CN102997877A - 面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构及误差测量法 - Google Patents

Abstract

本发明为面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构及误差测量法，属于齿轮精度测量技术领域。该对称面校准机构可对正交和非正交面齿轮上单一轮齿的对称面进行校准，解决了基于三坐标测量机和齿面云点扫描测量中正交、非正交面齿轮单一轮齿齿形误差基准难以校准的难题，从而实现了基于三坐标测量机和齿面云点扫描的正交、非正交面齿轮轮齿齿形误差的测量问题。本发明利用标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合、面齿轮啮合和标准渐开线直齿圆柱齿轮单一轮齿的对称性，解决了正交、非正交面齿轮单一轮齿对称面的基准确定问题，因此具有显著的实质性特点和突出的进步。

Description

面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构及误差测量法

 

技术领域

本发明为面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构及误差测量法，是面齿轮齿形误差测量中基准校对关键机构，属于齿轮精度测量领域。

 

背景技术

    与圆柱齿轮啮合实现空间相交传动的齿轮称为面齿轮。当圆柱齿轮的回转轴线与面齿轮的回转轴线相交且垂直时为正交面齿轮传动，如图1所示；当圆柱齿轮的回转轴线与面齿轮的回转轴线相交但不垂直时为非正交面齿轮传动，如图2所示。目前，正交和非正交面齿轮传动为面齿轮传动应用的主要方式。

面齿轮传动与锥齿轮传动相比，具有如下优点：

(1) 由于与面齿轮啮合的齿轮为渐开线圆柱齿轮，其轴向移动误差对传动性能没有影响，其它方向的影响也极小，无需防错设计。而在锥齿轮传动中，其轴向误差将引起严重偏载，因此重要的锥齿轮传动，必须进行防错设计。

(2) 当与面齿轮啮合的齿轮为直齿圆柱齿轮，则圆柱齿轮上无轴向力，其支撑简单，结构占用空间小。而锥齿轮传动中，由于轴向力作用使得支撑复杂，结构占用空间大。

(3) 面齿轮传动的重合度比锥齿轮传动的大，在空载时能够达到1.6-1.8，在载荷作用下，其重合度将会更大。

(4) 点接触面齿轮传动仍然为定比传动，而点接触锥齿轮传动的传动比则是在一定范围内波动，因此面齿轮传动的振动和噪声均小于锥齿轮传动。

面齿轮传动精度测量方法是面齿轮传动研究的主要内容之一。面齿轮轮齿齿形误差测量方法是齿面精度测量研究的主要内容之一。加工的面齿轮轮齿齿面与其数模之间的误差即反映轮齿齿面精度。要寻找两齿面间的误差，则必须将两齿面建立在完全相同的坐标系下；数模的坐标系建立较为精确，如何使得实际加工的面齿轮处于数模建立的坐标系中，一直是面齿轮轮齿齿面误差测量的难点之一。目前，还没有能够实现面齿轮轮齿测量坐标系与其数模坐标系精确校准的机构。

发明内容

本发明为面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构及误差测量法，是面齿轮齿形误差测量中基准校对关键机构，主要解决正交、非正交面齿轮在齿形误差测量时实际被测坐标系与其数模坐标系的校准问题，实现面齿轮齿面误差的精确测量。

 面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构，其特征在于：由面齿轮测量支撑齿轮 、第一齿轮－花键 、内花键“T”型轴套 、第二齿轮－花键、面齿轮压紧螺钉、高度调整紧定螺钉和径向调整紧定螺钉组成；

上述第一齿轮－花键结构是由第一标准渐开线直齿圆柱齿轮和第一花键轴组成；其中第一标准渐开线直齿圆柱齿轮和第一花键轴同轴；上述第一工作轮齿的对称面与所述第一工作齿槽的对称面在同一平面；

