花键棒间距测量辅助治具和测量方法与流程

本发明涉及花键棒间距测量辅助治具，尤其涉及花键棒间距测量辅助治具和测量方法。

背景技术：

花键联接是平键在数量上发展和质量上改善的一种联接，它由轴上的外花键和毂孔的内花键组成，工作时靠键的侧面互相挤压传递转矩。根据齿形，花键可分为矩形花键和渐开线花键两种。

渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆压力角主要有30°和45°两种。图1为30°角渐开线花键，图2为45°角渐开线花键，渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，制造精度较高，应力集中小，易于定心，当传递的转矩较大且轴径也较大时，宜采用渐开线花键联接。

渐开线花键的定心方式为齿形定心。当齿受载时，齿上的径向力能起到自动定心作用，有利于各齿均匀承载。

压力角为45°的渐开线花键，由于齿形钝而短，与压力角为30°的渐开线花键相比，对联接件的削弱较小，但齿的工作面高度较小，故承载能力较低，多用于载荷较轻，直径较小的静联接，特别适用于薄壁零件的轴毂联接。

由上所述，花键联接多用于载荷较大，定心精度要求较高的联接中，如汽车，机床，飞机等机器中。

渐开线花键量规是用来校准渐开线花键的，因此对渐开线花键量规的校准显得尤为重要。渐开线花键量规主要校准棒间距，大小径等参数。根据国家标准，测量棒间距要通过量棒来实现。但是在测量时对量棒的固定，目前国内虽然有用于花键量棒固定的治具，但基本都是对偶数齿花键比较适用，对奇数齿花键，小模数花键则有一些局限性。并且目前大部分的治具，结构复杂，造价较贵。

技术实现要素：

本发明提供了一种花键棒间距测量辅助治具，包括基座和至少一对偏心凸轮，

所述基座上设置有至少一对固定孔；所述基座用于支撑待测花键和量棒；

所述偏心凸轮包括第一圆柱和第二圆柱，所述第一圆柱与所述第二圆柱不同轴，

所述偏心凸轮与所述固定孔对应设置，所述第一圆柱与所述固定孔可拆卸连接；

所述第一圆柱用于带动所述第二圆柱转动到量棒处以使第二圆柱夹紧量棒。

进一步地，所述第一圆柱设置有外螺纹，所述固定孔为通孔，所述第一圆柱与所述固定孔通过螺纹螺母固定。

进一步地，所述基座上设置有多对固定孔，每一对固定孔的孔间距不同；所述第二圆柱的顶面设置有凹槽。

进一步地，所述第二圆柱的材料为铜或其他软一些的材料如铝、塑料、橡胶。

进一步地，所述第二圆柱的柱体外壁套设有保护套。

进一步地，所述第二圆柱的半径大于所述第一圆柱的半径，所述第一圆柱与所述第二圆柱内切，一对固定孔的中心距为2φ2-φ1，其中，φ2为第二圆柱的直径，φ1为第一圆柱的直径。

进一步地，所述第二圆柱的直径为所述第一圆柱的直径为其中，a为所述固定孔和所述偏心凸轮确定的治具量程的下限，b为所述固定孔和所述偏心凸轮确定的治具量程的上限，其中，a<b<2a。

本发明还提供了一种花键棒间距测量方法，所述方法基于上述花键棒间距测量辅助治具，所述方法包括：

将待测花键放置在基座上；将一对量棒放置在测量位置；

预估待固定的两量棒的棒间距m；

根据所述棒间距m调整一对偏心凸轮的位置，使得每个第一圆柱均夹紧对应的量棒；

将一对偏心凸轮分别固定在基座上；

测量一对量棒的棒间距。

量棒进一步地，所述根据所述棒间距m将一对偏心凸轮固定在基座上，使得第一圆柱夹紧量棒，包括：

根据所述棒间距m获取第一角度θ，所述第一角度θ为中心线与偏心线的夹角，所述中心线为一对固定孔的中心连线，所述偏心线为第一圆柱的轴心与第二圆柱的轴心的连线；

根据第一角度θ将一对偏心凸轮固定在基座上，使得第一圆柱夹紧量棒。

进一步地，所述第二圆柱的半径大于所述第一圆柱的半径，所述第一圆柱与所述第二圆柱内切，一对固定孔的中心距为2φ2-φ1，其中，φ2为第二圆柱的直径，φ1为第一圆柱的直径；所述第一角度θ通过下式获得：

