專利名稱：錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機床制造行業(yè)，主要用于錐齒輪制造企業(yè)、研究機構等。
背景技術：
錐齒輪滾動檢查機用于模擬輕載操作條件下齒輪副的運轉檢查，主要有兩大用途其一，齒輪副的對滾，檢驗出齒輪副接觸的缺陷，以便在銑齒或者磨齒的試配過程中進行各種修正；其二，評價錐齒輪副的質量，例如對接觸區(qū)的好壞，對變形適應性的強弱進行評價等。正交軸滾動檢查機主要由床身、沿X方向移動的主動箱體、沿Y方向移動的立柱、沿Z方向移動的從動箱體以及這三個方向的導軌和絲桿-螺母副、主軸電機、摩擦加載裝置等部分組成。在絲桿末端安裝手輪，通過手動旋轉手輪來調整主、從動箱體和立柱的安裝位置；主軸電機采用雙速交流異步電動機，主軸只能處于高速或者低速兩個運行狀態(tài)；采用摩擦加載方式，加載裝置由杠桿、凸輪機構、摩擦片等部件組成，杠桿與凸輪之間由鉸鏈連接。作用在加載裝置的杠桿上的力通過凸輪機構作用于安裝在從動主軸上摩擦片，產生摩擦阻力矩，達到加載的目的，載荷的大小由操作人員施加在杠桿上力的大小確定。錐齒輪傳動質量的評價主要依靠檢驗人員觀察錐齒輪副的接觸區(qū)形態(tài)以及憑經驗評判錐齒輪傳動的噪聲，缺乏定量的評定手段。而且，錐齒輪副的安裝距、載荷以及轉速，對其接觸區(qū)形態(tài)以及運轉噪聲有較大的影響，準確控制安裝距、轉速和載荷對評定錐齒輪傳動質量起著至關重要的作用。因此，克服上述檢測方法的缺點，設計一種能夠定量反映錐齒輪傳動質量以及對錐齒輪最佳安裝距進行追蹤的檢測設備，對提高我國錐齒輪制造的水平具有重要的意義。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種能夠自動地完成錐齒輪傳動質量的檢測，智能地評判錐齒輪傳動質量并能夠進行最佳安裝距追蹤的檢測系統(tǒng)，主要用于錐齒輪生產企業(yè)以及實驗室，可靠、高效、方便地完成錐齒輪傳動質量檢測工作。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是這樣的即一種錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)，包括床身、沿X方向移動的主動箱體、沿Y方向移動的立柱、沿Z方向移動的從動箱體以及這三個方向的導軌和絲桿-螺母副；其中主動箱體內具有軸線沿Y方向的主動主軸，主動主軸由主軸電機驅動，所述主動主軸及從動主軸上分別夾持待檢測的錐齒輪副；從動箱體內具有軸線沿X方向的從動主軸；其特征是從動主軸通過傳動機構及扭矩轉速傳感器與加載器連接，所述主軸電機、加載器的控制信號端分別通過主軸電機控制器、加載控制器與數(shù)據(jù)采集卡連接，端扭矩轉速傳感器的輸出信號端與扭矩轉速測量卡連接，它們構成轉速及載荷檢測控制裝置；在沿所述導軌的附近安裝有直線光柵，并在各導軌旁安裝原點開關及限位開關；由伺服電機或其傳動機構分別帶動所述絲桿-螺母副中的絲桿旋轉，由絲桿帶動螺母及與螺母固定的主動箱體、從動箱體及立柱沿X、Z、Y方向移動，所述伺服電機分別由伺服驅動器控制，所述伺服驅動器及原點開關、限位開關與運動控卡連接，所述直線光柵的輸出信號一路與所述伺服驅動器連接，另一路與運動控卡，它們構成位置控制機構；所述主動和從動箱體上安裝加速度傳感器，在主動或從動箱體上安裝聲級計，所述電荷放大器與聲級計的輸出端分別輸入數(shù)據(jù)多功能采集卡的模擬量輸入通道相連，構成振動、噪聲檢測機構；在主動主軸和從動主軸上分別安裝角度編碼器，角度編碼器的輸出信號連接到高速可逆計數(shù)卡，構成傳動誤差檢測機構；所述數(shù)據(jù)采集卡、扭矩轉速測量卡、運動控制卡及高速可逆計數(shù)卡與工業(yè)控制PC總線連接。
