一种齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构

本发明属于齿轮加工技术领域，涉及一种齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构。

背景技术：

齿轮是重要的机械传动零件，广泛应用在机床、冶炼、航空航天、船舶运输、精密仪表、国防军工等各个方面，据统计，世界上每年生产的齿轮数量为2.5亿个，其中优质齿轮(精度等级在it5及以上)在1000-1400万个之间，营业额超过1000亿欧元。目前，齿轮的加工方法主要有滚齿、插齿和剃齿，这三种加工方法最高加工精度为5级；磨齿工艺可以加工高精密齿轮，最高加工精度在3级以上，但是磨齿工艺加工高精密齿轮难度大，效率低；珩齿和研齿工艺主要用来齿轮的光整加工，可以降低齿面粗糙度，却无法提高齿轮精度。已公开专利一种提高齿轮加工精度的对研装置与对研方法(zl201810466326.1)，提出了一种高精密齿轮对研装置和对研方法，采用该齿轮对研工艺可以加工高精密齿轮，但是在该专利中很多关键技术和具体机构没有给出。

公开专利一种提高齿轮加工精度的对研装置与对研方法(zl201810466326.1)要求两个对研齿轮传动比的相对误差不大于2％，提出采用两个摩擦轮和平带传动机构，但是已有的摩擦传动机构中，有刚性的摩擦轮传动，两个摩擦轮的材料都为淬硬钢，这种摩擦传动的传动比相对误差一般在0.5％～3％，虽然满足要求，但是两个刚性摩擦传动的传动摩擦因数只有0.1～0.2，容易发生打滑的现象，易造成传动比的不准确；淬硬钢和橡胶的摩擦传动，传动摩擦因数可以达到0.7，但是传动比的相对误差在4％～10％，很难实现传动比的相对误差不大于2％的要求。

技术实现要素：

为实现齿轮对研装置中两个对研齿轮的同步转动，本发明提出了一种齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构，该机构结合了柔性摩擦传动高负载的特点和刚性摩擦传动高回转精度的特点，增加传动摩擦力，两个摩擦轮分别驱动一个对研齿轮，使两个对研齿轮同步回转，以校正两对研齿轮的齿距加工精度，从而保证两个对研齿轮传动比的相对误差不大于2％的同时，还具有高的负载能力。

具体技术方案如下：

一种齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构，包括从动摩擦带轮、密珠轴套、芯轴、橡胶圈、u型架、紧定块、紧定螺钉、联轴器、电机、v型块、导轨软带、传动平带b、轴承、v型夹块、传动平带a、主动摩擦带轮轴、连杆a、端盖、轴环、连杆b；

u型架在两侧板上设有u型槽，槽内用于安装轴承和芯轴；主动摩擦带轮轴设有均布的u型环槽，每两个u型环槽的间距相同，且u型环槽的间距大于u型环槽的宽度2mm以上，槽的底部为半圆形；主动摩擦带轮轴后端设有一处矩形环槽，用来安装传动平带a，矩形环槽宽度大于传动平带a的宽度，防止两侧边摩擦使传动平带a翘起；主动摩擦带轮轴上首先安装三个轴承，其中一个轴承的外圈固定在连杆a中；另外两个轴承外圈固定在u型架中的u型槽中，用两个v型夹块配合紧定块、紧定螺钉夹紧，在夹紧状态下轴承外圈相对于u型架固定；主动摩擦带轮轴的一端通过联轴器与电机相连，电机旋转带动主动摩擦带轮轴在轴承内旋转；

从动摩擦带轮外圆面上设有均布的u型环槽和一个矩形环槽，用于安装橡胶圈和传动平带b，u型环槽的形状与主动摩擦带轮轴上的u型环槽相同，两个摩擦轮矩形环槽的形状和位置一致；在从动摩擦带轮沿轴线方向设有中心孔，用于安装密珠轴套；密珠轴套安装在芯轴上，从动摩擦带轮围绕芯轴旋转，芯轴上安装有轴承，轴承外圈固定在连杆b上，连杆b围绕芯轴旋转；再将整个密珠轴系安装在u型架的u型槽内，用v型块顶紧，芯轴在夹紧状态下，相对于u型架固定。

