一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置及其使用方法与流程

本发明涉及超声波检测领域，具体涉及一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置及其使用方法。

背景技术

在机械行业的发展中，轴套结合面的接触状况在很大程度上影响着装配的性能，所以结合面压强的检测越来越变得尤为重要和迫切，但由于轴套结合面的封闭性，导致很难去检测其压强的大小，而传统的薄膜传感器不仅检测精度往往达不到要求，而且在检测过程中会改变结合面原有的接触状况，导致误差较大，另一方面，过去的检测轴套配合的装置多将轴套竖直放置，这也可能会导致调整角度时的偏心及装置拆装时的不方便。

中国专利cn103822968b公开了一种面向结合面压强检测的压强-超声反射率曲线构建方法，其首先计算不同压强下每个扫描点的超声反射率；然后拟合求得初始压强-反射率关系；根据求得的初始压强-反射率关系，计算在不同压力下结合面所有扫描点压强，得到整个结合面的总的压力f：将f与利用压力传感器测量到的实际压力f0计算标定系数；然后重新计算每个扫描点的压强值pi得到修正后的压强值pi’，计算不同压力下结合面中心压强分布平坦区域扫描点的压强pi’的均值pα，利用所得的pα与该区域对应的反射率均值r0重新拟合求得新的压强-反射率曲线，本发明采用迭代方式构建压强-反射率曲线，能够构建准确的压强-反射率关系，实现结合面接触压强的准确检测。

技术实现要素：

本发明提供一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置及其使用方法，所要解决的技术问题为：准确地检测轴套过盈配合结合面的压强-超声波反射率，减小检测误差，优化检测装置结构，使其拆卸更加方便，提高检测效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置，包括水箱，所述水箱的顶面去除，水箱固定设置在全自动三轴平台机的水平运动横板上；所述水箱的左侧和右侧箱壁上镜像对称开设有通孔，所述通孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔为三种不同直径的同轴圆孔且轴线沿左右方向，所述第一通孔在三种同轴圆孔中直径最小且第一通孔的一端延伸至水箱的内部，第一通孔的另一端与第二通孔连通，所述第二通孔在三种同轴圆孔中直径居中且第二通孔的另一端延伸至水箱的外部，所述第三通孔在三种同轴圆孔中直径最大且第三通孔位于第二通孔左右端面之间；所述水箱的左侧通孔内部穿设有左侧传动轴，左侧传动轴的轴线与所述通孔的轴线重合且左侧传动轴的轴径小于第一通孔的孔径，左侧传动轴与第一通孔配合连接处设置有骨架油封，所述骨架油封的外径与第二通孔配合安装，骨架油封的内径与左侧传动轴配合安装，左侧传动轴与第三通孔配合连接处穿设有弹性挡圈，左侧传动轴的右端延伸至水箱的内部且固定连接有单膜片联轴器，左侧传动轴的左侧设置有第一万能分度盘，所述左侧传动轴的左端固定连接在第一万能分度盘的第一三爪卡盘上，第一万能分度盘固定设置在第一门形支架上；所述水箱的右侧通孔内部穿设有右侧传动轴，右侧传动轴的轴线与右侧通孔轴线重合且右侧传动轴的轴径小于第一通孔的孔径，所述骨架油封的外径与第二通孔配合安装，骨架油封内径与右侧传动轴配合安装，右侧传动轴与第三通孔配合连接处穿设有弹性挡圈，右侧传动轴的左端固定连接有单膜片联轴器，右侧传动轴的右侧设置有第二万能分度盘，所述右侧传动轴的右端固定连接在第二万能分度盘的第二三爪卡盘上，第二万能分度盘固定设置在第二门形支架上；所述左右两侧的单膜片联轴器均连接有空套夹体，所述空套夹体包括实心圆柱体、空心圆柱体和螺纹通孔，实心圆柱体与空心圆柱体同轴固定连接且实心圆柱体和空心圆柱体的轴线均与所述的第一通孔的轴线重合，空心圆柱体内径大于测试套的外径20～100微米，实心圆柱体与单膜片联轴器配合连接，螺纹通孔设置在空心圆柱体端部的外表面上且螺纹通孔轴线垂直于空心圆柱体的轴线，螺纹通孔绕空心圆柱体的轴线均匀设置四个，螺纹通孔上配合安装有紧固螺钉；所述水箱的顶面上方设置有超声波探头，所述超声波探头位于单膜片联轴器的轴线延长线的正上方，超声波探头固定设置在全自动三轴平台机的竖向滑轨上；测试时水箱内装有水，超声波探头的底部和轴套始终淹没在水中。

