酯塑料，可减弱自由轮组件和电动直线滑台的运动误差及来自驱动装置自身和外界的震动等干扰对齿轮渐开线样板加工和测量的影响，具有一定的硬度又可以保证自由轮自身的精度和驱动的精度；自由轮内含轴承，在驱动过程中自由轮在摩擦力的作用下自转，不易引起滚动组件相对于导轨的滑动；通过调整自由轮的安装位置可以调整滚动组件的受力点，通过微调立柱滑台滑块的位置可以控制自由轮对基圆盘的压力进而控制滚动组件与导轨之间的压力大小；该装置可用于高精度渐开线纯滚动展成装置的驱动，具有良好的市场应用前景与推广价值。
附图说明
图1一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构；
图2自由轮组件；
图3自由轮；
图4自由轮支架；
图5电动直线滑台；
图6 L板；
图7立柱滑台；
图8纯滚动展成装置；
图中：1自由轮组件；1-1自由轮；1-1-1外圆柱面；1-1-2自由轮定位面；1-2左自由轮支架；1-2-1自由轮定位槽；1-2-2支架定位面；1-2-3自由轮定位面A；1-2-4自由轮定位面B；1-3右自由轮支架；1-4转接板；2电动直线滑台；2-1直线滑台滑块；2-2直线滑台定位面；3L板；3-1电动直线滑台定位面；3-2加强筋；3-3L板定位面；4立柱滑台；4-1立柱滑台滑块；4-2立柱滑台定位面；5立柱底座；6大理石平台；7纯滚动展成装置；7-1滚动组件；7-1-1左基圆盘；7-1-2右基圆盘；7-2导轨；7-3基圆盘定位挡板。
具体实施方式
本发明提供的一种用于高精度渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，包括：自由轮组件1、电动直线滑台2、L板3、立柱滑台4、立柱底座5和大理石平台6；其中自由轮组件1包括：自由轮1-1，左、右自由轮支架1-2、1-3，转接板1-4。
安装时，先将立柱底座5通过螺钉预拧紧在大理石平台6上，大理石平台6选用0级大理石，立柱底座5和大理石平台6的工作面均经精密研磨，立柱底座5两工作面的平面度误差不大于1μm，两工作面间的平行度误差不大于3μm；立柱滑台4选用带锁紧装置的手动滑台，通过螺钉预拧紧在立柱底座5上，立柱滑台4的工作段内，立柱滑台滑块4-1与立柱滑台定位面4-2的垂直度误差不大于3μm，立柱滑台4工作段内的非轴向误差不大于5μm，根据滚动组件7-1的规格选择合适高度的立柱底座5和合适行程的立柱滑台4，当驱动不同规格的滚动组件7-1时，如果直径跨度较小时，可通过调节立柱滑台4实现不同规格的滚动组件7-1的驱动，当直径跨度较大超出立柱滑台4的调节范围时，可通过更换立柱底座5实现不同规格的滚动组件7-1的驱动。
再将L板3通过螺钉预拧紧在立柱滑台滑块4-1上，L板3的电动直线滑台定位面3-1和L板定位面3-3经精密研磨，两面的平面度误差不大于1μm，两面间的夹角略小于90°以抵消L板3悬挂自由轮组件1和电动直线滑台2后产生的变形；左、右自由轮支架1-2、1-3，转接板1-4和电动直线滑台2的基体均为铝合金材料以减少L板3的受力变形及防止该装置倾覆，悬挂自由轮组件1和电动直线滑台2后的电动直线滑台定位面3-1和L板定位面3-3间的垂直度误差不大于2μm，L板3上布有加强筋3-2以提升刚度。
自由轮1-1的外圆柱面1-1-1选用肖氏硬度为A70-A90的聚氨酯材料，外圆柱面1-1-1的长度比导轨8的宽度短1-2mm，自由轮1-1的外径为30-50mm，聚氨酯厚度为5-8mm，外圆柱面1-1-1相对于回转轴线的径向跳动误差不大于3μm，自由轮定位面1-1-2相对于回转轴线的端面跳动误差不大于1μm；左、右自由轮支架1-2、1-3上加工有两个夹角为120°的自由轮定位槽1-2-1，用于安装自由轮1-1并可以调整安装自由轮1-1的位置以满足不同规格的滚动组件7-1的驱动要求，左、右自由轮支架1-2、1-3上各对称布置两个自由轮1-1，左、右自由轮支架1-2、1-3的支架定位面1-2-2的平面度误差不大于1μm，支架定位面1-2-2与自由轮定位面B1-2-4间的垂直度误差不大于2μm，自由轮定位面A1-2-3和自由轮定位面B1-2-4间的平行度误差不大于2μm，自由轮1-1上加工有外螺纹，通过螺母安装在自由轮支架1-2上，自由轮定位面1-1-2与自由轮定位面A1-2-3接触，自由轮定位面B1-2-4与螺母间安装十字垫圈或弹性垫圈，避免螺母与自由轮定位面B1-2-4直接刚性接触影响自由轮1-1的定位精度。
先将自由轮1-1安装在左、右自由轮支架1-2、1-3的最外端，将左、右自由轮支架1-2、1-3通过螺钉对称连接在转接板1-3上组成自由轮组件1，转接板1-3两定位面间的平行度误差不大于2μm；自由轮组件1通过螺钉安装在电动直线滑台2上；电动直线滑台2的工作段内直线滑台滑块2-1和直线滑台定位面2-2的平行度误差不大于3μm，电动直线滑台2工作段内的非轴向误差不大于5μm；电动直线滑台2通过螺钉连接在L板3上；上述步骤中涉及的螺钉均先预拧紧。
