CN101762388A - 环面蜗杆齿面误差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环面蜗杆齿面误差测量方法，对环面蜗杆采用圆弧测量方式进行坐标测量，更符合环面蜗杆形状特点，检测过程不需要标准蜗杆，降低了检测成本，消除了标准蜗杆的机械误差对检测结果的影响；运用计算机建模技术来构造理论上没有误差的理论蜗杆数学模型，并与采集的实验数据比较，测得蜗杆的误差；当选择计算机中的不同数学模型、配备不同类型的测量触头，可应用于平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、直廓环面蜗杆等各种环面蜗杆，具有原理的普遍性和广泛的应用价值。

Description

环面蜗杆齿面误差测量方法

技术领域

本发明涉及一种蜗杆检测方法，特别涉及一种环面蜗杆齿面误差测量方法。

背景技术

环面蜗杆传动(如平面包络环面蜗杆传动、锥面包络环面蜗杆传动、直廓环面蜗杆传动等)具有承载能力高、传动效率高，寿命长，平均分度误差小等特点，因此在冶金、石化、军工、轻纺、选矿、轨道交通等行业得到较广泛的应用。

蜗杆误差检测是保证成品蜗杆用于机械设备并正常运转的关键程序，而环面蜗杆的误差检测比较复杂。比如，平面包络环面蜗杆的齿部螺旋面是一个不等距变径空间螺线的直纹渐开螺面，齿面非常复杂，蜗杆的一侧齿面在任何方向的截面中，不存在相同的齿形，因而误差检测也比较复杂。现有技术中，平面包络环面蜗杆的检测一般采用蜗杆与蜗轮配对滚动后观察接触区的大小和位置地方法，这种方法虽然能比较直观的控制蜗轮副的啮合质量，但检验人员的主管参与较多，仅凭经验判断，而且检测结果对于分析误差来源和提高啮合质量的指导作用不大。随着科学技术的发展，侧隙可调式平面包络环面蜗杆传动作为一种新型传动在精密传动领域有着广泛的应用前景，作为精密蜗杆传动，靠观察齿面接触斑点来判断制造精度和凭经验进行修正加工是不现实的。

为解决以上问题，分别检测被测蜗杆与标准蜗杆，并将二者数据进行对比，得到误差值即为被测蜗杆的误差。所用的标准蜗杆是精度较高的蜗杆，不同参数的蜗杆需要配置不同的标准蜗杆，成本极高。并且，这种检测方法将标准蜗杆自身存在的误差传递给被测蜗杆，虽然避免了人为参与，但是检测结果并不精确。

另外一些测量方法在被测蜗轮蜗杆副啮合传动过程中测量出蜗杆蜗轮副传动的运动误差及周期误差，用于蜗轮、蜗杆零件选配及产品蜗杆副的综合精度检验等，不能用于蜗杆零件精度的检测和分析。

因此，需要一种环面蜗杆齿面误差测量方法，能够适用于各种类型的环面蜗杆检测，避免人为参与的主观性、标准蜗杆的高成本和标准蜗杆的机械误差，精确的检测蜗杆的几何误差和传动，能应用于环面蜗杆精度的检测和分析。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供蜗杆齿面误差测量的方法，能够适用于各种类型的环面蜗杆检测，避免人为参与的主观性和标准蜗杆的机械误差对检测结果的影响，精确地检测蜗杆的齿面几何误差和综合误差，能应用于环面蜗杆精度的检测和分析，检测过程不需要标准蜗杆，降低检测成本，使用简单方便，提高工作效率。

本发明公开了一种环面蜗杆齿面误差测量方法，包括以下步骤：

a.在计算机内建立与被测蜗杆对应的理论蜗杆数学模型，并设定标准工具齿轮模型；

b.设置测量触头，并使其回转中心与标准工具齿轮回转中心一致，调整测量触头回转半径和回转角度，使测量触头靠在被测蜗杆的被测齿面上；

c.驱动被测蜗杆转动，通过被测蜗杆齿面与测量触头接触推动测量触头做圆弧运动；通过数据采集系统测得蜗杆转角和测量触头转角数据，并输入计算机；

d.根据测得的参数进行计算并与理论蜗杆数学模型对比得出被测蜗杆的误差。

进一步，所述测量触头为平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头，测量触头与被测蜗杆的被测齿面接触，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆与测量触头之间的传动比，并与理论传动比进行比较；