优选地，至少设置两种空心圆柱体内径不相同的空套夹体作为备选件，空心圆柱体内径根据测试套的外径确定。

优选地，所述第一门形支架的上表面设置有矩形的凹槽，第一万能分度盘底部固定设置有矩形凸起部，矩形凸起部嵌入第一门形支架上表面的矩形凹槽里。

一种使用上述装置的方法，包括以下步骤：

(1)根据测试套的外径尺寸选择合适的空套夹体，再将空套夹体分别安装到左侧和右侧的单膜片联轴器上，然后将测试套的一端装入左侧的空套夹体的空心圆柱体中并调节紧固螺钉的位置，将测试套的另一端装入右侧的空套夹体的空心圆柱体中并调节紧固螺钉的位置，接着在水箱内装水，使超声波探头的底部和轴套始终淹没在水中，开始检测空套，即未与轴配合安装的测试套；

(2)利用全自动三轴平台机上的超声波探头按照一定的步距，先沿测试套的轴向扫一条线，然后转动第一万能分度盘侧面的分度调节控制盘，使万能分度头旋转一定角度，使第一三爪卡盘带动左侧传动轴转动，左侧传动轴带动单膜片联轴器转动进而带动空套夹体转动，空套夹体带动测试套转动，测试套带动右侧的空套夹体、单膜片联轴器、右侧传动轴和第二三爪卡盘转动，再使超声波探头的焦点落在测试套的内表面，然后沿测试套的轴向扫一条线，然后再调整角度，以此类推，测量测试套的内表面各个点的超声波回波信号，得到内表面上各点的超声波回波信号，即为参考信号；

(3)检测过盈配合后的轴套，轴套中测试轴的两端被单膜片联轴器夹紧，其余各部件与装配过程与上一步测空套时一致，装配完成后，找到上一步测空套的起始点与轴向的轨迹，使超声波探头焦点依旧落在测试套的内表面，高度与上次相同，即超声波探头与测试套的相对位置与上一步测空套时位置一样，调整全自动三轴平台机水平移动步距与上述测空套时相同，使超声波探头沿着上述测空套时的路径，重复上述检测空套的过程，测出上次测的每个点超声波回波信号，即为结合面信号；

(4)对参考信号和结合面信号进行傅里叶变换，并用下面的公式计算每个扫描点的反射率：

其中，r为超声反射率幅值，hi为结合面信号幅值，ho为相同频率下参考信号幅值，结合面所有点的反射率组成反射率矩阵，得到反射率均值ro，再由反射率和压强的关系曲线计算出扫描点的反射率均值ro对应的结合面的压强po。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：采用超声波探头检测压强，检测精度高，检测误差小；骨架油封防止水从水箱中泄露；设置分度盘，与全自动三轴平台机配合使用，使检测过程的位移量更易控制，从而使检测结果更精确；单膜片联轴器安装方便，便于拆卸，从而提高了检测效率。总之，本发明减小了检测误差，提高了检测精度，优化了检测装置结构，使其拆卸更加方便，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明测轴套时的局部示意图；