上述内花键“T”型轴套结构是由竖端轴套和横端轴套连接构成；竖端轴套与横端轴套的夹角                                               

(锐角)和待测面齿轮轴交角相等；其中竖端轴套具有与第一花键轴配合的内花键；竖端花键轴套上与第一花键轴的第一工作花键齿相啮合的花键齿槽称作竖端工作花键齿槽；该竖端工作花键齿槽的对称面与该第一工作花键齿的对称面在同一平面；其中横端轴套具有内花键，该内花键与竖端轴套的内花键模数、齿数、压力角相同；其中横端轴套上与竖端工作花键齿槽对应的花键齿槽称作横端工作花键齿槽，横端工作花键齿槽的对称面和竖端工作花键齿槽的对称面在同一平面； 

上述第二齿轮－花键结构是由第二标准渐开线直齿圆柱齿轮和第二花键轴组成，其中第二标准渐开线直齿圆柱齿轮和第二花键轴同轴；且第二花键轴上与横端工作花键齿槽啮合的花键齿称作第二工作花键齿，第二工作花键齿的对称面与横端工作花键齿槽的对称面在同一平面；第二标准渐开线直齿圆柱齿轮与第二花键轴上的第二工作花键齿对应的齿槽称作第二工作齿槽，该第二工作齿槽的对称面和第二工作花键齿的对称面在同一平面；第二标准渐开线直齿圆柱齿轮的第二工作齿槽与待测面齿轮啮合；

上述面齿轮压紧螺钉将待测面齿轮固定于面齿轮测量支撑齿轮中，径向调整紧定螺钉用于调整第二齿轮－花键的径向位置并锁紧，高度调整紧定螺钉用于调整内花键“T”型轴套的高度并锁紧。

上述的面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构进行面齿轮齿齿面误差的测量方法，其特征在于包括以下过程：

步骤1、将面齿轮测量支撑齿轮安装于三坐标测量机的测量平台上，将被测面齿轮安装在面齿轮测量支撑齿轮中；

步骤2、使第一齿轮－花键中第一工作齿槽与面齿轮测量支撑齿轮中的某个轮齿无侧隙啮合；第一齿轮－花键中的第一工作花键齿与内花键“T”型轴套中的竖端轴套上的竖端工作花键齿槽相啮合；内花键“T”型轴套中横端轴套上的横端工作花键齿槽与第二齿轮－花键中的第二工作花键齿相啮合；

步骤3、调整第二齿轮－花键相对于内花键“T”型轴套的径向位置并锁紧径向调整紧定螺钉、再调整被测面齿轮在面齿轮测量支撑齿轮上的周向位置和内花键“T”型轴套相对于第一齿轮－花键的高度位置，使第二齿轮－花键中第二工作齿槽与被测面齿轮中的待测齿实现无侧隙啮合，并锁紧高度调整紧定螺钉；

步骤4、当第二齿轮－花键中第二工作齿槽与被测面齿轮中的待测齿实现无侧隙啮合后，锁紧面齿轮压紧螺钉，将第一齿轮－花键、内花键“T”型轴套和第二齿轮－花键移去，准备测量；

步骤5、利用三坐标测量机测出面齿轮测量支撑齿轮中与第一齿轮－花键中的第一工作齿槽无侧隙啮合的齿的对称面作为基准面，该基准面即可作为被测面齿轮中的待测齿的理论对称面，然后对待测齿的齿面云点扫描测量；

步骤6、将被测面齿轮中的待测齿的测量数据与数模的齿面坐标数据对比进行误差分析。

    本发明中面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构的作用就是实现被测面齿轮坐标系与其数模坐标系中最后一坐标轴的校准。该校准机构的主要难点在于面齿轮的轮齿是变截面齿形且外半径处变尖，在不能寻找实际被测点的情况下，实现面齿轮轮齿对称面的校准。利用本发明中的面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构寻找待测面齿轮的轮齿对称面，然后对待测齿的齿面云点扫描测量，从而解决了正交、非正交面齿轮在齿形误差测量时实际被测坐标系与其数模坐标系的校准问题，实现面齿轮齿面误差的精确测量。 附图说明

