阶梯轴跳动检测装置及检测方法与流程

本发明涉及精密机械设计技术领域，特别是涉及一种阶梯轴跳动检测装置及检测方法。

背景技术：

阶梯轴是一种常见机械零件，其形位公差如轴向跳动量(端跳)和径向跳动量(径跳)将直接影响由其装配而成的机械产品的整体性能。通常情况下，采用v型轴承副支承阶梯轴的基准外圆，通过在各检测点设置百分表(或千分表)，回转工件一周，记录显示值最大值与最小值的差值，作为跳动检测值。用这种方法检测每个参数均要移动量具，而且每次测量都需要将工件转动一周，严重影响检测效率，仅能满足小批量检测需求。在规模化批生产检测中，需设计一种可实现多项参数同时检测的综合测量装置，进一步提高阶梯轴形位公差的检测效率及检测精度。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种阶梯轴跳动检测装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种阶梯轴跳动检测装置，包括水平基台，左端定位检测机构和右端定位检测机构；

所述的右端定位检测机构包括与水平基台固定连接用以支承阶梯轴右端的右端支撑架，设置在右端支撑架右侧且与所述的水平基台固定连接用以对所述的阶梯轴右端进行限位的限位架，以及设置在所述的限位架上的右侧检测装置；

所述的左端定位检测机构包括受驱左右移动的水平底板，设置在水平底板上的左端支撑架，设置在所述的水平底板上的左侧径跳检测机构，设置在所述的水平底板上且受驱动相对水平底板左右移动的载板，以及设置在所述的载板上的用以将阶梯轴左端顶持实现夹紧的左端夹紧机构和左侧端跳检测机构。

还包括用以控制所述的左侧端跳检测机构在测量工位和等待工位切换的进给机构，其包括进给卡钳，所述的进给卡钳的底座设置在水平底板上，所述的进给卡钳的伸缩端端部可转动地设置有连接螺杆，与所述的连接螺杆螺纹配合且与所述的载板固定连接的连接块，设置在所述的连接块与伸缩端间的复位压簧。

所述的左端夹紧机构包括固定设置在载板上的夹紧卡钳，与所述的载板固定连接且水平设置的连接套，压柱以及压轮，所述的压柱的尾部穿过所述的连接套并与所述的夹紧卡钳的伸缩端铰接，所述的压轮可旋转地设置在所述的压杆前端，所述的连接套前端面与压轮间套设有夹紧压簧以将所述的压轮与阶梯轴端侧面顶持，其中，所述的夹紧卡钳靠近所述的连接套侧为锁紧位。

所述的压轮为包胶轴承，所述的压杆为阶梯轴，所述的夹紧压簧限位在连接套和阶梯轴的端面间。

所述的限位架与阶梯轴相接触侧设置有球面凸起。

所述的阶梯轴右端形成有定位孔，在所述的定位孔内间隙配合地设置有柱塞，所述的柱塞的右端与所述的球面凸起相顶持。

所述的右侧检测装置包括右侧径跳检测机构和右侧端跳检测机构，所述的左侧径跳检测机构和右侧径跳检测机构分别位置前后可调以适应不同直径，所述的左侧端跳检测机构和右侧端跳检测机构分别位置左右可调以适应不同长度，在所述的载板上还设置有用以检测阶梯轴小直径段的小直径段跳动测量机构。

所述的载板通过导轨滑块机构设置在所述的水平基台上，在所述的载板上还匹配地设置夹持块，所述的夹持块上设置有将所述的导轨滑块的导轨嵌含其中的凹槽，设置在凹槽内一侧的挤压板，以及可驱动所述的挤压板的螺钉。

还包括设置在阶梯轴一侧用以驱动其转动的摩擦驱动机构，其包括基柱，固定设置在基柱上端的u型支架，与电机输出轴传动连接且可转动地设置在支架上的转轴，与转轴固定连接的驱动带轮，可相对转动地固定设置在所述的转轴上的连接块，相对所述的连接块固定设置且与所述的驱动带轮通过皮带传动连接的从动带轮。

还包括摆动组件，所述的摆动组件包括导杆、传动块和摆动气缸，所述的摆动气缸的活塞杆端与所述的支架或基柱铰接，所述的摆动气缸的缸体与所述的传动块一端铰接，所述的传动块的另一端与所述的导杆尾部铰接，所述的导杆匹配地穿过连接块的通孔且前端部与从动带轮固定连接。