图3为本发明所述的水箱的立体结构示意图；

图4为本发明所述的水箱的俯视图；

图5为图4沿b-b的剖视图；

图6为本发明所述的第一门形支架结构示意图；

图7为本发明所述的第二门形支架结构示意图；

图8为本发明所述的空套夹体的立体结构示意图；

图9为本发明测空套时的局部视图。

图中：1、水箱，2、左侧传动轴，3、第一三爪卡盘，4、第一万能分度盘，5、第一门形支架，6、全自动三轴平台机，7、单膜片联轴器8、第二门形支架，9、第二万能分度盘，10、第二三爪卡盘，11、右侧传动轴，12、超声波探头，13、测试轴，14、测试套，15、探头夹具，16、空套夹体，101、第一通孔，102、第二通孔，103、第三通孔，161、实心圆柱体，162、空心圆柱体、163、螺纹通孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的描述。

一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置，包括水箱1，如图3所示，所述水箱1的顶面去除，水箱1固定设置在全自动三轴平台机6的水平运动横板上，即在水箱1的底部前后方向各设置一个长方体，在长方体块上开有三个等距共线的贯穿沉孔，沉孔间的距离等与于全自动三轴平台机6横板上的贯穿螺纹孔的间距，且沉孔下部的光孔直径略大于横板上螺纹孔的直径，然后用螺钉将三个贯穿的沉孔将箱体与全自动三轴平台机6上的横板连接在一块；如图4和图5所示，所述水箱1的左侧和右侧箱壁上镜像对称开设有通孔，所述通孔包括第一通孔101、第二通孔102和第三通孔103，第一通孔101、第二通孔102和第三通孔103为三种不同直径的同轴圆孔且轴线沿左右方向，所述第一通孔101在三种同轴圆孔中直径最小且第一通孔101的一端延伸至水箱1的内部，第一通孔101的另一端延伸与第二通孔102连通，所述第二通孔102在三种同轴圆孔中直径居中且第二通孔102的另一端延伸至水箱1的外部，所述第三通孔103在三种同轴圆孔中直径最大且第三通孔103位于第二通孔102左右端面之间。

如图1所示，所述水箱1的左侧通孔内部穿设有左侧传动轴2，左侧传动轴2的轴线与所述通孔的轴线重合且左侧传动轴2的轴径小于第一通孔101的孔径，左侧传动轴2与第二通孔102配合连接处设置有骨架油封，所述骨架油封的外径与第二通孔102过盈配合安装，骨架油封内径与左侧传动轴2过盈配合安装，左侧传动轴2与第三通孔103配合连接处穿设有弹性挡圈，左侧传动轴2的右端延伸至水箱1的内部且固定连接有单膜片联轴器7，左侧传动轴2的左侧设置有第一万能分度盘4，所述左侧传动轴2的左端固定连接在第一万能分度盘4的第一三爪卡盘3上，第一万能分度盘4固定设置在第一门形支架5上，如图6所示，所述第一门形支架5的上表面设置有矩形的凹槽，第一万能分度盘4底部固定设置有矩形凸起部，矩形凸起部嵌入第一门形支架5上表面的矩形凹槽里。

如图1所示，所述水箱1的右侧通孔内部穿设有右侧传动轴11，右侧传动轴11的轴线与右侧通孔轴线重合且右侧传动轴11的轴径小于第一通孔101的孔径，所述骨架油封的外径与第二通孔102过盈配合安装，骨架油封的内径与右侧传动轴11过盈配合安装，右侧传动轴11与第三通孔103配合连接处穿设有弹性挡圈，右侧传动轴11的左端固定连接有单膜片联轴器7，右侧传动轴11的右侧设置有第二万能分度盘9，所述右侧传动轴11的右端固定连接在第二万能分度盘9的第二三爪卡盘10上，第二万能分度盘9固定设置在第二门形支架8上，如图7所示，第二门形支架8上部开有两列各两个对称的贯穿螺纹孔，第二万能分度盘9的底部矩形块沿中心线两侧开有两列通孔，通过螺钉将第二万能分度盘9底部平台通孔与第二门形支架8上部的贯穿螺纹孔的连接。

