一种齿轮重合度检测系统

1.本发明涉及齿轮制造检测及实验教学仪器技术领域，具体涉及一种齿轮重合度检测系统。


背景技术：

2.机械设计课程是机械工程专业的专业核心课，该课程主要用于介绍常见零件的结构特点及设计方法。齿轮传动是机械设计中常见的传动方式，通过齿轮传动可以实现轴与轴之间的传动。齿轮重合度是衡量齿轮传动连续性及传递载荷均匀性的重要参数。受制造精度、安装精度、载荷变化、齿廓磨损等因素影响，齿轮在传动过程中实际重合度会发生变化，齿轮啮合性能降低。
3.齿轮理论知识也是工科院校专业核心课机械原理、机械设计课程的教学重点和难点。受齿轮传动工作环境影响，不能直接对一对齿轮的重合度进行测量，目前有关齿轮重合度的设计和分析通常采用理论计算和虚拟仿真分析的方法，故齿轮传动重合度是教学的重点和难点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于机器视觉技术，通过工业摄像机拍摄齿轮传动图像，使用图像分析软件，测出齿轮机构的基本参数及齿轮传动重合度的检测系统。
5.本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种齿轮重合度检测系统，包括第一固定架，安装在第一固定架上的中心轴，中心轴从上到下依次安装有中心齿轮、套筒、在转动时能带动中心轴发生转动的第一传动装置，套筒与中心轴之间安装有多个轴承，套筒从上到下依次安装有齿轮分度盘以及在运动时带动套筒发生转动的第二传动装置，齿轮分度盘上沿周向均匀分布有三个行星齿轮，三个行星齿轮均与中心齿轮相啮合且可转动地安装在齿轮分度盘；第一固定架一侧还设有光源、计算机以及用于拍摄被测行星齿轮与中心齿轮的啮合传动图像的拍摄装置，拍摄装置包括摄像机，摄像机与计算机通讯连接；行星齿轮为标准齿轮、正变位齿轮或负变位齿轮。
6.优选的，第一传动装置包括第一蜗轮、与第一蜗轮相啮合的第一蜗杆以及安装在第一蜗杆端部的第一手轮，第一蜗轮安装在中心轴上。
7.优选的，第二传动装置包括安装在套筒上的第二蜗轮、与第二蜗轮相啮合的第二蜗杆、安装在第二蜗杆端部的第二手轮，第二蜗轮安装在套筒上。
8.优选的，每个行星齿轮均通过一个齿轮定位滑板安装在齿轮分度盘上。
9.优选的，拍摄装置还包括安装在第一固定架一侧的支撑杆、可滑动地安装在支撑杆上的安装座，安装座上安装有多个滑杆，摄像机可滑动地安装在滑杆上。
10.优选的，齿轮定位滑板通过螺栓可移动地安装在齿轮分度盘上从而可调节行星齿轮与中心齿轮的中心距，齿轮分度盘上设有多个通槽，螺栓依次穿过齿轮定位滑板和通槽然后在螺母的配合下将齿轮定位滑板安装在齿轮分度盘上。
11.本发明具有如下有益效果：
12.1、本发明的一种齿轮重合度检测系统可用于测量齿轮机构的齿顶圆、齿根圆、法向齿距及齿轮传动的重合度，且具有设计科学、结构紧凑、操作方便、精度高、安全可靠等特点。
13.2、本发明的一种齿轮重合度检测系统适合在工程实践或高等院校、职业院校实践教学中推广。
14.以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
15.图1为本发明一种齿轮重合度检测系统的立体示意图。
16.图2图1的右视图。
17.图3为本发明一种齿轮重合度检测系统(不含拍摄装置)的立体示意图(第一视角)。
18.图4为本发明一种齿轮重合度检测系统(不含拍摄装置)的立体示意图(第二视角)。
19.图5为本发明一种齿轮重合度检测系统(不含拍摄装置)的立体示意图(第三视角)。
20.图6为本发明一种齿轮重合度检测系统(不含拍摄装置)的剖视图。
21.图7为本发明齿轮定位滑板和齿轮分度盘的安装示意图。