图1为正交面齿轮传动示意图。

图2为非正交面齿轮传动示意图。

图3为第一齿轮－花键示意图。图中齿轮上一轮齿齿槽a的对称面与其花键轴上某一花键齿b的对称面共面；外花键与“T”型轴上的内花键无侧隙啮合。

图4为内花键“T”型轴套示意图。图中“T”型轴上端花键槽中心面c与下端花键槽中心面d共面。

图5为变交角内花键“T”型轴套示意图。图中“T”型槽上端花键槽中心面e与下端花键槽中心面f共面。

图6为第二齿轮－花键示意图。图中齿轮上一轮齿齿槽g的对称面与其花键轴上某一花键齿h的对称面共面；外花键轴与“T”型轴上的内花键无侧隙啮合。

图7为面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构，测量正交面齿轮齿形的原理图。

图8为面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构，测量非正交面齿轮齿形的原理图。

图中的标号名称：1.面齿轮测量支撑齿轮、2.第一齿轮－花键、3.内花键“T”型轴套、4.第二齿轮－花键、5.面齿轮压紧螺钉、6.高度调整紧定螺钉、7.径向调整紧定螺钉、8.待测面齿轮；21.第一标准渐开线直齿圆柱齿轮、22.第一花键轴、31.竖端轴套、32.横端轴套、41.第二标准渐开线直齿圆柱齿轮、42.第二花键轴。

a. 第一标准渐开线直齿圆柱齿轮上一轮齿齿槽的对称面、b.第一花键轴上某一花键齿的对称面、c. 内花键“T”型轴套上端花键槽中心面、d. 内花键“T”型轴套下端花键槽中心面、e. 变交角内花键“T”型轴套上端花键槽中心面、f. 变交角内花键“T”型轴套下端花键槽中心面、g. 第二标准渐开线直齿圆柱齿轮上一轮齿齿槽的对称面、h. 第二花键轴上某一花键齿的对称面。

具体实施方式

如图7-图8所示，由面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构构成的设备组成如下：

被测面齿轮放在面齿轮测量支撑齿(1中；面齿轮测量支撑齿轮1与第一齿轮－花键2相啮合；内花键“T”型轴套3在第一齿轮－花键2上；第二齿轮－花键4套入内花键“T”型轴3的横端轴套32中；调整好径向位置后，锁紧径向调整紧定螺钉7；第二齿轮－花键4与被测面齿轮无侧隙啮合；调整好位置后，分别锁紧高度调整紧定螺钉6和面齿轮压紧螺钉5；准备测量。

为了实现该机构的对称面校准功能，必须满足以下条件：

1．第一齿轮－花键2中的第一标准渐开线直齿圆柱齿轮21和第一花键轴22不仅要同轴，且齿轮上第一工作齿槽的对称面必须与第一工作花键齿的对称面在同一平面；

2．内花键“T”型轴套3中竖端轴套31和横端轴套32的夹角(锐角)和待测面齿轮轴交角相同，并且横端轴套32中的内花键与竖端轴套31中的内花键模数、齿数、压力角相同；其中横端轴套32上的横端工作花键齿槽的对称面与竖端工作花键齿槽的对称面在同一平面；

