一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量方法及其装置与流程

本发明涉及机械检测设备技术领域，更具体地说，尤其涉及一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量方法及其装置。

背景技术：

汽车传动轴是万向传动装置的传动轴中能够传递动力的轴，它是一个高转速、少支承的旋转体，汽车传动轴是汽车传动系统中传递动力的最重要的部件，它与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。

汽车传动轴通常是由轴管、伸缩套和万向节组成，伸缩套设置在轴管的两端,两个伸缩套分别通过两个万向节连接轴管的两端。伸缩套能够自动调节变速器与驱动桥之间的距离变化，万向节用于保证变速器输出轴与驱动桥输入轴连轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动；轴管与万向节的连接处有一个连接轴碗，轴碗中设有一个挡圈，挡圈将万向节卡住，使万向节与轴管连接在一起。

汽车传动轴在使用前，必须对其是否合格进行检测，其中一项非常重要的检测项目就是检测汽车传动轴在一定压力下的长度，而且该长度的精度要求非常高，直接关系到汽车传动轴能否正常使用。由于汽车传动轴的两端设有万向节，通常无法保证汽车传动轴的轴管和两个伸缩套的轴心在同一条直线上，因此如何定心，即保证汽车传动轴的管和伸缩套的轴心在同一条直线上是本发明的设计难点，没有定心的情况下测得的长度数值是不准确的。同时在定心的情况下，测量长度过程中汽车传动轴不能受到过大的瞬时压力。在对汽车传动轴进行长度测量的过程中，通常需要在恒定压力的作用下对汽车传动轴进行测量，而在施加该力时，瞬时力值过大会直接在万向节处产生弯曲，导致轴管和伸缩套的轴心偏移，从而影响定心效果，导致测量结果不准确，因此如何保证在测量时的力值不会超过预设值也是本发明的一个难点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量方法及其装置，该方法能够以设定的力压缩汽车传动轴，并测出该恒力作用下汽车传动轴的长度，测量结果准确，测量效率高。

本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量装置，包括底座、滑轨、固定板、活动板、手摇柄、限位挡板、气缸装夹装置、电机驱动装置、拉力测量装置和支撑装置，所述滑轨固定在底座上，所述滑轨上设置有固定板和活动板，所述固定板和活动板底部均固定与所述滑轨相配合的滑动块，所述固定板远离所述活动板的一侧连接拉力测量装置；所述拉力测量装置包括力传感器和传感器固定座，传感器固定座固定在底座上，力传感器的一端连接传感器固定座，另一端连接固定板；所述固定板和活动板上方均固定有用于夹持待测汽车传动轴两端的气缸装夹装置，气缸装夹装置包括驱动气缸和夹具，夹具用于夹持待测汽车传动轴的两端，驱动气缸用于驱动所述夹具的夹紧和松开；所述夹具包括固定夹头和活动夹头，活动夹头固定在对应驱动气缸的活塞杆端部，驱动气缸带动活动夹头向固定夹头方向运动，实现待测汽车传动轴的定心或夹紧；所述电机驱动装置包括交流伺服电机、联轴器、滚珠丝杠和固定滑块，所述固定滑块固定在活动板的底部，固定滑块上设有与所述滚珠丝杠相配合的螺纹孔，所述滚珠丝杠的一端连接交流伺服电机，另一端穿过固定滑块上的螺纹孔，所述交流伺服电机通过电机安装板固定在所述滑轨上，所述交流伺服电机运动时带动所述活动板沿所述滑轨滑动；所述固定板和活动板的上方还分别设有垂直于滑轨方向设置的限位挡板，两个限位挡板分别设在两个夹具的外侧，两个限位挡板用于对待测汽车传动轴的两端进行限位；所述支撑装置包括支撑板、两个支撑轴承和两个轴承滑块，所述支撑板上方开有垂直于滑轨方向的T型滑槽，两个支撑轴承分别固定在两个轴承滑块上，两个轴承滑块设置在所述T型滑槽内并能沿所述T型滑槽直线运动，两个轴承滑块上均设有定位孔，两个轴承滑块通过与所述定位孔相配合的定位螺栓固定在所述支撑板上；所述滑轨下方的底座上还设有用于磁栅尺；所述手摇柄连接所述活动板并用于调整所述活动板的初始位置。

一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量方法，该方法采用一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量装置，该方法包括如下步骤：