进一步地，上述两个摩擦轮的u型环槽中安装有多个均布的o形橡胶圈，u型环槽的槽底直径尺寸大于橡胶圈的内径尺寸2～5mm，u型环槽的宽度与o型橡胶圈的截面直径一致，橡胶圈依靠自身的弹力固定在u型环槽内；两个摩擦轮安装到位后，其上的橡胶圈相互错开一定距离，一个摩擦轮上的橡胶圈与另一个摩擦轮的金属面接触，两个摩擦轮还存在金属与金属部分的刚性接触，传动力矩通过两者的接触摩擦力产生。

进一步地，上述每个橡胶圈安装后的外圈最大尺寸大于摩擦轮外圈直径1～2mm左右，这样两个摩擦轮在压紧接触状态下，橡胶圈会变形，增加与摩擦轮刚性部分的接触面积，从而增大传动摩擦力。

进一步地，上述从动摩擦带轮的端面与u型架侧面之间留有1mm的间隙，在间隙内贴导轨软带，这样可以减小从动摩擦带轮因重力作用与u型架侧面之间的摩擦力。

进一步地，上述芯轴与u型架的u型槽底部有1mm的活动余量，保证芯轴轴系在槽内的调整空间，将紧定螺钉拧紧后，两个摩擦轮时刻保持刚性接触。

进一步地，上述橡胶圈安装到u型环槽内，橡胶圈的内径小于u型环槽的槽底直径，u型环槽的表面粗糙度较大，在摩擦传动过程中，橡胶圈与摩擦轮之间不会产生相对滑动。

进一步地，上述从动摩擦带轮轴系采用浮动安装，通过调整两侧的紧定螺钉，可调整从动摩擦带轮与主动摩擦带轮轴之间的接触压力与从动摩擦带轮的位姿，确保两摩擦带轮母线接触刚度。

进一步地，上述主动摩擦带轮轴和从动摩擦带轮两个零件材料采用40cr，经过淬火，250°中温回火后，零件硬度须达到hrc45以上。

本发明的有益效果在于，本发明提出的齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构，该机构利用交错分布的多组橡胶圈套在刚性摩擦轮的u型环槽中，两个摩擦轮在夹紧力作用下沿母线方向接触，该同步回转摩擦传动机构兼具刚性和柔性两类摩擦轮传动的优点，能够保证两摩擦轮同步的回转精度，适用于具有较高同步传动要求的加工和测量领域。

附图说明

图1齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构。

图2同步回转摩擦传动机构的侧向视图。

图3同步回转摩擦传动机构的轴侧剖视图。

图4主动摩擦带轮轴。

图5从动摩擦带轮。

图6u型架。

图7从动摩擦轮轴系密珠轴承。

图中：1从动摩擦带轮；2密珠轴套；3芯轴；4橡胶圈；5u型架；6紧定块；7紧定螺钉；8联轴器；9电机；10v型块；11导轨软带；12传动平带b；12轴承；14v型夹块；15传动平带a；16主动摩擦带轮轴；17连杆a；18端盖；19轴环；20连杆b。

具体实施方式

齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构，主要包括从动摩擦带轮1、密珠轴套2、芯轴3、橡胶圈4、u型架5、紧定块6、紧定螺钉7、联轴器8、电机9、v型块10、导轨软带11、传动平带b12、轴承13、v型夹块14、传动平带a15、主动摩擦带轮轴16、连杆a17、端盖18、轴环19、连杆b20。

齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构分为两个轴系：主动摩擦带轮轴系由一个直流无刷电机与主动摩擦带轮连接，主动摩擦带轮轴两端安装有轴承，再将整体放入u型架的槽内；从动摩擦带轮轴系由从动摩擦带轮，芯轴和密珠轴套组成。下面详细阐述齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构的装配和调整方法。

首先，(1)主动摩擦带轮轴系组成及装配方法

主动摩擦带轮轴系主要包括电机9、联轴器8、主动摩擦带轮轴16、3个轴承13、v型夹块14、传动平带a15、连杆a17、端盖18、u型架5、橡胶圈4。电机9是直流无刷电机，电机额定扭矩1.2nm，工作电压dc24v，这种电机效率高，寿命长，可靠性优良；联轴器8是螺纹式弹性联轴器，内孔直径8mm；3个轴承型号相同，选用的标准号为gb/t276-1994，型号为609-2z；o型橡胶圈4截面为圆形，直径3.5mm，圆环内径28mm；传动平带a15为尼龙片基橡胶平带，带宽4mm，带厚1mm，最外圈周长460mm；