进一步，所述测量触头为球形，测量触头相对于被测蜗杆的被测齿面的轨迹为螺旋线，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆的被测齿面上测量触头螺旋轨迹各点坐标，与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比；

进一步，在被测蜗杆齿高范围内调整测量触头回转半径并重复c步骤，得到不同齿高情况下被测蜗杆齿面各点坐标，并与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比；

进一步，步骤c中，所述测量触头为平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头，测量触头与被测蜗杆的被测齿面接触，根据测得的参数计算被测蜗杆与测量触头之间的传动比，并与理论传动比进行比较；

将测量触头更换为球形，测量触头相对于被测蜗杆的被测齿面的轨迹为螺旋线，根据测得的参数计算被测蜗杆的被测齿面上测量触头螺旋轨迹各点坐标，与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比；

进一步，还包括以下步骤：

e.根据步骤d得出的误差值，确定蜗杆的精度等级并输出。

本发明的有益效果是：本发明的蜗杆齿面误差测量方法，对环面蜗杆采用圆弧测量方式进行坐标测量，更符合环面蜗杆形状特点，根据测量触头结构的不同，不但可以实现逐线测量，还能够实现传动精度的测量；比现有技术的逐点测量的效率高，适用于各种类型环面蜗杆的齿面坐标测量；检测过程不需要标准蜗杆，降低了检测成本，消除了标准蜗杆的机械误差对检测结果的影响。运用计算机建模技术来构造理论上没有误差的标准蜗杆，并与采集的实验数据比较，使测得的误差即为绝对误差；当选择计算机中的不同数学模型、配备不同类型的测量触头，可应用于平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、直廓环面蜗杆等各种环面蜗杆，具有原理的普遍性和广泛的应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明测量触头与待测蜗杆配合示意图；

图2为图1沿A向视图；

图3本发明检测方法原理框图；

图4为测量装置结构示意图；

图5为图4沿B向结构示意图；

图6为图5沿C向结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明测量触头与待测蜗杆配合示意图，图2为图1沿A向视图，图3本发明检测方法原理框图，如图所示：本实施例的环面蜗杆齿面误差测量方法，包括以下步骤：

a.在计算机内建立与被测蜗杆对应的理论蜗杆数学模型，并设定标准工具齿轮模型；

b.设置测量触头17，并使其回转中心与标准工具齿轮回转中心一致，调整测量触头17的回转半径和回转角度，使测量触头17靠在被测蜗杆7的被测齿面上；标准工具齿轮是指理论蜗杆成形时的标准齿轮，此处主要是用于说明测量触头的标准回转中心；

c.驱动被测蜗杆7转动，通过被测蜗杆7齿面与测量触头17接触推动测量触头17做圆弧运动；通过数据采集系统测得蜗杆转角和测量触头转角数据，并输入计算机；

d.根据测得的参数进行计算并与理论蜗杆数学模型对比得出被测蜗杆的误差。

图4为测量装置结构示意图，图5为图4沿B向结构示意图，图6为图5沿C向结构示意图，如图所示：测量触头17设置在测量装置上，测量装置包括机身1、主轴单元和测量单元，主轴单元包括主轴伺服电机2、主轴5和被测工件夹具6及尾座9，主轴伺服电机2驱动主轴5转动，被测工件夹具6与主轴5在圆周方向固定配合；

测量单元包括测量触头17，所述测量触头17以沿x轴、y轴和z轴方向位置可调的方式设置在机身1上，并且测量触头17可在被测工件7驱动下绕平行于z轴的轴线转动，其中x轴为被测工件7轴向，y轴和z轴为被测工件7径向，x轴、y轴和z轴共同构成三维直角坐标系，可沿y轴方向移动，可适用于不同规格的被测工件7；本实施例中，y轴为水平轴；