（1）使用手摇柄调节活动板到合适的位置，放入标准件，标准件为与待测汽车传动轴的轴管直径相同的刚性轴，标准件的两端分别放入两个气缸装夹装置前端的夹具中，向两个驱动气缸的进气孔内进气，两个驱动气缸驱动夹具夹紧标准件的两端；移动支撑轴承下方的轴承滑块，调节支撑轴承的位置，使两对支撑轴承紧靠标准件并锁紧定位螺栓，完成支撑轴承的定位，此时停止驱动气缸的供气，夹具恢复初始状态，取走标准件，完成检测前的支撑轴承定位工作；

（2）放入待测汽车传动轴，向两个驱动气缸的进气孔内进气，两个驱动气缸驱动两个夹具夹紧待测汽车传动轴的两端，再以力矩模式运行交流伺服电机，交流伺服电机带动活动板沿着滑轨方向背离固定板方向运动，待测汽车传动轴逐渐拉直；

（3）交流伺服电机运行2-3s后停止运动，此时待测汽车传动轴处于拉长状态，且其轴管与伸缩套的轴心在同一条直线上；切换两个驱动气缸的供气模式，向两个驱动气缸的进气孔和出气孔同时供气，两个驱动气缸提供向夹具提供较小的定心力，两个夹具轻轻夹住待测汽车传动轴的两端；

（4）反向运转交流伺服电机，交流伺服电机依旧以力矩模式运行，交流伺服电机带动活动板沿着滑轨方向向固定板方向运动，该过程中活动板和固定板上方的两个限位挡板与待测汽车传动轴两端面接触并逐渐压紧待测汽车传动轴，在该过程中利用力传感器测量待测汽车传动轴受到的压力，并通过力传感器对交流伺服电机进行闭环控制，在力传感器检测到的力达到预设值时，交流伺服电机保持该力矩运动，保证力传感器检测到的力值为一定值；

（5）读取磁栅尺的读数，磁栅尺读取的数据为交流伺服电机运动的距离值，该距离值处于波动的范围内，在力传感器保持力恒定的过程中，当磁栅尺检测到的变化范围在±0.01mm的范围内并稳定3s以上后，读取磁栅尺的读数，并将该读数作为待测汽车传动轴的长度；

（6）磁栅尺测量完毕后反向运转交流伺服电机2-3s，停止两个驱动气缸的供气，此时夹具松开，通过手动或者自动的方式取下待测汽车传动轴，完成单个待测汽车传动轴的检测；

（7）进行下一个待测汽车传动轴的检测，仅需重复步骤2-6即可。

进一步的，所述驱动气缸的缸筒内径为100mm，活塞杆直径为30mm，驱动气缸设有定心和夹紧两个工作模式，夹紧模式为气缸的正常工作模式，此时驱动气缸的进气孔进气，出气孔出气，驱动气缸提供的夹紧力大小为3150-3800N；定心模式下，进气孔和出气孔同时进气，二者进气的压强相同，带是活塞的受力面积不同，此时驱动气缸提供的定心力

F =P×S活塞-P×（S活塞-S活塞杆）= P×S活塞杆

其中P为压强，S活塞为活塞横截面积，S活塞杆为活塞杆横截面积，F为气缸提供的定心力，定心力大小为100-120N，定心力仅用于将汽车传动轴拉直，保证汽车传动轴的伸缩套与轴管的轴心在同一条直线上，但不影响汽车传动轴在夹具中左右滑动。

进一步的，所述夹具夹持的部位为待测汽车传动轴的花键部分，夹具与待测汽车传动轴接触部分的刚度小于待测汽车传动轴花键部分的刚度，即固定夹头和活动夹头与待测汽车传动轴接触部分的刚度小于待测汽车传动轴花键部分的刚度。

进一步的，所述活动夹头与汽车传动轴的接触面呈V型设计。

进一步的，当待测汽车传动轴的规格型号发生改变时，仅需取同样规格的标准件重复步骤1，再利用步骤2-6进行该规格的待测汽车传动轴长度检测。

本发明的有益效果在于：

1、本发明结构简单紧凑，生产成本低，且占用空间小，能够实现汽车传动轴的长度测量，测量精度高，不会受到汽车传动轴弯曲的影响。

2、本发明在汽车传动轴的长度测量过程中，首先对待测汽车传动轴进行拉长，保证待测汽车传动轴的轴管和伸缩套的轴心在同一直线上，再施以与轴心方向一致的力，该过程中强制将可能弯曲的待测汽车传动轴拉直，保证汽车传动轴的轴管和伸缩套的轴心在同一条直线上，提高测量结果的准确性。