3．第二齿轮－花键4中的第一标准渐开线直齿圆柱齿轮41和第一花键轴42不仅要同轴，且齿轮上第二工作齿槽的对称面必须与第二工作花键齿的对称面在同一平面；

4．第一花键轴22上的第一工作花键齿必须安装在内花键“T”型轴套3上竖端轴套31的竖端工作花键齿槽中；

5．第二花键轴42上的第二工作花键齿必须安装在内花键“T”型轴套3上横端轴套32的横端工作花键齿槽中；

6．第一齿轮－花键2中第一标准渐开线直齿圆柱齿轮41的第一工作齿槽与面齿轮测量支撑齿轮1实现无侧隙啮合；

7．第二齿轮－花键4 中第一标准渐开线直齿圆柱齿轮41的第二工作齿槽与被测面齿轮的待测轮齿实现无侧隙啮合。

实施例一

可测量直径小于等于500mm的正交面齿轮的对称面校准机构：面齿轮测量支撑齿轮1的外部齿轮模数m₁＝6，压力角α₁＝20°，齿数z₁=100；第一齿轮－花键2的齿轮模数m₂＝6，压力角α₂＝20°，齿数z₂=20，其上花键m₂＝3，压力角α₂＝30°，齿数z₂=20；内花键“T”型轴套3垂直方向与水平方向夹角为90°，垂直方向内花键m₃＝3，压力角α₃＝30°，齿数z₃=20，水平方向内花键m’₃＝3，压力角α’₃＝30°，齿数z’₃=20；第二齿轮－花键4中的第二标准渐开线直齿圆柱齿轮41的模数、压力角和齿数与被测面齿轮8的插齿加工刀具参数相同，其上花键m₄＝3，压力角α₄＝30°，齿数z₄=20；其中第一齿轮－花键2、内花键“T”型轴套3和第二齿轮－花键4中均必须存在齿形对称面相同齿形，且对称面相同齿形必须配对安装。此外，被测面齿轮8与第二齿轮－花键4、面齿轮测量支撑齿轮1和第一齿轮－花键2均必须为无侧隙安装。

实施例二

可测量直径小于等于200mm的交角为72°的非正交面齿轮的对称面校准机构：面齿轮测量支撑齿轮1的外部齿轮模数m₁＝3，压力角α₁＝20°，齿数z₁=100；第一齿轮－花键2的齿轮模数m₂＝3，压力角α₂＝20°，齿数z₂=40，其上花键m₂＝3，压力角α₂＝30°，齿数z₂=20；内花键“T”型轴套3垂直方向与水平方向夹角与非正交面齿轮传动轴交角相同，为72°，垂直方向内花键m₃＝3，压力角α₃＝30°，齿数z₃=20，另一方向内花键m’₃＝3，压力角α’₃＝30°，齿数z’₃=20；第二齿轮－花键4中的第二标准渐开线直齿圆柱齿轮41模数、压力角和齿数与被测面齿轮的插齿加工刀具参数相同，其上花键m₄＝3，压力角α₄＝30°，齿数z₄=20；其中第一齿轮－花键2、内花键“T”型轴套3和第二齿轮－花键4中均必须存在齿形对称面相同齿形，且对称面相同齿形必须配对安装。此外，被测面齿轮与第二齿轮－花键4、面齿轮测量支撑齿轮1和第一齿轮－花键2均必须为无侧隙安装。

总之，根据图7和8可知，第一齿轮－花键2、内花键“T”型轴套3和第二齿轮－花键4中均必须存在齿形对称面相同齿形，且对称面相同齿形必须配对安装；此外被测面齿轮与第二齿轮－花键4、面齿轮测量支撑齿轮1和第一齿轮－花键2均必须为无侧隙安装。这样可实现正交、非正交面齿轮齿面误差测量中某一轮齿对称面的校准，从而使得被测面齿轮坐标系与其数模坐标系的一致，实现基于三坐标齿轮和云点扫描的面齿轮齿形误差测量。

Claims (2)

1.面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构，其特征在于：

由面齿轮测量支撑齿轮(1)、第一齿轮－花键(2)、内花键“T”型轴套(3)、第二齿轮－花键(4)、面齿轮压紧螺钉(5)、高度调整紧定螺钉(6)和径向调整紧定螺钉(7)组成；