在上述結構中，由工業(yè)控制PC+運動控制卡+伺服電機+滾珠絲桿+直線光柵的結構形式構成三軸高精度位置閉環(huán)數(shù)字控制機構，用以調整主、動箱體和立柱位置；在從動箱體內部安裝步進電機，步進電機軸向與主軸方向平行，兩者之間通過齒輪連接，構成對齒機構。調整過程中如果發(fā)生齒頂碰撞，對齒機構使齒輪旋轉，達到對齒的目的；使用交流變頻器控制主軸電機轉速，使用磁粉加載器加載，主軸電機與主動主軸之間以及扭矩轉速傳感器與從動主軸之間均采用帶傳動連接，從動齒輪主軸和加載器之間通過聯(lián)軸器連接，工業(yè)控制PC通過扭矩轉速測量卡來檢測載荷和轉速，工業(yè)控制PC經過數(shù)字PID計算以后輸出載荷、轉速控制信號，從而構成閉環(huán)載荷、轉速控制系統(tǒng)；安裝在主動和從動箱體上的壓電式加速度傳感器與分別電荷放大器相連接，安裝在錐齒輪副的嚙合點附近的麥克風與聲級計相連接，電荷放大器與聲級計的輸出端分別輸入數(shù)據(jù)多功能采集卡的模擬量輸入通道相連，構成振動、噪聲檢測機構。在主動主軸和從動主軸上分別安裝高分辨率角度編碼器，將角度編碼器的輸出信號連接到高速可逆計數(shù)卡，結合工業(yè)控制PC內部高精度時鐘，構成傳動誤差檢測機構。


圖1是錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)結構的主視圖；圖2是錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)結構的俯視圖；
圖3是錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)控制原理框圖；圖4是主動箱體位置調整裝置示意圖；圖5是載荷、轉速控制原理框圖；圖6是對齒裝置結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對實用新型作進一步說明。
如圖1、圖2分別為錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)結構的主視圖和俯視圖，它主要由床身、導軌、主動箱體、從動箱體、立柱、位置伺服控制及其傳動裝置、加載器、主軸驅動裝置、扭矩轉速傳感器、振動及噪聲檢測系統(tǒng)、觸摸顯示器等部分組成。圖1中，各個零部件為1-床身，2、23、33-伺服電機，3、22、24-同步齒形帶，4、10、25-同步齒形帶輪，5、8、31-為導軌，6、20、32-滾珠絲桿，7-從動箱體，9-立柱，11-加速度傳感器，12-從動齒輪夾具，13-聲級計，14-從動齒輪，15-主動齒輪，16-主動箱體，17-直線光柵，18-觸摸屏，19-觸摸屏支架，21-從動主軸，26-扭矩轉速傳感器，27-聯(lián)軸器，28-加載器，29-聲級計支架，30-主動主軸。主軸電機安裝在床身內部，其輸出軸與主動主軸30平行，主軸電機通過三角帶與主動主軸30連接。安裝在立柱9上的加載器28和扭矩轉速傳感器26通過聯(lián)軸器27相連接，從動主軸21通過同步齒形帶24與扭矩轉速傳感器26連接。在主動主軸30和從動主軸26上分別安裝高分辨率的角度編碼器，用以測量傳動誤差。在從動箱體14內部安裝，與從動主軸21平行安裝一臺步進電機，分別在從動主軸與步進電機軸上安裝兩個相互嚙合的齒輪，構成對齒機構，當齒頂碰撞時用作旋轉從動主軸21。
交流伺服電機33與滾珠絲桿32直接連接，滾珠絲桿32與安裝在主動箱體16上的螺母構成絲桿-螺母副，主動箱體16與導軌31構成移動副，在床身1上與導軌31平行安裝直線光柵17。交流伺服電機33、滾珠絲桿32、螺母、導軌31、主軸箱體16構成從動齒輪安裝距(X向)調整機構。
交流伺服電機2通過同步齒形帶3與滾珠絲桿20連接，滾珠絲桿20與安裝在立柱9上的螺母構成絲桿-螺母副，立柱9與導軌5構成移動副，在床身1上與導軌5平行安裝直線光柵。交流伺服電機2、滾珠絲桿20、螺母、導軌5、立柱9構成主動齒輪安裝距(Y向)調整機構。
交流伺服電機23通過同步齒形帶22與滾珠絲桿6連接，滾珠絲桿22與安裝在從動箱體7上的螺母構成絲桿-螺母副，從動箱體7與導軌8構成移動副，在床身1上與導軌5平行安裝直線光柵。交流伺服電機23、滾珠絲桿22、螺母、導軌8、從動箱體7構成偏置距(Z向)調整機構。
如圖2為錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)控制原理框圖。測試控制系統(tǒng)以工業(yè)控制PC為核心，在工業(yè)控制PC上安裝數(shù)據(jù)采集卡、運動控制卡、高速可逆計數(shù)卡和扭矩轉速測量卡等接口板卡，用于采集信號以及輸出控制信號。
