新型滚轮法测量头的结构设计

　　1　滚轮法测量原理

　　大型机械设备,如水轮机、汽轮机、大型发电机组及大型轴承圈等,常需对大直径进行高精度测量[1]。大直径测量必须解决以小测大、在线测量等一系列问题[2]。目前所采用的方法有大型量具测量法、π尺测量法、弓高弦长法、经纬仪测量法、超声波法及激光瞄准定位块法等等,但这些方法有的测量准确度达不到要求,有的又测量效率低,难以在生产实践中推广应用。相比较而言,滚轮法是一种应用较广、技术上较成熟的方法[3]。它具有结构简单、操作方便、能实现高效率测量等优点,但现有的滚轮法直径测量系统由于受打滑、滚轮受压变形以及温度误差的影响,其测量很难达到高准确度水平。要用滚轮法实现高精度测量,必须对测量头结构加以改进,减小打滑及滚轮变形对测量结果的影响。滚轮法是利用已知直径为d的标准滚轮与被测工件作无滑动的对滚,精确测量被测工件转过N圈时标准滚轮的相应转角φ,然后由下式求得被测工件的直径D[4]:

　　滚轮法测量系统示意如图1所示。其中:1为被测大轴,2是滚轮转角光栅测量系统,3为虚线框内部分滚轮测量头装置[5],4为大轴转数测量系统。测量头装置中一般包括标准滚轮、滚轮浮动支承座及加力机构。进行滚轮法测量时,通过加力机构施加滚轮与被测工件之间的正压力,以产生足够的摩擦力来带动滚轮对滚,与滚轮同轴安装的圆光栅精确测量滚轮的转角φ,滚轮及其支承座通过安装在精密直线滚动导轨上保证浮动性,以防止被测大轴径向跳动对测量结果的影响。测量头作为滚轮法测量系统中的核心部分,其机械结构设计及精度设计对测量结果有着直接的影响[6]。

　　2　新型测量头结构设计

　　图2为设计的测量头结构示意图。其中:1为防滑标准滚轮,2为滚轮支承架,3是压缩弹簧,4是测力传感器,5是调节螺钉,6是底座,7是直线滚动导轨副。本套测量头装置与常见的测量头装置相比,增加了滚轮防滑结构和正压力测量装置。这也正是本测量头结构设计的特点所在。

　　2.1　滚轮防滑结构设计

　　打滑现象是滚轮法测量时的一个致命弱点,它直接影响着滚轮法的测量精度。打滑现象产生的主要原因是因为滚轮与被测工件之间的摩擦力不够,可以通过增大两者之间的正压力和增大摩擦系数来避免这一现象。若两者间的正压力增大,会使得滚轮的受压变形量同时增大,这将带来一定的测量误差;而且两者间的正压力又不能过大,否则无法带动滚轮对滚。可以通过在滚轮上嵌套密封圈,增加二者之间的摩擦系数来降低其打滑几率。图3为设计的滚轮防滑结构。