前固定块可轴向移动地设置在所述的导杆上，所述的从动带轮可旋转地设置在所述的前固定块上，所述的导杆前端设置有可驱动所述的前固定块轴向移动的压紧包角调整块，其中，所述的压紧包角调整块中心处可旋转式轴向固定的螺栓，所述的螺栓与所述的前固定块螺纹配合，所述的压紧包角调整块与前固定块间设置有导向机构。

所述的限位机构包括设置在导杆上的限位块，以及竖直设置且与所述的底支架的底板螺纹配合的限位柱。

一种使用所述的检测装置的检测方法，包括以下步骤，

1)根据阶梯轴的长度确定水平底板的位置并锁紧夹持块，

2)控制进给机构在等待工位，将阶梯轴两端分别由左端支撑架和右端支撑架定位并保持水平且右端被限位，左侧径跳测量机构、右侧径跳测量机构及右侧端跳测量机构的传感器已进入有效量程范围；

3)扳回进给卡钳，使载板上的左端跳测量机构和小直径段跳动测量机构的传感器已进入有效量程范围；

4)扳动夹紧卡钳，释放对压柱的锁定，压住在夹紧弹簧的涨紧下伸出且其末端的压轮贴紧阶梯轴左端面；

5)驱动阶梯轴旋转，进行数据采点。

在所述的步骤5)中，包括利用摩擦驱动机构驱动阶梯轴转动的步骤，其步骤为，摆动气缸伸出，带动皮带下压直至被限位，从而使得皮带压附在阶梯轴的外表面并形成一定包角；然后电机带动驱动带轮，继而通过皮带驱动阶梯轴转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的阶梯轴形位公差检测装置，采用左、右分体定位机构设计，右端为固定端，左端设计为两级滑板结构，并采取精密导轨的滑动调整方式，左右两部分调整同轴后，可满足不同长度阶梯轴的形位公差检测需要，实现一机多用；带有压紧机构的左端定位机构设计，可保证工件在回转检测过程中不发生轴向蹿动，提高了测量准确度；多测点自动测量设计，工件只需回转一周，即可完成所有采点、计算及结果显示，检测效率大幅提高。

附图说明

图1为本发明所示的一种阶梯轴跳动检测装置主视图；

图2为图1所示的俯视图；

图3为图1所示的侧视图；

图4所示为左端结构剖面示意图；

图5所示为左端机构俯视图；

图6所示为右端俯视结构示意图；

图7所示为右端结构测试示意图；

图8所示为摩擦驱动机构结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的阶梯轴跳动检测装置可适用用于多种类型不同长度的阶梯轴，为便于描述，本发明将以左端为小直径段，右端为大直径段为例进行示范性说明。

如图所示，本发明的包括水平基台1，左端定位检测机构和右端定位检测机构；

所述的右端定位检测机构包括与水平基台1固定连接用以支承阶梯轴右端的右端支撑架22，设置在右端支撑架右侧且与所述的水平基台固定连接用以对所述的阶梯轴右端进行限位的限位架23，以及设置在所述的限位架上的右侧检测装置；

所述的左端定位检测机构包括受驱左右移动的水平底板2，设置在水平底板上的左端支撑架4，设置在所述的水平底板上的左侧径跳检测机构6，设置在所述的水平底板上且受驱动相对水平底板左右移动的载板3，以及设置在所述的载板上的用以将阶梯轴左端顶持实现夹紧的左端夹紧机构和左侧端跳检测机构5。右定位轴承架与左端支撑架的支承轴线同轴度误差为0.01mm，保证阶梯轴的回转精度，进而提高径跳测量精度。所述的左端支撑架和右端支撑架为轴承架式支撑结构，上部设置有精密轴承一对，用于支承阶梯轴基准外圆；其中部开有通孔，用于穿过压紧机构的压柱。