测量单元还包括底座14和旋转台15，旋转台15通过推力轴承11以可绕与z轴平行的轴线转动的方式设置在底座14上，旋转台15固定设置有y轴方向导轨16，与y轴方向导轨16相配合设置y轴方向拖板3，y轴方向拖板3采用滚珠丝杠I 24驱动，y轴方向拖板3固定设置与滚珠丝杠I 24配合的螺母I 25；y轴方向拖板3上固定设置x轴方向导轨，与x轴方向导轨相配合设置x轴方向拖板4，x轴方向拖板4通过滚珠丝杠II 31驱动，x轴方向拖板4固定设置与滚珠丝杠II 31配合的螺母II 32；所述底座14通过沿被测蜗杆7轴向设置的轨道13设置在机身1上，底座14通过蜗杆驱动可沿轨道13移动；滚珠丝杠I 24和滚珠丝杠II 31分别设置驱动手柄(图中分别为驱动手柄24a和驱动手柄31a)，方便手动驱动；底座14通过轨道13设置在机身1上，可以完成轴向驱动，可以用来检测圆柱蜗杆，提高装置的通用性；当然，滚珠丝杠I 24和滚珠丝杠II31也可以分别通过伺服电机进行驱动，而伺服电机通过计算机进行控制，实现自动化。

还包括与x轴方向拖板4转动配合的z轴方向调节导轨20，本实施例中，x轴方向拖板4上固定设置立柱8，z轴方向调节导轨20通过转轴21间隙配合径向穿过立柱8与其转动配合，所述转轴21与调节导轨20固定连接；可以根据被测工件7的螺旋升角自适应调整测量触头倾斜角，使检测结果更为精确；与z轴方向调节导轨20相配合设置z轴方向调节拖板19，z轴方向调节拖板20通过z轴方向齿轮齿条副20驱动；z轴方向调节拖板19上沿y轴方向设置回转半径调节导轨，与回转半径调节导轨相配合设置回转半径调节拖板18，回转半径调节拖板18通过回转半径齿轮齿条副30驱动，在调节回转半径时，通过回转半径调节拖板18，可以根据被测工件7齿面的检测情况和被测蜗杆7的规格调节测量触头17的回转半径沿y轴方向逐线进行测量检测，调节方式简单精确，避免直接调节y轴方向拖板3导致的位置关系误差大，从而避免增大测量误差；测量触头17以可拆卸的方式固定设置在回转半径调节拖板18上，可以根据需要更换不同测量面的测量触头，实现多功能以及一定的通用性；采用轨道和拖板的形式使测量触头17沿x轴、y轴和z轴方向位置可调，采用旋转台结构使测量触头17可绕z轴转动，结构简单紧凑，节约制造成本，采用滚珠丝杠结构驱动相应的x轴方向和y轴方向拖板，结构简单紧凑，节约成本并保证传动精度；采用齿轮齿条副驱动z轴方向调节拖板和回转半径调节拖板，利于保证调节精度，并方便直接手动调节，使用方便简单；

测量单元还包括数据采集系统和计算机34，数据采集系统包括被测工件角度传感器10、旋转台角度传感器12、y轴方向位移传感器33、x轴方向位移传感器26、z轴方向位移传感器28、回转半径传感器27和触头倾角传感器23；被测工件角度传感器10与被测工件7对应设置，用于采集被测工件7的转动数据，被测工件7通过被测工件夹具6和尾座9的顶尖轴向固定，被测工件角度传感器10设置在主轴5上采集主轴5的旋转数据；旋转台角度传感器12与旋转台15对应设置，用于采集旋转台15的转动数据；y轴方向位移传感器33与y轴方向拖板3对应设置，用于采集y轴方向拖板3的y轴方向位移数据；x轴方向位移传感器26与x轴方向拖板4对应设置，用于采集x轴方向拖板4的x轴方向位移数据；z轴方向位移传感器28与z轴方向调节拖板20对应设置，用于采集z轴方向调节拖板20的z轴方向位移数据；回转半径传感器27与回转半径调节拖板18对应设置，用于采集触头17的回转半径数据；触头倾角传感器23与转轴21对应设置，用于采集测量触头17的倾角数据；被测工件角度传感器10、旋转台角度传感器12、y轴方向位移传感器26、x轴方向位移传感器33、z轴方向位移传感器28、回转半径传感器27和触头倾角传感器23的信号输出端与计算机的信号输入端相连，通过设置上述传感器，可以综合考虑该检测工件7的各种相关外来影响检测精度的数据，从而达到精确检测的目的。