22.图8为中心齿轮与行星齿轮的基圆及法向齿距的示意图。
23.图9为中心齿轮与行星齿轮实际啮合线段的示意图。
具体实施方式
24.为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本发明提出的一种齿轮重合度检测系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，在本实施例中以设有支架的端部为前端，以设有加载装置的端部为后端，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明的限制。
26.请参阅图1至图9，一种齿轮重合度检测系统，包括第一固定架1，第一固定架1包括上固定板101、下固定板102以及设在上固定板101和下固定板102之间的多个支撑柱103，上固定板101上设有安装孔1011，通过第二固定件2安装在下固定板102上的中心轴3，中心轴3的顶端从安装孔1011内穿出，中心轴3从下到上依次安装有第一传动装置4、套筒5、中心齿轮6，中心齿轮6以螺栓方式固定的方式安装在中心轴3的顶端，套筒5的内壁与中心轴3的外壁之间安装有多个轴承501，从而可使套筒5相对于中心轴3发生相对转动，第一传动装置4
包括第一蜗轮401、与第一蜗轮4相啮合的第一蜗杆402以及安装在第一蜗杆402端部的第一手轮403，第一蜗轮4通过螺纹配合的方式安装在中心轴3上，转动第一手轮403，第一蜗杆402带动第一蜗轮4转动，第一蜗轮4带动中心轴3转动，同时带动安装在中心轴3上的中心齿轮6转动，套筒5从上到下依次安装有齿轮分度盘8以及在运动时带动套筒5发生转动的第二传动装置7，第二传动装置7包括安装在套筒5上的第二蜗轮701、与第二蜗轮701相啮合的第二蜗杆702、安装在第二蜗杆702端部的第二手轮703，第二蜗轮701通过螺纹配合的方式安装在套筒5上，旋转第二手轮703时，第二蜗杆702通过第二蜗轮701带动套筒5转动，套筒5带动齿轮分布盘8转动。
27.齿轮分度盘8上沿周向均匀分布有三个齿轮定位滑板9，每个齿轮定位滑板9上均可转动地安装有一个行星齿轮10，行星齿轮10可为标准齿轮、负变位齿轮、正变位齿轮或其他类型的齿轮；在本实施例中，三个行星齿轮10分别为标准齿轮、负变位齿轮和正变位齿轮，这三个行星齿轮10均与中心齿轮6相啮合，通过调整齿轮定位滑板9的高度，可使行星齿轮10与中心齿轮6处于同一个高度。齿轮定位滑板9可移动地安装在齿轮分度盘8上，从而可以根据需要调节行星齿轮10和中心齿轮6的中心距，请参阅图7，齿轮分度盘8上设有多个第一通槽801和多个第二通槽802，第一螺栓901依次穿过齿轮定位滑板9和第一通槽801然后在螺母的配合下将齿轮定位滑板9的一端安装在齿轮分度盘8上，第二螺栓902依次穿过齿轮定位滑板9和第二通槽802然后在螺母的配合下将齿轮定位滑板9的另一端安装在齿轮分度盘8上，通过移动齿轮定位滑板9的位置从而调整星齿轮10和中心齿轮6的中心距。
28.所述第一固定架1的一侧还设有拍摄装置11、光源(图中省略)以及计算机(图中省略)，计算机上安装有图像采集软件，拍摄装置11包括安装在第一固定架1一侧的支撑杆1101、可滑动地安装在支撑杆1101上的安装座1102，安装座1102上设有锁定装置(图中省略)，安装座1102沿支撑杆1101上下移动调整好位置后，锁定装置将1102锁紧在支撑杆1101上，该锁紧装置为现有技术，在此不再赘述，安装座1102的端部设有多个滑杆1103，滑杆1103上可滑动地安装有摄像机1104，摄像机1104位于齿轮分度盘8的上方，摄像机1104与计算机通讯连接。