所述左右两侧的单膜片联轴器7均连接有空套夹体16，如图8所示，所述空套夹体16包括实心圆柱体161、空心圆柱体162和螺纹通孔163，实心圆柱体161与空心圆柱体162同轴固定连接且实心圆柱体161和空心圆柱体162的轴线均与所述的第一通孔101的轴线重合，实心圆柱体161与单膜片联轴器7配合连接，螺纹通孔163设置在空心圆柱体162端部的外表面上且螺纹通孔163轴线垂直于空心圆柱体162的轴线，螺纹通孔(163)绕空心圆柱体(162)的轴线均匀设置四个，螺纹通孔163上配合安装有紧固螺钉，至少设置两种空心圆柱体162内径不相同的空套夹体16作为备选件，空心圆柱体162内径根据测试套14的外径确定，即空心圆柱体162内径大于测试套14的外径20～100微米。

如图2所示，所述水箱1的顶面上方设置有超声波探头12，本实施例中采用奥林巴斯v319型15mhz水浸式聚焦探头，所述超声波探头12位于单膜片联轴器7的轴线延长线的正上方，超声波探头12通过探头夹具15固定设置在全自动三轴平台机6的竖向滑轨上，可以实现左右前后和上下方向的运动。

本发明提供的一种检测轴套过盈配合结合面压强的装置，在实际使用过程中，首先根据测试套14的外径尺寸选择合适的空套夹体16，再将空套夹体16分别安装到左侧和右侧的单膜片联轴器7上，然后将测试套14的一端装入左侧的空套夹体16的空心圆柱体162中并调节紧固螺钉的位置，将测试套14的另一端装入右侧的空套夹体16的空心圆柱体162中并调节紧固螺钉的位置，接着在水箱1内装水，使超声波探头12的底部和轴套始终淹没在水中，开始检测空套，即未与轴配合安装的测试套14，如图9所示。

然后如图9所示，利用全自动三轴平台机6上的超声波探头12按照一定的步距，先沿测试套14的轴向扫一条线，然后转动第一万能分度盘4侧面的分度调节控制盘，使万能分度头旋转一定角度，使第一三爪卡盘3带动左侧传动轴2转动，左侧传动轴2带动单膜片联轴器7转动进而带动空套夹体16转动，空套夹体16带动测试套14转动，测试套14带动右侧的空套夹体16、单膜片联轴器7、右侧传动轴11和第二三爪卡盘10转动，再使超声波探头12的焦点落在测试套14的内表面，然后沿测试套14的轴向扫一条线，然后再调整角度，以此类推，测量测试套14的内表面各个点的超声波回波信号，本实施例中利用奥林巴斯v319型15mhz水浸式聚焦探头对测试套14进行扫描，利5072pr型超声波脉冲发生/接收器发射并接收超声波脉冲，利用tektronix数字示波器tbs1052b进行接收显示波形并保存到电脑上，得到内表面上各点的超声波回波信号，即为参考信号。

接着开始检测过盈配合后的轴套，轴套中测试轴13的两端被单膜片联轴器7夹紧，其余各部件与装配过程与上述测空套时一致，装配完成后，找到上述测空套的起始点与轴向的轨迹，使超声波探头12焦点依旧落在测试套14的内表面，高度与上次相同，即超声波探头12与测试套14的相对位置与上述测空套时位置一样，调整全自动三轴平台机6水平移动步距与上述测空套时相同，使超声波探头12沿着上述测空套时的路径，重复上述检测空套的过程，测出上次测的每个点超声波回波信号，即为结合面信号。

接下来对参考信号和结合面信号进行傅里叶变换，并用下面的公式计算每个扫描点的反射率。

其中，r为超声反射率幅值，hi为结合面信号幅值，ho为相同频率下参考信号幅值，结合面所有点的反射率组成反射率矩阵，得到反射率均值ro。

最后根据中国专利cn103822968b公开的面向结合面压强检测的压强-超声反射率曲线构建方法制得的压强-反射率曲线计算出扫描点的反射率均值ro对应的结合面的压强po。

总之，本发明准确地检测轴套过盈配合结合面的压强-超声波反射率，减小了检测误差，优化了检测装置结构，使其拆卸更加方便，提高了检测效率。