煤矿刮板机链轮轴双键槽联接检测技术设计

杨志敏

（山西煤矿机械制造股份有限公司，太原 030031）

在生产运行中，煤矿机械企业经常碰到长轴上双键槽的加工。由实际装配经验可知，装配时双键槽的形位误差容易造成装配干涉。针对干涉，人们有必要设计一种专用检测装置，避免只利用昂贵的三坐标检测仪。这样可以消除影响检测的不利因素，降低检测成本，满足加工现场或矿井工作面实地检测的需求，提升企业的经济效益。

1 设计原则

该装置是一种能快速测量轴类零件双键槽位置的量具。该量具主要有以下四个特点：一是利用游标卡尺的特性测量两键槽的弦距；二是制作专用工件样板，作为测量时的比对样板；三是样板上的双键槽具有工件公差范围的特性；四是具有数显的功能，可以快速读数，效率高，且读数直观清晰。

2 装置组成及工作原理

该测量装置结构如图1所示。样板是根据工件图纸的要求，计算出键槽位置度公差范围。按最大和最小尺寸制作两件样板，其相当于止规和通规。测量时利用数显游标卡尺量爪上的V型结构，与工件的两键槽相邻两侧面和外圆面相贴合，测出工件两键槽弦距的最小测量尺寸，看实际测量尺寸是否在止规和通规的要求测量尺寸范围内。如果双键槽弦距在公差范围内，则工件尺寸合格；如果双键槽弦距不在公差范围内，则工件尺寸不合格。根据测量弦距的实际测量尺寸，确定是否对相关的零件进行修配，达到装配的技术要求。样板制作有以下要求：材料稳定好，重量轻，精度高和标记清楚。

图1 测量装置结构

数显游标卡尺如图2所示，数显游标卡尺测量双键槽弦距时，应将卡尺的V型结构与工件两键槽的相邻两侧面和外圆面相贴合，直接在LED显示窗读取所测值。使用前，松开尺框上紧固螺钉，将尺框平稳拉开，用布将测量面、导向面擦干净，检查“零”位；轻推尺框，使卡尺两个量爪测量面合并，观察游标“零”刻线与齿身“零”刻线应对齐，游标尾刻线与齿身相应刻线应对齐。否则，应重新计量。

图2 数显游标卡尺

数显卡尺的齿身装有高精度齿条，齿条运转带动圆形栅格转动，用光电脉冲计数原理，将卡尺量爪的位移转变为脉冲信号，通过计数器和显示器将测量尺寸用数字显示在屏上，分辨率0.005mm，允许误差为±0.015mm/150mm。工件键槽的宽度公差是0～-0.11mm。所以，用数显游标卡尺能满足测量弦距公差的测量要求。

链轮轴双键槽产生形位误差的原因：一是工件装夹完成后，链轮轴加工完一个键槽，加工另一个键槽时，旋转链轮轴，达到图纸角度要求，进行键槽加工。因夹持链轮轴的分度头内部齿轮零件啮合存在间隙，所以加工时工件双键槽位置会产生角度误差，造成两键槽弦距的误差。二是机床立铣头和工作台不稳定，刀具进给时，键槽加工位置容易产生偏移，造成两键槽弦距的误差。

测量工件双键槽弦距尺寸时，在工件双键槽加工完成后，刀具对加工面的挤压，使键槽径向出口出现飞边，造成无法用标准的游标卡尺测量弦距。如果对键槽径向出口进行倒角，消除飞边，用标准游标卡尺测量弦距的基准被加工掉，无法测量。基于以上原因，制作了非标数显游标卡尺，通过量爪上的V型槽，正好让开键槽径向出口的棱角，通过与键槽相邻两侧面和外圆面的相贴合。卡尺V型槽与工件的接触点达到4个点，可以达到测量尺寸的唯一性，可以作为实际测量尺寸使用。需要注意的是，因测量工件弦距尺寸时，外圆作为测量的相关基准面，要求必须对外圆进行精加工，保证外圆尺寸的形位公差，并要求与样板的外径统一尺寸公差，达到数显游标卡尺测量时比对的要求，使双键槽弦距的测量尺寸有效。

3 虚拟装置技术应用

专用测量装置应用计算机虚拟样品技术对装置进行建模与分析。通过虚拟模型检查各部件测量干涉，进行有限元分析，反复修改设计方案中的缺陷，最终获得最优设计方案。虚拟样品技术的应用不仅缩短了设计周期，也保障了物理样机品的可靠性。

虚拟样品技术应用过程如下：第一，确定技术参数，制定边界条件；第二，利用三维建模软件构造实体模型，绘制虚拟样品；第三，针对虚拟样品对其进行动态特性分析，并对主要部件进行受力分析和结构优化；第四，根据分析结果对虚拟样品进行修改，获得最优设计；第五，详细设计零部件，绘制工程图纸。

4 应用扩展

链轮轴作为煤矿刮板机的重要零件，种类繁多，轴径大小不一，但双键槽的夹角都一致。运用该测量方法，虽然能达到快速、简单测量的目的，但每件工件都需要制作对比样板，成本太高，且测量时容易混淆。因此，人们可以规范数显游标卡尺量爪V型槽的相关测量面尺寸精度，然后对样板进行测量，读出数显值。实际测量值和该样板可以作为其他相似轴类零件测量值的计算参数，结合其他工件的图纸尺寸，人们可以通过虚拟技术，测算出其他工件用该数显游标卡尺应该显示的测量数据，并把相似链轮轴按图号、要求测量值等制作成表格，方便检测人员使用。如果工件精度要求更高，可以在现有量爪结构的基础上，把数显改成外径千分尺的结构，从而保证测量精度。在精度要求更高的机床制造行业，该技术可以作为工作单元加工线上直接测量的一种手段，实现公差及时修正的目的。

5 结语

该测量装置是一种可靠、实用的量具，量具有效地避免了加工造成的测量瓶颈，不用上检测线，可以直接用于装配现场或井下工作面测量。该装置构思巧妙，完全满足设计之初所提出的各项测量要求。该设计将会在工厂、矿山等领域得到广泛应用，在提高煤矿机械和工程机械的技术测量水平、降低企业检测成本、提升企业加工效率等方面均有重要意义。

[1]《机械加工技术手册》编写组.机械加工技术手册[M].北京：北京出版社，1989：2-3.

[2]宋明江.新型提升机构的设计研究[J].煤矿机械，2015，36（2）：37-38.