主动摩擦带轮轴16将摩擦轮、带轮和回转轴设计为一体，材料为40cr，经过淬火后，hrc45～50。阶梯轴段直径有8mm，可以连接联轴器8、有9mm的轴段，用于安装三个609-2z轴承、带轮槽的直径为30mm，带轮槽宽5mm、摩擦轮轴段直径为36mm，这里以两端直径为8mm的轴段为基准，圆柱度公差在1μm以内，圆跳动公差3μm以内，在此轴段上均匀设有间距为7mm，槽宽3.6mm，槽底直径30mm的u型环槽，u型环槽底为直径3.5mm的半圆形，将橡胶圈4放入槽中，可以依靠张紧力固定在槽内，橡胶圈4最外直径37mm，截面直径为3.5mm；将连杆a17安装到轴上中间的轴承上；在主动摩擦带轮轴上所有的零件装配到位后，将整体按照两侧轴承的位置装配到u型架的两个大u型环槽内，u型环槽与轴承外圈采用小过盈量配合，用v型夹块14夹紧轴承外圈，v型夹块14设有v型槽，槽开角120°，用两个m3的螺钉拧紧到u型架上。

其次，(2)从动摩擦带轮轴系组成及装配方法

从动摩擦带轮的轴系主要包括从动摩擦带轮1、密珠轴套2、芯轴3、橡胶圈4、紧定块6、紧定螺钉7、v型块10、导轨软带11、传动平带b12、轴承13、连杆b20。制造芯轴3的材料的是40cr，经过淬火后，hrc45～50，有直径9mm的轴段，用来安装轴承，使轴承与轴为小过盈配合，轴承外圈与连杆b12过盈配合，有14mm的轴段，用来安装密珠轴承；密珠轴套2使用的是g3级的钢珠，直径3.965mm，材料可选择为轴承钢或氮化硅，硬度不低于hrc60，密珠均匀分为5层，每层之间交错布置，一共30个钢珠；密珠轴套2外面安装在从动摩擦带轮1的内孔中，孔直径22mm，并保证密珠轴套2上的高精度钢球与从动摩擦带轮1的内孔之间的单边过盈量控制在0～2μm。

从动摩擦带轮1上设有三个均布的u型环槽和带轮槽，形状尺寸与主动摩擦带轮轴16上的u型环槽和带轮槽相同，不同点是在装配到位后，从动摩擦带轮和主动摩擦带轮上的u型环槽交错布置，间距为5mm。将装配好从动摩擦带轮轴系安装到u型架5的小u型槽内，两端放入v型块10，v型块一端是平面，另一端是v型槽，夹角为120°，用4个m3紧定螺钉7顶到v型块10的平面端，用来顶紧v型块10，紧定螺钉7拧在紧定块6上，用2个m3的螺钉将紧定块6紧固在u型架上；从动摩擦带轮轴系采用浮动设计，通过两个v型块10微量调整两组摩擦回转轴系的中心距，当中心距为36mm时，橡胶圈被挤压0.5mm。

本发明提出的齿轮对研装置的同步回转摩擦传动机构的两个摩擦轮具有较高的同步回转精度，两个摩擦轮的相对回转误差不大于2％，完全满足齿轮对研装置的技术要求，本专利提出的摩擦传动机构可以保证较高的同步回转精度，在齿轮对研装置中，主动摩擦轮和从动摩擦轮要分别驱动两个对研齿轮，要保证两个齿轮具有高的同步回转精度，那么，需要调整从动摩擦带轮轴系紧固用的四个m3的紧定螺钉7，确保两个摩擦带轮轴系的中心距为36mm，两个摩擦轮沿母线接触，六个橡胶圈分别与对应的摩擦轮的金属部分接触，且两个摩擦轮金属部分也有接触宽度。本发明中提出的这种摩擦传动机构也可用于某些精密的传动链中，例如，一些需要闭环反馈的场合中，而输出轴又不方便安装反馈装置，则可以应用本发明中的摩擦传动机构，针对具体的工作情况，更改两个摩擦轴系的尺寸，将主动摩擦轴作为传动链的输出轴，而将反馈装置安装到从动摩擦轮轴上，可以实时，准确地记录到主动轴的转动数据。