调整立柱滑台4和立柱底座5的安装位置，使自由轮1-1的外圆柱面1-1-1处在导轨7-2中间位置；调整L板3在立柱滑台滑块4-1上的安装位置，使电动直线滑台2在工作段内直线滑台滑块2-1相对于导轨7-2的运动直线度误差不大于10μm；调整电动直线滑台2的安装位置使工作段内直线滑台滑块2-1相对于基圆盘定位挡板7-3间的运动垂直度误差不大于10μm；调整直线滑台滑块2-1和立柱滑台滑块4-1的位置，使左、右自由轮支架1-2、1-3一端的自由轮1-1与导轨7-2和基圆盘定位挡板7-3相接触，通过光隙法观察自由轮1-1与导轨7-2和基圆盘定位挡板7-3的接触情况，调整左、右自由轮支架1-2、1-3和转接板1-4的位置，使自由轮1-1的外圆柱面1-1-1与导轨7-2和基圆盘定位挡板7-3相接触且存在均匀蓝色光隙；拧紧上述预拧紧的螺钉，并松开自由轮1-1。
提升立柱滑台滑块4-1，将滚动组件7-1放置在导轨7-2上，且将滚动组件7-1压紧在基圆盘定位挡板7-3上，放下立柱滑台滑块4-1，将自由轮1-1压向左、右基圆盘7-1-1、7-1-2，调整自由轮1-1的安装位置，左、右基圆盘7-1-1、7-1-2各由两个自由轮1-1驱动，同侧的两自由轮1-1与左、右基圆盘7-1-1、7-1-2的接触线和左、右基圆盘7-1-1、7-1-2中心轴线连线的夹角约为60°；为保证四个自由轮1-1的驱动力基本一致，利用光隙法观察自由轮1-1与左、右基圆盘7-1-1、7-1-2的接触状态，自由轮1-1与左、右基圆盘7-1-1、7-1-2间均存在均匀蓝色光隙时拧紧自由轮1-1；通过调整立柱滑台滑块4-1的位置即可调整自由轮1-1对左、右基圆盘7-1-1、7-1-2的压紧力进而调整滚动组件7-1与导轨之间7-2的压力大小，自由轮组件1施加给滚动组件7-1的压力的合力为5-50N。
使用时，电动直线滑台2带动自由轮组件1运动，进而利用自由轮1-1与左、右基圆盘7-1-1、7-1-2间的压力的水平分量驱动滚动组件7-1在导轨7-2上做纯滚动。
Claims (5)
1.用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，其特征在于，包括：自由轮组件(1)、电动直线滑台(2)、L板(3)、立柱滑台(4)、立柱底座(5)和平台(6)；其中，自由轮组件(1)包括：自由轮(1-1)、左自由轮支架(1-2)、右自由轮支架(1-3)、转接板(1-4)；
自由轮(1-1)内有轴承；左、右自由轮支架上各加工有两个呈设定角度的自由轮定位槽(1-2-1)，用于安装自由轮(1-1)并可以调整自由轮(1-1)的安装位置以满足不同规格的滚动组件(7-1)的驱动要求，左、右自由轮支架上各安装两个对称自由轮(1-1)，左、右自由轮支架对称固定在转接板(1-4)上组成自由轮组件(1)，自由轮组件(1)通过转接板固定在电动直线滑台(2)上；电动直线滑台(2)固定在L板(3)上，L板(3)固定在立柱滑台(4)上，立柱滑台(4)固定在立柱底座(5)上，立柱底座(5)固定在平台(6)上。
2.根据权利要求1所述的用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，其特征在于，外圆柱面(1-1-1)材料为聚氨酯塑料或橡胶。
3.根据权利要求1所述的用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，其特征在于：通过调整各部件间的相对安装位置和各部件的尺寸，使自由轮(1-1)的摩擦外圆柱面(1-1-1)的母线静止和运动时均平行于基圆盘定位挡板(7-3)和导轨(7-2)；通过电动直线滑台(2)带动自由轮组件(1)运动，进而利用自由轮(1-1)与左、右基圆盘间的压力的水平分量驱动滚动组件(7-1)在导轨(7-2)上做纯滚动运动；通过调整自由轮(1-1)的安装位置调整滚动组件(7-1)的受力点，通过微调立柱滑台滑块(4-1)的位置控制自由轮(1-1)对左、右基圆盘的压力进而控制滚动组件(7-1)与导轨之间正压力的大小；通过调节立柱滑台(4)或更换立柱底座(5)实现不同规格的滚动组件(7-1)的驱动。
4.根据权利要求1所述的用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，其特征在于：通过调整各部件间的相对安装位置和各部件的尺寸，使自由轮的母线静止和运动时均平行于基圆盘定位挡板和导轨。
5.根据权利要求1所述的用于渐开线纯滚动展成装置的自由轮驱动机构，其特征在于：通过调整自由轮组件的安装高度，以调整自由轮组件施加给滚动组件的压力的合力为5-50N。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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