其中，x为第一圆柱的半径，δ为第二圆柱的直径与第一圆柱的直径之差。

本申请可以通过设置定位孔的孔间距及偏心凸轮的偏心距来确定量程，此外，本申请还可以通过设置多对定位孔和偏心凸轮来扩展测量范围，扩展测量范围后，可以包括国标中规定的所有棒间距(只需要工作台和凸轮有对应的尺寸，并将通孔对的间距和凸轮的测量范围变化相对应)。

本发明提供的治具结构简单，成本低廉，创造性地将用于传动机构的凸轮(偏心凸轮)应用于固定机构。更因为凸轮机构的特性，特别是，由于本发明的治具偏心凸轮的角度可以可控调节，本发明的治具对于不对称的奇数齿花键，有相当大的优越性，这是之前的治具很难克服的局限性。

经过多次验证，本发明的治具测量重复性好，操作方便，并且在超高精度三坐标上可以实现参数化自动测量，大大提高了花键棒间距的测量效率与精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是30°角渐开线花键示意图；

图2是45°角渐开线花键示意图；

图3是本发明实施例提供的花键棒间距测量辅助治具的结构图；

图4是本发明实施例提供的偏心凸轮的示意图；

图5是本发明实施例提供的花键棒间距测量辅助治具的工作状态示意图；

图6是本发明实施例提供的最小量程的原理图；

图7是本发明实施例提供的最大量程的原理图；

图8是本发明实施例提供的第一角度计算原理图。

图中，1-基座，2-偏心凸轮，3-定位孔，4-待测花键，5-量棒；21-第一圆柱，22-第二圆柱，23-凹槽，24-外螺纹。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图3-图5所示，本发明提供了一种花键棒间距测量辅助治具，包括基座1和至少一对偏心凸轮2。

所述基座1上设置有至少一对固定孔3；所述基座1用于支撑待测花键和量棒；

所述偏心凸轮2包括第一圆柱21和第二圆柱22，所述第一圆柱21与所述第二圆柱22不同轴。

在一个可选的实施例中，所述第一圆柱21与第二圆柱22相对固定。

在一个可选的实施例中，所述第一圆柱21与第二圆柱22一体成型。或者，所述第一圆柱21与第二圆柱22通过其他方式固定在一起，不产生相对位移，从而使得第一圆柱21能够带动第二圆柱22移动。

所述偏心凸轮2与所述固定孔3对应设置，所述第一圆柱21与所述固定孔3可拆卸连接；每个固定孔3都与一个偏心凸轮2相对应。

所述第一圆柱21用于带动所述第二圆柱22转动到量棒处以使第二圆柱22夹紧量棒。

可选择的，所述第一圆柱设置有外螺纹24，所述固定孔3为通孔，所述第一圆柱21与所述固定孔3通过螺纹螺母固定。外螺纹24是用来使偏心凸轮固定的，配套的是标准的螺母，螺纹本身的尺寸当然也是标准的。

当然，作为可替换的方案，固定孔3为螺纹孔或磁铁等其他类型的联接。

进一步地，所述基座1上设置有多对固定孔3，每一对固定孔3的孔间距不同。所述多对固定孔3与不同尺寸的偏心凸轮能够确定不同的测量范围。

偏心凸轮2用于固定量棒，是本发明的核心部分。经过多次尝试，初始设计为大量程的设计，未将量程分段，导致偏心轮结构笨重，并且固定还需要借助外部的导槽，未能达到结构紧凑的目的。量程分段后，很好地克服了这一问题，具有了紧凑的结构。通过设置多组偏心凸轮2，并对应设置多对固定孔3，实现多测量量程。

偏心凸轮2的外表面与固定孔中心的距离差即凸轮的测量范围变化，此测量范围变化需要与工作台上的通孔对的间距相对应，两者的联合就是量程的范围变化。偏心凸轮是用来固定量棒的，目前的一般加工条件都能达到精度要求，只要能使量棒固定就可以。凸轮的轮廓，不能有突变，能连续性地产生测量范围的变化即可。