振動、噪聲信號分別與數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入端口連接，主軸電機的轉速控制信號、加載器的勵磁電流控制信號分別與數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸出端口連接，主軸電機的旋轉方向控制信號、步進電機的控制信號均與數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出端口連接。
限位信號、原點信號分別與運動控制卡的限位信號端口、原點信號端口連接，用以限位和確定機床的電氣原點。直線光柵的輸出分別與伺服驅動器以及運動控制卡的光柵信號輸入端口連接，用以確定箱體和立柱的位置。運動控制卡的運動控制脈沖指令與方向控制指令輸出端口分別與伺服驅動器的運動指令與方向指令的輸入端口相連接用以發(fā)送伺服電機運動控制指令。
安裝在主動主軸30上的角度編碼器輸出的A、B兩相信號與高速可逆計數(shù)卡上1通道的A、B兩相輸入端口相連接。同樣，安裝在從動主軸21上的角度編碼器輸出的信號與高速可逆計數(shù)卡上的2通道的對應端口相連接，構成傳動誤差檢測裝置。從動齒輪的理論轉角與實際轉角之差值，為傳動誤差，不同的轉角對應的傳動誤差，形成傳動誤差曲線。
扭矩轉速傳感器的輸出信號與扭矩轉速測量卡的輸入端口相連接，通過扭矩轉速測量卡測量從動主軸26的轉速和加載器28的輸出轉矩。
如圖4為主動箱體位置調整裝置示意圖，它主要由伺服電機、滾珠絲桿-螺母副、直線光柵構成位置調整系統(tǒng)。圖3中，各個零部件為1-機身，31-導軌，34-標尺光柵，16-主動箱體，35-指示光柵，36-螺母，32-滾珠絲桿，33-伺服電機。直線光柵17由標尺光柵34和指示光柵35組成，二者分別安裝在主動箱體16以及機身1上，標尺光柵34隨主動箱體16一起運動。運動控制卡根據(jù)工業(yè)控制PC發(fā)出的控制指令向交流伺服驅動器發(fā)送應的控制脈沖信號，脈沖信號的頻率決定主動箱體16的運動速度，脈沖的個數(shù)決定主動箱體16的位移。標尺光柵34隨主動箱體16一起移動時，指示光柵35將主動箱體16的直線位移以電脈沖的形式反饋到交流伺服驅動器41和運動控制卡，分別作為位置閉環(huán)調整的位移反饋信號以及位置顯示。限位開關分別安裝在導軌的兩端，與運動控制卡相連接，主動箱體16接觸限位開關時，使限位開關閉合，運動控制卡的限位信號端口得到信號后停止輸出控制脈沖，起到保護作用。接近開關用作原點開關，它與運動控制卡的原點信號端口相連，用作確定箱體確定其電氣原點。限位開關和接近開關均采用直流24V電源供電。也可以將標尺光柵34和指示光柵35分別按照上述方式在安裝機身和主動箱體上。從動箱體和立柱的位置調整控制與主動箱體的位置控制相同。
圖5為載荷、轉速控制原理框圖，采用交流變頻電機驅動主動齒輪，在從動主軸與加載器之間安裝扭矩轉速傳感器，扭矩轉速傳感器輸出2路頻率相同具有一定的相位差的正弦信號，將這兩路信號接入扭矩轉速測量卡。數(shù)據(jù)采集卡輸出的模擬信號與加載控制器的控制信號輸入端口連接，加載控制器輸出的端口與加載器連接，載荷大小由控制電壓決定。主軸電機控制器的輸出電流頻率受0～10V的模擬電壓控制，由兩個受開關量控制的選擇開關決定電機旋轉方向?？梢圆捎媒涣髯冾l電機作為動力源，磁粉加載器作為加載器，也可以采用直流電機作為動力源和加載器。前者用于僅用于主動齒輪驅動從動齒輪進行檢測，后者用于既需要主動齒輪驅動從動齒輪又需要從動齒輪驅動主動齒輪進行檢測的錐齒輪傳動質量檢測系統(tǒng)，后者可以用來模擬車輛下坡行駛時的狀況。
安裝在主動箱體16和從動箱體7上的加速度傳感器與分別與電荷放大器相連接。聲級計輸出兩路信號，其中一路為與噪聲分貝值相對應直流信號，另一路為表征噪聲特征的交流信號。電荷放大器輸出的振動信號與聲級計輸出的噪聲信號分別接入數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入通道，計算機進行相關的分析處理，最終對錐齒輪傳動質量作出評判。
如圖6是對齒裝置結構示意圖，步進電機38通過支架37安裝在床身1上，步進電機38的軸線與從動主軸21平行，步進電機38與從動主軸21通過分別安裝在其軸上的齒輪副39、40連接。步進電機也可以安裝在主動箱體內，與主動主軸平行。