具体来说，水平基台1为磨削加工件，上、下两平面平行度为0.05mm，用于承载装置的整体结构。水平底板2，为磨削加工件，通过滑块与固定于底板1上的平行导轨27构成滑动副，可沿导轨前后移动。水平底板2上表面设置有螺纹孔，用于加载左端支撑架4和左侧径跳测量机构6，所述的载板3上装载有左侧端跳测量机构5和小直径段跳动测量机构14及压紧机构，所述的左侧端跳测量机构用以测量阶梯轴小直径段侧的断立面的不平度，所述的小直径段跳动测量机构14用以测量小直径段的不圆度。载板3同样为磨削加工件，通过滑块与固定于水平底板2上的平行导轨27构成滑动副。所述的左端支撑架4，通过螺钉与水平底板2连接，上部设置有精密轴承一对，用于支承阶梯轴28的小直径段外圆。右端支撑架22与左端支撑架4的支承轴线同轴度误差为0.01mm，保证阶梯轴28的回转精度，进而提高径跳测量精度。

本发明的用于阶梯轴跳动检测装置，其结构设计符合阶梯轴28的定位基准要求，功能上以阶梯轴28形位公差的设计要求而设置，可实现对阶梯轴28形位公差的快速、准确检测，

本发明的阶梯轴形位公差检测装置，采用左、右分体定位机构设计，右端为固定端，左端设计为两级滑板结构，并采取精密导轨的滑动调整方式，左右两部分调整同轴后，可满足不同长度阶梯轴的形位公差检测需要，实现一机多用；带有压紧机构的左端定位机构设计，可保证工件在回转检测过程中不发生轴向蹿动，提高了测量准确度；多测点自动测量设计，工件只需回转一周或数周，即可完成所有采点、计算及结果显示，检测效率大幅提高。

其中，左端夹紧机构包括固定设置在载板3上的夹紧卡钳15，与所述的载板固定连接且水平设置的连接套17，同时，该连接套也可设置在左端支撑架上，压柱19以及压轮如胶轮轴承18，所述的压柱的尾部穿过所述的连接套并与所述的夹紧卡钳的伸缩端铰接，所述的压轮可旋转地设置在所述的压杆前端，所述的连接套前端面与压轮间套设有夹紧压簧以将所述的压轮与阶梯轴端侧面顶持，其中，所述的夹紧卡钳靠近所述的连接套侧为锁紧位。优选地，所述的压杆为阶梯轴，所述的夹紧压簧限位在连接套和阶梯轴的端面间。

具体来说，所述的左端夹紧机构可对工件施加轴向力，确保工件在回转测量过程中不会发生轴向蹿动。其中：夹紧卡钳15，通过销与压柱16一端连接，并靠连接套17端面止动。所述的压柱16，两端均开有u型槽，分别用于连接夹紧卡钳15和胶轮轴承18，u型槽垂直方向设有通孔，用于穿过连接销；中部设计为阶梯轴结构，细径段套有压簧，粗径段端面用于压簧的轴向限位。连接套17中心设有通孔用于穿过压柱16；靠近母线处设有均布通孔用于穿过螺钉，实现与左端支撑架的连接。胶轮轴承18，为外部加装尼龙保护套的轴承，通过销与压柱16连接，尼龙保护套质地相对较软，具有一定弹性，可避免回转过程中对阶梯轴28造成划伤或产生压痕。

夹紧卡钳释放对压住锁紧后，压簧释放回弹，带动压柱伸出，压柱末端的胶轮轴承贴紧阶梯轴左端面，由于压簧并未完全恢复到自然状态，仍有一定的压缩量，所以会产生轴向力，保证阶梯轴不会发生轴向蹿动；当测量完成后，将夹紧卡钳扳回初始位置，压柱复位，胶轮轴承离开左端面，取下阶梯轴。

进一步地，还包括用以控制所述的左端测量机构在测量工位和等待工位切换的设置有进给机构，其包括进给卡钳9，所述的进给卡钳的底座设置在水平底板2上，所述的进给卡钳的伸缩端端部可旋转地设置有连接螺杆13，与所述的连接螺杆螺纹配合且与所述的载板固定连接的连接块12，设置在所述的连接块与伸缩端间的复位压簧。