29.测试时，打开摄像机1104、计算机和光源，转动第二传动装置7，第二传动装置7通过套筒5带动齿轮分度盘8转动，从而调整待测行星齿轮10的位置，使待测行星齿轮10转动到摄像机1104下方的位置，然后转动第一传动装置4上的第一手轮403，中心齿轮6带动待测行星齿轮10转动，摄像机1104拍摄被测行星齿轮10与中心齿轮6的啮合传动图像，并将该图像发送至计算机，计算机对该图像进行处理分析，摄像机拍摄图片发送至计算机，计算机对图像进行分析的技术为现有技术，在此不再赘述。
30.齿轮重合度实验
31.1、原理及过程：
32.(1)调整摄像机1104的安装位置，调整焦距，在计算机上调整摄像机相关参数，拍摄速率f＝200fps。调整光源，使显示器上的图像清晰；然后调整待测行星齿轮的位置。
33.(2)转动第一手轮403，通过蜗杆传动带动中心齿轮6转动，使中心齿轮6与待测行星齿轮10啮合传动，同时使用摄像机拍摄齿轮啮合传动的运动图像。
34.(3)将图像导入计算机程序指定的text1、text2、text3文件夹中，转为数字灰度矩阵，基于数字散斑相关技术进行分析。
35.(4)使用鼠标在图像上选取齿顶圆多点，图像分析系统得出齿轮的齿顶圆，同理得出齿根圆。
36.由齿轮机构参数关系知：
[0037][0038][0039]
式中：
[0040]
d
a
是齿顶圆直径，mm；
[0041]
d
f
是齿根圆直径，mm；
[0042]
z是齿数；
[0043]
是齿顶高系数，国家标准gb/t1356
‑
2001规定，
[0044]
c
*
是顶隙系数，国家标准gb/t1356
‑
2001中规定，c
*
＝0.25；
[0045]
m是齿轮模数，mm，一对啮合的齿轮模数相等；
[0046]
将测量的d
a
和d
f
代入式(1)、(2)，可得齿轮的模数m值。
[0047]
由
[0048]
d＝mz
ꢀꢀ
(3)
[0049]
d
b
＝d cosα
ꢀꢀ
(4)
[0050]
式中：
[0051]
d是分度圆直径，mm；
[0052]
d
b
是基圆直径，mm；
[0053]
α是齿轮分度圆上的压力角，国家标准gb/t1356
‑
2001中规定，α＝20
°
[0054]
将齿数z和模数m值带入(3)、(4)，可得基圆直径和分度圆直径，计算机进行数据处理，得出齿轮机构的相关参数。
[0055]
(5)图像分析后，绘出一对齿轮传动啮合传动时的啮合线、啮合角、中心距、理论啮合线段、法向齿距、实际啮合线段等图像，并由此得出重合度值。
[0056]
(6)通过调整齿轮安装位置，该实验台还可进行标准齿轮非标准安装的重合度测量，变位齿轮的正传动、负传动重合度测量。
[0057]
(7)实验结果与分析
[0058]
用鼠标在显示器的图像上的齿顶圆上选取多点，绘制出两齿轮的齿顶圆，请参阅图8、图9，图中上方为中心齿轮，图像下方是行星齿轮。同理，绘制出齿根圆。在此基础得出基圆和啮合线。因为啮合线也是齿轮齿廓的法线，故法向齿距p
b
即齿轮相邻两齿同侧齿廓在啮合线上的距离c1c2，即p
b
＝c1c2。
[0059]
在该啮合线上分别测量了两齿轮实际啮合线段b1b2。b2是行星齿轮的齿顶圆与啮合线的交点，表示一对齿轮在b2点开始进入啮合；b1是中心齿轮的齿顶圆与啮合线的交点，表示一对齿轮在b1点脱开啮合。b1b2与p
b
的比值为实际的重合度，用ε
′
表示，即
[0060][0061]
因齿轮重合度试验是动态测量，故本发明的一种齿轮重合度检测系统适合在工程实践或高等院校、职业院校实践教学中推广。
[0062]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。