主轴伺服电机2的控制电路由计算机直接控制，实现自动化控制过程。

本实施例中，测量触头为球形，测量触头与被测蜗杆的齿面为点接触，被测蜗杆的被测齿面上的接触点轨迹为螺旋线，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆的被测齿面上测量触头螺旋轨迹各点坐标，与标准蜗杆模型齿面上相对应点的坐标相对比得出测量触头螺旋轨迹经过的蜗杆齿面上各点的误差；

本实施例中，在被测蜗杆齿高范围内调整测量触头旋转半径并重复c步骤，得到不同齿高情况下被测蜗杆齿面各点坐标并得出齿面各点误差；

本实施例中，还包括以下步骤：

e.根据步骤d中计算得出的齿面各点坐标，进一步计算被测蜗杆各误差项目的值，确定精度等级并输出。

本发明另一种实施例与上述实施例的区别在于：所述测量触头为平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头，使其代表标准工具齿轮的一侧齿面，测量触头与被测蜗杆的被测齿面面接触，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆与测量触头之间的传动比，并与理论传动比进行比较，也可以对比转角等误差，从而得出综合误差；使用简单方便；

而本实施例在步骤e中，根据步骤d得出的误差值，确定蜗杆的精度等级并输出。

可同时将通过球形测量触头和平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头测得的结果输出，确定蜗杆的精度等级。

本发明运用啮合原理和计算机建模技术来构造理论上没有误差的标准蜗杆，使测量得到的误差非常接近于实际误差；当配备不同的测量触头和分析软件后，可推广应用于直廓环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆等各种环面蜗杆，具有广泛的应用价值和原理的普遍性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.在计算机内建立与被测蜗杆对应的理论蜗杆数学模型，并设定标准工具齿轮模型；

b.设置测量触头，并使其回转中心与标准工具齿轮回转中心一致，调整测量触头回转半径和回转角度，使测量触头靠在被测蜗杆的被测齿面上；

c.驱动被测蜗杆转动，通过被测蜗杆齿面与测量触头接触推动测量触头做圆弧运动；通过数据采集系统测得蜗杆转角和测量触头转角数据，并输入计算机；

d.根据测得的参数进行计算并与理论蜗杆数学模型对比得出被测蜗杆的误差。

2.根据权利要求1所述的环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：所述测量触头为平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头，测量触头与被测蜗杆的被测齿面接触，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆与测量触头之间的传动比，并与理论传动比进行比较。

3.根据权利要求1所述的环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：所述测量触头为球形，测量触头相对于被测蜗杆的被测齿面的轨迹为螺旋线，步骤c中，根据测得的参数计算被测蜗杆的被测齿面上测量触头螺旋轨迹各点坐标，与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比。

4.根据权利要求3所述的环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：在被测蜗杆齿高范围内调整测量触头回转半径并重复c步骤，得到不同齿高情况下被测蜗杆齿面各点坐标，并与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比。

5.根据权利要求1所述的环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：步骤c中，所述测量触头为平面测头、圆锥面测头、圆柱面测头或曲面测头，测量触头与被测蜗杆的被测齿面接触，根据测得的参数计算被测蜗杆与测量触头之间的传动比，并与理论传动比进行比较；

将测量触头更换为球形，测量触头相对于被测蜗杆的被测齿面的轨迹为螺旋线，根据测得的参数计算被测蜗杆的被测齿面上测量触头螺旋轨迹各点坐标，与理论蜗杆数学模型齿面上相对应点的坐标相对比。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的环面蜗杆齿面误差测量方法，其特征在于：还包括以下步骤：

e.根据步骤d得出的误差值，确定蜗杆的精度等级并输出。

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