其中：进给卡钳9为标准通过外购件，即过死点夹具，通过卡钳基座与水平底板2连接，螺钉紧固。连接螺杆13穿过连接块12并旋入进给卡钳9的伸缩端，用于连接载板3和进给卡钳9。连接螺母10，用于调节连接螺杆13旋入进给卡钳9的长度，从而保证测量传感器的可进入有效量程位置。压簧设置于连接螺母10与连接块ⅰ12之间，用于提供进给卡钳9回退弹力，测量完成后，扳回进给卡钳9复位压簧弹力可使载板3自动滑动复位，提高检测效率。连接块12用于连接进给卡钳9和载板3，其中部开有通孔用于穿过连接螺杆13并实现不同进给距离的调节。进给机构的作用是将载板3及设置于载板3上的左端跳测量机构5和小直径段跳动测量机构14推进到位，使传感器进入有效量程范围。利用进给式推进，操作便利，而且易于调节，避免了装载是对机构的损害，使得检测顺利进行。

其中，所述的限位架23与阶梯轴相接触侧设置有球面凸起。优选地，所述的阶梯轴右端形成有定位孔，在所述的定位孔内间隙配合地设置有柱塞19，所述的柱塞的右端与所述的球面凸起相顶持。

所述的柱塞19为阶梯轴结构，细径段与阶梯轴28右端尾部小孔间隙配合，间隙量0.01mm；粗径段端面采用磨削加工，表面光滑度为ra0.08mm，有效回转中的减小摩擦阻力。柱塞19为设置于阶梯轴28与限位机构之间的过渡连接件，同时，还具有控制阶梯轴28轴向位置的作用。限位机构用于对阶梯轴28进行轴向限位，包括顶块20、球头螺钉21、限位架23。其中：顶块20中心设有通孔，用于穿过球头螺钉21；顶块20靠近外型轮廓处设置有四个通孔，用于穿过螺钉实现与限位架23的连接。球头螺钉21为标准紧固件，螺纹末端改制为球状，表面光滑度ra0.08mm，所述的球头螺钉构成锁定球面凸起，柱塞19右端与所述的球头螺钉相顶持随工件回转时，其光滑的球状末端可减小摩擦阻力。连接板24为装置右部的基础承载件，通过螺钉与底板1连接。

所述的右侧检测装置包括右侧径跳检测机构和右侧端跳检测机构，所述的左侧径跳检测机构和右侧径跳检测机构分别位置前后可调以适应不同直径，所述的左侧端跳检测机构和右侧端跳检测机构分别位置左右可调以适应不同长度，在所述的载板上还设置有用以检测阶梯轴小直径段的小直径段跳动测量机构。

所述的左、右径跳检测机构和左、右端跳检测机构分别包括传感器，对应设置在水平底板、载板或限位架上的轨道，承载所述的传感器且底部设置有与所述的轨道匹配的滑槽的载台，以及贯穿所述的滑槽用以将其固定的顶丝。小直径段跳动测量机构传感器的高度上下可调以适应不同的变径，如通过长槽和紧定螺丝的配合等实现高度可调。

左端跳测量机构5，下部端面设有通槽，用于与导轨27配合，使整个测量机构可沿直线方向调整位置，满足对不同直径尺寸的阶梯轴28的检测，下部一侧设有长孔，用于穿过螺钉，紧固测量机构；测量机构上部沿对称面开有通孔，用于放置传感器，通孔垂直方向设有与之贯穿的螺纹孔，用于旋合顶丝，固定传感器的位置。左侧径跳测量机构6、右侧径跳测量机构7及右侧端跳测量机构25，结构与左端跳测量机构5相同，分别布置于阶梯轴28的左、右端靠近端面的外径处及右端面，用于左径跳、右径跳及右端跳的测量，其中，径跳测量机构6、7的传感器测头位置调整至外圆最大直径截面，左、右侧端跳测量机构5、25的传感器测头轴线同轴度误差小于0.01mm。

小直径段跳动测量机构14，包括t型架，所述的t型架下部设有对称的通孔，用于穿过螺钉，与载板3连接；上部开有通孔及与之贯穿的长槽，通孔用于夹持传感器，长槽垂直方向加工有螺纹孔，旋入螺钉后，可加紧传感器。

载板通过导轨滑块机构设置在所述的水平基台上，在所述的载板上还匹配地设置夹持块，所述的夹持块上设置有将所述的导轨滑块的导轨嵌含其中的凹槽，凹槽中部设计为可变形结构，如设置在凹槽内一侧的挤压板，以及可驱动所述的挤压板的螺钉。夹持块中部变形，下部通槽随之收缩，夹紧导轨，这样，便可满足不同长度阶梯轴的测量需要。