本設施例中，工業(yè)控制PC為研華工業(yè)控制計算機，加速度傳感器采用CA-YD-107型壓電式加速度傳感器，電荷放大器為YE5851小型密封電荷放大器；伺服電機系統(tǒng)采用松下MDMA型交流伺服電機以及與之相配套的驅動器；運動控制卡采用成都步進機電生產的MPC02型三軸運動控制卡；采用湘儀NJ型扭矩轉速傳感器，CB2000扭矩轉速測量卡。角度編碼器采用H-D90高精度角度編碼器，高速可逆計數(shù)卡采用FAGOR計算機數(shù)顯卡。數(shù)據(jù)采集卡采用研華公司PCI-1711多功能數(shù)據(jù)采集卡；磁粉加載器采用CZ-1型磁粉制動器。
權利要求1.一種錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)，包括床身(1)、沿X方向移動的主動箱體(16)、沿Y方向移動的立柱(9)、沿Z方向移動的從動箱體(7)以及這三個方向的導軌(31、4、8)和絲桿-螺母副(32、20、6)；其中主動箱體內具有軸線沿Y方向的主動主軸(30)，主動主軸由主軸電機驅動，所述主動主軸(30)及從動主軸(21)上分別夾持待檢測的錐齒輪副；從動箱體內具有軸線沿X方向的從動主軸(21)；其特征是從動主軸通過傳動機構及扭矩轉速傳感器26與加載器(28)連接，所述主軸電機、加載器(28)的控制信號端分別通過主軸電機控制器、加載控制器與數(shù)據(jù)采集卡連接，端扭矩轉速傳感器的輸出信號端與扭矩轉速測量卡連接，它們構成轉速及載荷檢測控制機構；在沿導軌(31、4、8)的附近安裝有直線光柵(17)，并在各導軌旁安裝原點開關及限位開關；由伺服電機(2、23、33)或其傳動機構分別帶動所述絲桿-螺母副(32、20、6)中的絲桿旋轉，由絲桿帶動螺母及與螺母固定的主動箱體、從動箱體及立柱沿X、Z、Y方向移動，所述伺服電機(2、23、33)分別由伺服驅動器控制，所述伺服驅動器及原點開關、限位開關與運動控卡連接，所述直線光柵的輸出信號一路與所述伺服驅動器連接，另一路與運動控卡，它們構成位置控制機構；所述主動和從動箱體上安裝加速度傳感器(11)，在主動或從動箱體上安裝聲級計(13)，所述電荷放大器與聲級計的輸出端分別輸入數(shù)據(jù)多功能采集卡的模擬量輸入通道相連，構成振動、噪聲檢測機構；在主動主軸(30)和從動主軸(21)上分別安裝角度編碼器，角度編碼器的輸出信號連接到高速可逆計數(shù)卡，構成傳動誤差檢測機構；所述數(shù)據(jù)采集卡、扭矩轉速測量卡、運動控制卡及高速可逆計數(shù)卡與工業(yè)控制PC總線連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)，其特征為加載器(28)采用磁粉加載器或者電渦流制動器或者直流電機，控制其勵磁電流以控制其轉矩。
3.根據(jù)權利要求1所述的錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)，其特征為在從動箱體內部安裝步進電機，步進電機軸向與主軸方向平行，兩者之間通過齒輪連接，構成對齒機構；其中步進電機(38)通過支架(37)安裝在床身(1)上，步進電機(38)的軸線與從動主軸(21)平行、與從動主軸(21)通過分別安裝在其軸上的齒輪副(39、40)連接。
專利摘要本實用新型涉及用于自動完成錐齒輪傳動質量檢測的，并智能地評判其傳動質量并能夠進行最佳安裝距追蹤的一種錐齒輪傳動質量智能檢測系統(tǒng)。能夠自動完成錐齒輪傳動質量檢測過程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及報表管理和人機交互等輔助功能。伺服系統(tǒng)與直線光柵構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高精度位置控制；采用數(shù)字PID實現(xiàn)轉速和載荷的精確控制；使用加速度傳感器拾取主軸箱體的振動，使用聲級計拾取噪聲，并將其與錐齒輪副嚙合有關的信號作為評價傳動質量的依據(jù)；能追蹤錐齒輪副最佳安裝距以及檢測傳動誤差。它解決了傳統(tǒng)錐齒輪滾動檢查機只能定性評價錐齒輪傳動質量，不能給出錐齒輪最佳嚙合位置這一難題，對提高錐齒輪的產品質量具有重要意義。
文檔編號G01M13/02GK2809621SQ20052000912
公開日2006年8月23日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者郭曉東, 米林, 張明德 申請人:重慶工學院