3、本发明利用驱动气缸同时实现对汽车传动轴的定心和夹紧，二者需要的力差距很大，而通常情况下同一驱动气缸通常无法实现加载大小不同的两个力，本发明利用驱动气缸的出气孔分别进行进气和出气来实现改变同一个驱动气缸输出的力值，节省了设备占用空间，降低了设备的成本。

4、本发明操作时先采用驱动气缸以较小的力夹住汽车传动轴的两端，实现汽车传动轴的定心，再通过交流伺服电机以力矩模式带动两个限位挡板压缩汽车传动轴，在达到设定的力值时交流伺服电机保持该力矩转动，在力传感器保持恒定的力值一段时间后测量汽车传动轴的长度，提高了测量结果的准确性，同时避免了测量过程中因较大的力将待测汽车传动轴压弯导致测量结果不准确的问题。

5、本发明整个测量装置设置在滑轨上，通过手摇柄手动调节固定板与活动板之间的距离，能够满足不同规格汽车传动轴的检测。

6、本发明通过支撑装置对汽车传动轴的中部进行支撑，采用先夹紧两端再对传动轴中部进行支撑的方法，在对同一批次不同规格的汽车传动轴进行检测时，仅需在检测首个汽车传动轴时对支撑装置进行调整即可时候该批次同样规格的汽车传动轴的检测，方便了检测过程。

7、本发明采用磁栅尺进行长度的测量能够有效防止外界干扰对测量效果的影响，提高了测量的准确性。

8、在汽车传动轴实际测量的过程中，汽车传动轴的两端通常无法确定测量的基准面；而本发明将汽车传动轴的两端紧靠两块限位挡板，限位挡板与汽车传动轴两个端面接触的面设定为两个基准面，磁栅尺实际测量的为两个基准面的距离，测量方便，极大提高了测量的准确性。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明待测汽车传动轴的结构示意图。

图2是本发明一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量装置的结构示意图。

图中，1-底座、2-滑轨、3-固定板、4-活动板、5-限位挡板、6-滑动块、7-驱动气缸、8-固定夹头、9-活动夹头、10-交流伺服电机、11-待测汽车传动轴、12-固定滑块、13-力传感器、14-传感器固定座、15-电机安装板、16-支撑板、17-轴承滑块、18-支撑轴承、19-进气孔、20-出气孔。

具体实施方式

参阅图1和图2所示，本发明的一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量装置，包括底座1、滑轨2、固定板3、活动板4、手摇柄、限位挡板5、气缸装夹装置、电机驱动装置、拉力测量装置和支撑装置，所述滑轨2固定在底座1上，所述滑轨2上设置有固定板3和活动板4，所述固定板3和活动板4底部均固定与所述滑轨2相配合的滑动块6，所述固定板3远离所述活动板4的一侧连接拉力测量装置；所述拉力测量装置包括力传感器13和传感器固定座14，传感器固定座14固定在底座1上，力传感器13的一端连接传感器固定座14，另一端连接固定板3；所述固定板3和活动板4上方均固定有用于夹持待测汽车传动轴11两端的气缸装夹装置，气缸装夹装置包括驱动气缸7和夹具，夹具用于夹持待测汽车传动轴11的两端，驱动气缸7用于驱动所述夹具的夹紧和松开；所述夹具包括固定夹头8和活动夹头9，活动夹头9固定在对应驱动气缸7的活塞杆端部，驱动气缸7带动活动夹头9向固定夹头8方向运动，实现待测汽车传动轴11的定心或夹紧；所述电机驱动装置包括交流伺服电机10、联轴器、滚珠丝杠和固定滑块12，所述固定滑块12固定在活动板4的底部，固定滑块12上设有与所述滚珠丝杠相配合的螺纹孔，所述滚珠丝杠的一端连接交流伺服电机10，另一端穿过固定滑块12上的螺纹孔，所述交流伺服电机10通过电机安装板15固定在所述滑轨上，所述交流伺服电机10运动时带动所述活动板4沿所述滑轨2滑动；所述固定板3和活动板4的上方还分别设有垂直于滑轨方向设置的限位挡板5，两个限位挡板5分别设在两个夹具的外侧，两个限位挡板5用于对待测汽车传动轴11的两端进行限位；所述支撑装置包括支撑板16、两个支撑轴承18和两个轴承滑块17，所述支撑板16上方开有垂直于滑轨方向的T型滑槽，两个支撑轴承18分别固定在两个轴承滑块17上，两个轴承滑块17设置在所述T型滑槽内并能沿所述T型滑槽直线运动，两个轴承滑块17上均设有定位孔，两个轴承滑块17通过与所述定位孔相配合的定位螺栓固定在所述支撑板16上；所述滑轨下方的底座1上还设有用于磁栅尺；所述手摇柄连接所述活动板4并用于调整所述活动板4的初始位置。