在实际使中，为了方便旋转，所述第二圆柱22的顶面设置有凹槽23。旋转所用的工具就是一般日常使用的一字螺丝刀。

进一步地，由于目前国标定义的量棒所用材料一般为钢，钢的材质较硬，为了防止压伤量棒，所述第二圆柱的材料为铜或其他软一些的材料。

作为替换方案，所述第二圆柱的柱体外壁套设有保护套，防止压伤量棒。

进一步地，所述第二圆柱22的半径大于所述第一圆柱21的半径，所述第一圆柱21与所述第二圆柱22内切，一对固定孔的中心距为2φ2-φ1，其中，φ2为第二圆柱的直径，φ1为第一圆柱的直径。

进一步地，所述第二圆柱22的直径为所述第一圆柱21的直径为其中，a为所述固定孔和所述偏心凸轮2确定的治具量程的下限，b为所述固定孔和所述偏心凸轮2确定的治具量程的上限，其中，a<b<2a。

下面对本发明的技术方式进行具体阐述，如图6、图7所示：

o1为第一圆柱的轴心，o2为第二圆柱的轴心，第一圆柱21与所述第二圆柱22内切。

设o1与o2之间的距离为偏心凸轮2的偏心距o1o2，第二圆柱的直径为φ2，第一圆柱的直径为φ1，第一圆柱的半径为x，则：φ1＝2x；

令δ为第二圆柱的直径与第一圆柱的直径之差，则：o1o2＝δ/2，φ2＝2x+δ。

本申请的辅助治具的量程及基座、偏心凸轮的参数通过下述方法确定：

定位孔3的中心与第一圆柱的轴心重合。

当一对定位孔的中心距为2x+2δ时，结构最紧凑，此时，对应的量程下限为a，量程上限为b；

a＝4x+2δ；

b＝4x+4δ。

由以上两式可得：

由x>0，得2a>b；

由δ>0,得b>a。

因此：a<b<2a。

因此：

一对固定孔的中心距为

本发明还提供了一种花键棒间距测量方法，所述方法基于上述花键棒间距测量辅助治具，所述方法包括：

将待测花键放置在基座上；将一对量棒放置在测量位置；

预估待固定的两量棒的棒间距m；

根据所述棒间距m调整一对偏心凸轮的位置，使得每个第一圆柱均夹紧对应的量棒；

将一对偏心凸轮分别固定在基座上；

测量一对量棒的棒间距。

进一步地，所述根据所述棒间距m将一对偏心凸轮固定在基座上，使得第一圆柱夹紧量棒，包括：

根据所述棒间距m获取第一角度θ，所述第一角度θ为中心线与偏心线的夹角，所述中心线为一对固定孔的中心连线，所述偏心线为第一圆柱的轴心与第二圆柱的轴心的连线；

根据第一角度θ将一对偏心凸轮固定在基座上，使得第一圆柱夹紧量棒。

进一步地，所述第二圆柱的半径大于所述第一圆柱的半径，所述第一圆柱与所述第二圆柱内切，一对固定孔的中心距为其中，φ2为第二圆柱的直径，φ1为第一圆柱的直径。所述第一角度θ通过下式获得：

其中，x为第一圆柱的半径，δ为第二圆柱的直径与第一圆柱的直径之差。

图8是本发明实施例提供的第一角度计算原理图，同时也是一般量程的原理图。

如图8所示：第一角度θ的推导过程如下：

量棒与第二圆柱外切，切点为t、t’。

设o1o2与o1o的夹角为第一角度θ，θ为0～180度；o为一对固定孔的连线的中心，则：

o1o＝x+δ

由余弦定理可得：

tt’＝m＝2x(to2+o2o)；

当已知m时，可求得θ。

本发明主要是针对花键的棒间距进行测量。

本申请可以通过设置定位孔的孔间距及偏心凸轮的偏心距来确定量程，此外，本申请还可以通过设置多对定位孔和偏心凸轮来扩展测量范围，扩展测量范围后，可以包括国标中规定的所有棒间距(只需要工作台和凸轮有对应的尺寸，并将通孔对的间距和凸轮的测量范围变化相对应)。

本发明提供的治具结构简单，成本低廉，创造性地将用于传动机构的凸轮(偏心凸轮)应用于固定机构。更因为凸轮机构的特性，特别是，由于本发明的治具偏心凸轮的角度可以可控调节，并且本发明的治具对于不对称的奇数齿花键，有相当大的优越性，这是之前的治具很难克服的局限性。

经过多次验证，本发明的治具测量重复性好，操作方便，并且在超高精度三坐标上可以实现参数化自动测量，大大提高了花键棒间距的测量效率与精度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。