内花键齿顶圆直径检验夹具
刘波浪1 扶 平1 贺志超2 唐大春3
（1.重庆豪能兴富同步器有限公司，重庆 402761；2.吉林省计量科学研究院，吉林 长春 130011；
3.长春市春求科技开发有限公司，吉林 长春 130011）
摘 要：内花键齿是汽车、摩托车、机床等行业常用的一个复杂零件，技术要求高，工艺复杂。针对其在传统检测过程中所存在的种种问题，我们开发了一款具新型的专用检具。本文介绍了这种装备的结构、原理和操作方法，希望能为业界提供了一种新的检测方法。关键词：同步器齿套；定位；在线检测 1背景与痛点
为了保证产品质量，大批量生产方式生产线都配有在线专用的检验夹具，用于对尺寸、位置、形状等参数检测。内花键齿是汽车、摩托车、机床等行业常用的传递运动和扭矩结构，它尺寸、形状好与坏
直接影响输出功率和运动平稳性，随着科技水平的发展，产品质量、尺寸精度、结构复杂性、小型化等等要求都越来越高，现在加工的产品精度已经达到或甚至量规的加工精度，传统的检测方法和手段如塞规、卡规已经不能使用了，虽然内径带表塞规和卡规、气动塞规和卡规、电感塞规和卡规精度能满足，但是有些产品结构没有办法来测量更谈不到准确性、适用性和可靠性了，小直径内花键孔径测量就是这种产品之一，它的检测难点在于孔小、模数小、圆周表面为栅型窄小尺寸面，下列是一种采用三点法测量的内花键孔径的产品，如图1，测量∅30.4+0.016孔， 产品要求百检
图1
1、地脚；
2、内六角螺钉；
3、底板 ；
4、内六角螺钉；
5、杠杆；
6、加长表杆；
7、限位螺钉：
8、销轴；
9、内六角螺钉；10、定位板；11、硬质合金测头；12、弹簧；13、调节螺钉；14、硬质合金测头；15、本体；16、千分表；17、校准件
。
图2
2新型内花键齿顶圆直径检验夹具的结构与工作原理
2.1夹具结构
内花键齿顶圆直径检验夹具结构如图2所示
该内花键齿顶圆直径检验夹具主要包括底板和设置在底板上的
检测机构，检测机构包括本体、定位板、一对（固定本体上）硬质合金测头、杠杆、一个（杠杆上）硬质合金测头、销轴、限位螺钉、调节螺钉、内六角螺钉、弹簧、加长表杆、千分表等。
本体通过内六角螺钉与底板连接，杠杆通过销轴与本体铰接，弹簧顶在杠杆上通过调节螺钉控制测量力，限位螺钉调整杠杆测量范围，本体上的两个硬质合金测头与杠杆上的硬质合金测头在同一面上，该面与本体轴系垂直，定位板通过内六角螺钉紧固与本体上，硬质合金测头到定位板距离就是测量孔深度距离位置。
2.2
工作原理
图3 图
4
图5 图
6
图7
图3是三点法原理结构图，它的构成是本体为圆柱形结构，在同一垂直轴心截面上（测量截面）镶嵌两个固定测头，测头大小、分布的角度尺寸由产品齿数而定，该实例齿数为32齿，不能三等分均分，设计时将镶嵌两个固定测头对应是10个齿，对应的角度112.5°，杠杆上测量测头位于下端，它与两个固定测头对应是11个齿，对应的角度123.75°测量产品尺寸变化时，通过杠杆将变化传递给千分表将视值显示出来。
下面分别是测量不同直径尺寸时测量测头尺寸变化情况，图5是三点法在测量直径∅30.4与∅30.42时，测头变化量0.028，图6是测量直径∅30.4与∅30.45时，测头变化量0.0699，
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进行焊接。在焊接完成后，需将上箱体和下箱体分开，对连接法兰和轴承座进行焊缝拼接，此时要对这一部位进行打磨，同时进行预热焊接，防止奥氏体晶粒发生粗化；另外，应适当增加一定热输入，促使接头部位冷却速度有所降低，避免在热影响区域中产生淬硬组织[5]。 焊接完成后及时开始退火处理，通过点焊对上箱体和下箱体进行固定，然后立刻进炉开始消应力退火，在退火过程中，应将温度控制在600℃-650℃范围内。在退火处理完成后，应立即进行喷砂和修磨，最后进行检验，确认焊接质量是否合格[6]。
在修磨工作完成以后，在平台上放好上箱体与下箱体，并根据图样尺寸进行认真的检查，尺寸必须满足图样提出的精度要求，对于法兰平面度的偏差，应控制在5mm以内，对于焊缝的外观，应采用人工做到100%检查，焊缝和热影响区都不能存在裂纹、没有焊透和熔合的部位与超出允许范围的夹渣、咬边与弧坑，所有焊缝的外观尺寸都必须满足图样提出的要求，对焊缝采用无损探伤方法完成检测，且确认质量合格，没有缺陷时，开始专门的密闭性试验，以此确定是否存在渗漏的现象[7]。
5应力处理与防腐处理