一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量方法，该方法采用一种汽车传动轴恒定压力下的长度测量装置，该方法包括如下步骤：

（1）使用手摇柄调节活动板4到合适的位置，放入标准件，标准件为与待测汽车传动轴11的轴管直径相同的刚性轴，标准件的两端分别放入两个气缸装夹装置前端的夹具中，向两个驱动气缸7的进气孔19内进气，两个驱动气缸7驱动夹具夹紧标准件的两端；移动支撑轴承18下方的轴承滑块17，调节支撑轴承18的位置，使两对支撑轴承18紧靠标准件并锁紧定位螺栓，完成支撑轴承18的定位，此时停止驱动气缸7的供气，夹具恢复初始状态，取走标准件，完成检测前的支撑轴承18定位工作；

（2）放入待测汽车传动轴11，向两个驱动气缸7的进气孔19内进气，两个驱动气缸7驱动两个夹具夹紧待测汽车传动轴11的两端，再以力矩模式运行交流伺服电机10，交流伺服电机10带动活动板4沿着滑轨2方向背离固定板3方向运动，待测汽车传动轴11逐渐拉直；

（3）交流伺服电机10运行2-3s后停止运动，此时待测汽车传动轴11处于拉长状态，且其轴管与伸缩套的轴心在同一条直线上；切换两个驱动气缸7的供气模式，向两个驱动气缸7的进气孔19和出气孔20同时供气，两个驱动气缸7提供向夹具提供较小的定心力，两个夹具轻轻夹住待测汽车传动轴11的两端；

（4）反向运转交流伺服电机10，交流伺服电机10依旧以力矩模式运行，交流伺服电机10带动活动板4沿着滑轨2方向向固定板3方向运动，该过程中活动板4和固定板3上方的两个限位挡板5与待测汽车传动轴11两端面接触并逐渐压紧待测汽车传动轴11，在该过程中利用力传感器13测量待测汽车传动轴11受到的压力，并通过力传感器13对交流伺服电机10进行闭环控制，在力传感器13检测到的力达到预设值时，交流伺服电机10保持该力矩运动，保证力传感器13检测到的力值为一定值；

（5）读取磁栅尺的读数，磁栅尺读取的数据为交流伺服电机10运动的距离值，该距离值处于波动的范围内，在力传感器13保持力恒定的过程中，当磁栅尺检测到的变化范围在±0.01mm的范围内并稳定3s以上后，读取磁栅尺的读数，并将该读数作为待测汽车传动轴11的长度；

（6）磁栅尺测量完毕后反向运转交流伺服电机102-3s，停止两个驱动气缸7的供气，此时夹具松开，通过手动或者自动的方式取下待测汽车传动轴11，完成单个待测汽车传动轴11的检测；

（7）进行下一个待测汽车传动轴11的检测，仅需重复步骤2-6即可。

所述驱动气缸7的缸筒内径为100mm，活塞杆直径为30mm，驱动气缸7设有定心和夹紧两个工作模式，夹紧模式为气缸的正常工作模式，此时驱动气缸7的进气孔19进气，出气孔20出气，驱动气缸7提供的夹紧力大小为3150-3800N；定心模式下，进气孔19和出气孔20同时进气，二者进气的压强相同，带是活塞的受力面积不同，此时驱动气缸7提供的定心力

F =P×S活塞-P×（S活塞-S活塞杆）= P×S活塞杆

其中P为压强，S活塞为活塞横截面积，S活塞杆为活塞杆横截面积，F为气缸提供的定心力，定心力大小为100-120N，定心力仅用于将汽车传动轴拉直，保证汽车传动轴的伸缩套与轴管的轴心在同一条直线上，但不影响汽车传动轴在夹具中左右滑动。

所述夹具夹持的部位为待测汽车传动轴11的花键部分，夹具与待测汽车传动轴11接触部分的刚度小于待测汽车传动轴11花键部分的刚度，即固定夹头8和活动夹头9与待测汽车传动轴11接触部分的刚度小于待测汽车传动轴11花键部分的刚度。

所述活动夹头9与汽车传动轴的接触面呈V型设计。

当待测汽车传动轴11的规格型号发生改变时，仅需取同样规格的标准件重复步骤1，再利用步骤2-6进行该规格的待测汽车传动轴11长度检测。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。