做为优选实施例，所述检测装置还包括用于驱动阶梯轴转动的摩擦驱动机构，所述的摩擦驱动机构8包括基柱93，固定设置在基柱上端的u型支架83，与电机输出轴传动连接且通过轴承89可转动地设置在支架83的侧立板上的转轴，与转轴固定连接的驱动带轮88，可相对转动地固定设置在所述的转轴上的连接块84，相对所述的连接块83固定设置且与所述的驱动带轮88通过皮带95传动连接的从动带轮96。

具体来说，为进一步提升压力调整及包覆角度的便利性，还包括摆动组件，所述的摆动组件包括导杆81、传动块86和摆动气缸85，所述的摆动气缸的活塞杆端与所述的支架或基柱铰接，所述的摆动气缸的缸体与所述的传动块一端铰接，所述的传动块的另一端与所述的导杆81尾部铰接，所述的导杆81匹配地穿过连接块的通孔且前端部与从动带轮固定连接。即缸体、传动块86及导杆81构成连杆结构。

作为其中具体一个实施例，所述的摆动气缸的活塞端部固定设置有连接杆90，所述的连接杆的端部通过第二连接轴91与固定设置在所述的基柱93上的限位卡箍92铰接，所述的缸体通过第一连接轴87与所述的传动块86铰接。

利用气缸通过连杆机构及铰接设置，可实现将皮带的抬起或放下并定位在任意位置，可满足不同压力和包角的使用要求，提高实验便利性，进一步提升实现精准度。

其中，为进一步提升包角调节便利性，所述的前固定块可轴向移动地设置在所述的导杆上，所述的从动带轮可旋转地设置在所述的前固定块80上，所述的导杆前端设置有可驱动所述的前固定块轴向移动的压紧包角调整块97，为实现所述的压紧包角调整块对前固定块的轴向驱动，压紧包角调整块中心处加工有阶梯通孔，在所述的阶梯通孔处紧固有螺钉紧固件用以将螺栓前部可旋转式轴向固定，螺栓螺纹与前固定块80通过螺纹连接，当螺栓旋入前固定块长度增大时，前固定块靠近压紧包角调整块，皮带绷紧，包角变小；反之，皮带松弛，包角变大。同时，压紧包角调整块两侧加工有对称通孔，与前固定块固定连接的导杆穿过所述的对称通孔实现导向和防转。即前固定块可通过螺钉旋合长度的改变沿导杆运动以实现包角改变。当然，也可采用任意其他方式来实现轴向移动以改变驱动带轮和松动带轮的间距实现紧绷或者放松所述的皮带。

同时，为提高定位效果，还包括设置在导杆和支架间的限位机构，具体来说，所述的限位机构包括设置在导杆81上的限位块82，以及竖直设置且与所述的底支架的底板螺纹配合的限位柱94。所述的限位块通过销钉等结构实现轴向定位，所述的限位柱通过螺纹结构便捷调整高度，可实现对不同驱动位置的定位，提高驱动可控性和稳定性。

具体使用过程为：首先，根据所要检测到阶梯轴28的长度确定水平底板2的位置，并锁紧夹持块26。然后，扳动进给卡钳9使其退回，并带动载板3退出测量位置，将阶梯轴28分别以阶梯轴左右部外圆为基准定位，放置于左、右轴承定位架4、22上且右端被限位，左侧径跳测量机构6、右侧径跳测量机构7及右侧端跳测量机构25的传感器已进入有效量程范围。扳回进给卡钳9，使载板3上的左端跳测量机构5和小直径段跳动测量机构14的传感器已进入有效量程范围。扳动夹紧卡钳15旋转90度，压柱16伸出，其末端的胶轮轴承18贴紧阶梯轴28左端面。手动转动阶梯轴一周，完成采点，测量结果自动显示并进行合格性判定。最后，逆向操作上述过程，取下阶梯轴28，完成测量。

同时，包括利用摩擦驱动机构驱动阶梯轴转动的步骤，其步骤为，摆动气缸伸出，带动皮带下压直至被限位，从而使得皮带压附在阶梯轴的外表面并形成一定包角；然后电机带动驱动带轮，继而通过皮带驱动阶梯轴转动。在试验中或者针对不同的实现对象，还包括调整所述的压紧包角调整块、限位柱高度以调整不同包角的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。