考虑到焊接后的工件可能发生变形与产生焊接应力，故焊接完成后应进行专门的应力退火处理，在退火过程中，应将温度控制在600℃-650℃范围内，并使温度保持恒定，维持5-6h的时间。在退火完成后，应采取有效措施对氧化皮进行清理。由于减速机对精度的要求很高，所以箱体的粗镗加工完成后应进行一次低温时效处理，这一步主要具有以下几方面作用：其一，消除焊接完成后的残余应力与粗加工过程中产生的所有加工应力，为之后的精加工奠定良好基础，保证加工及使用的精度；其二，考虑到低温时效处理具有一定硬化效应，所以能有效提高箱体自身力学性能，使强度达到最佳。根据金
属学理论可知，对于低温时效，其主要目的确保固溶体析出至要求的程度，形成良好的析出物，该方法相较于高温时效，可以有效提高析出物的密度，并保证实际的分布效果。针对某种材料，还能有效提高耐腐蚀性、强度与抗应力性。具体的低温时效处理以人工时效为常用方法，加热过程中，温度应达到100℃，并保持这一温度10-20h的时间。考虑到冷却速度不会对金属性能造成太大影响，所以冷却的方法以空冷为主[8]。
另外，在箱体使用之前，还要对其内部实施有效的防腐处理，具体的处理方法为先连续喷涂两道防锈底漆，然后喷涂均匀的醇酸耐油漆。考虑到焊接过程中环境比较恶劣，在工件的表面存在很多污染物，所以为保证油漆附着性，需在喷涂开始前做好除污、除水、除油与除渣，在条件允许的情况下，还可采用磷化与酸洗的方法来处理。
6结语
综上所述，该公司生产制造的减速机目前已经在很多企业得到应用，这些被应用的设备都没有产生质量问题，由此可见看出生产制作工艺比较成熟，组焊接工艺十分重要，在确定适宜的工艺后，还应严格按照相关要求对实际的组焊过程予以控制，以此确保各项技术指标满足设计和规范的要求。
参考文献：
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图7是测量直径∅30.4与∅30.5时，测头变化量0.1397，
从三个图上可以看出测头变化和直径变化比值是0.028/0.02=1.4、0.0699/0.05=1.398 、0.1397/0.1=1.397，1.398与1.4是相差0.002、1.397与1.4是相差0.003，测量0.1mm尺寸变化与真值误差不会超过0.00021mm，千分表和常用精度的传感器是测量不出来变化的，而产品要求的直径尺寸公差是0.016mm，被测量产品在合格范围内，三点法结构原理误差应该趋于0，三点法测头变化值和实际直径值比是1.4：1，所以设计时采用1：1.4的杠杆比将测量出放大的真正变化值转变回直径实际变化值，如图4 杠杆结构测量测头到转轴和转轴到千分表测量点分别是44.8和32。图4在该三点法原理检具设计中，产品测量表面深度4.05mm，设计时原则上测量点是选被测量面中心位置，在距离端面2mm的位置，这样检具定位面距离测量定位点2mm，所以测头最大是∅4mm，而实际是测头采用了∅3mm硬质合金球，端面定位面是在本体上可以移动的，测头能测量不同截面的直径尺寸变化，可以检测孔是否有锥度变化。
3检验夹具的操作过程
操作者第一次使用先用∅30.4校准件置于检验夹具定位座中，过程是手持校准件先挂杠杆测头，上提校准件再挂在本体两个固定测头上，使其端面与定位板贴合定位，杠杆在弹簧力作用下使杠杆上测头与本体两个固定测头形成三点定于测量内孔表面，将千分表置于0，然后同样将∅30.416校准件置于检验夹具定位座中看千分表视值是否显示0.016，是证明杠杆比例是对的，同样步骤测量内花键齿顶圆孔，因内花键孔是断续表面，转动产品千分表视值是在一大一小来回波动，但是所有小值在0-0.016之间产品合格，后续只用∅30.4一个校准件校零即可。
4结束语
“内花键齿顶圆直径检验夹具”是提供了一种解决的方法，无论齿数是否是三的倍数都可以用三点法测量原理，该实例在生产中没有“内花键齿顶圆直径检验夹具”前该产品内孔没有任何的量具和检具能检测，只能采用三坐标检测的，每一件检测时间5min。使用了“内花键齿顶圆直径检验夹具”后该产品每一件检测时间20s。这对于大批量的汽车零部件生产线有着重要的意义。“内花键齿顶圆直径检验夹具”结构简单紧凑，操作方便，不需要非常严格的测量环境和高水平的操作者，检测数据准确、稳定，不会受操作者的水平和情绪的影响。
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作者简介：
刘波浪，男，重庆綦江人，工程师，重庆豪能兴富同步器有限公司副总经理，研究方向：量检具设计开发。
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