上述第一齿轮－花键(2)结构如下：由第一标准渐开线直齿圆柱齿轮(21)和第一花键轴(22)组成；其中第一标准渐开线直齿圆柱齿轮(21)和第一花键轴(22)同轴；定义该第一标准渐开线直齿圆柱齿轮(21)上与面齿轮测量支撑齿轮(1)啮合的齿槽为第一工作齿槽；第一花键轴(22)上的与第一工作齿槽对应的轮齿称作第一工作花键齿，该第一工作花键齿的对称面与所述第一工作齿槽的对称面在同一平面；

上述内花键“T”型轴套(3)结构如下：由竖端轴套(31)和横端轴套(32)连接构成；竖端轴套(31)和横端轴套(32)的夹角                                                

(锐角)和待测面齿轮轴交角相等；其中竖端轴套(31)具有与第一花键轴(22)配合的内花键；竖端轴套(31)上与第一花键轴(22)的第一工作花键齿相啮合的花键齿槽称作竖端工作花键齿槽；该竖端工作花键齿槽的对称面与该第一工作花键齿的对称面在同一平面；其中横端轴套(32)具有内花键，该内花键与竖端轴套(31)的内花键模数、齿数、压力角相同；其中横端轴套(32)上与竖端工作花键齿槽对应的花键齿槽称作横端工作花键齿槽，横端工作花键齿槽的对称面和竖端工作花键齿槽的对称面在同一平面； 

上述第二齿轮－花键(4)结构如下：由第二标准渐开线直齿圆柱齿轮(41)和第二花键轴(42)组成，其中第二标准渐开线直齿圆柱齿轮(41)和第二花键轴(42)同轴；且第二花键轴(42)上与内花键“T”型轴套(3)中的横端工作花键齿槽啮合的花键齿称作第二工作花键齿，第二工作花键齿的对称面与上述横端工作花键齿槽的对称面在同一平面；第二标准渐开线直齿圆柱齿轮(41)与第二花键轴(42)上的第二工作花键齿对应的齿槽称作第二工作齿槽，该第二工作齿槽的对称面和第二工作花键齿的对称面在同一平面；第二标准渐开线直齿圆柱齿轮(41)的第二工作齿槽与待测面齿轮啮合；

上述面齿轮压紧螺钉(5)将待测齿轮(8)固定于面齿轮测量支撑齿轮(1)中；上述径向调整紧定螺钉(7)用于调整第二齿轮－花键(4)的径向位置并锁紧；上述高度调整紧定螺钉(6)用于调整内花键“T”型轴套(3)的高度并锁紧。

2.利用权利要求1所述的面齿轮齿面误差测量中轮齿对称面校准机构进行面齿轮齿面误差的测量方法，其特征在于包括以下过程：

步骤1、将面齿轮测量支撑齿轮(1)安装于三坐标测量机的测量平台上，将被测面齿轮(8)安装在面齿轮测量支撑齿轮(1)中；

步骤2、使第一齿轮－花键(2)中第一工作齿槽与面齿轮测量支撑齿轮(1)中的某个轮齿无侧隙啮合；第一齿轮－花键(2)中的第一工作花键齿与内花键“T”型轴套(3)中的竖端轴套(31)上的竖端工作花键齿槽相啮合；内花键“T”型轴套(3)中横端轴套(32)上的横端工作花键齿槽与第二齿轮－花键(4)中的第二工作花键齿相啮合；

步骤3、调整第二齿轮－花键(4)相对于内花键“T”型轴套(3)的径向位置并锁紧径向调整紧定螺钉(7)、再调整被测面齿轮(8)在面齿轮测量支撑齿轮(1)上的周向位置和内花键“T”型轴套(3)相对于第一齿轮－花键(2)的高度位置，使第二齿轮－花键(4)中第二工作齿槽与被测面齿轮(8)中的待测齿实现无侧隙啮合，并锁紧高度调整紧定螺钉(6)；

步骤4、当第二齿轮－花键(4)中第二工作齿槽与被测面齿轮(8)中的待测齿实现无侧隙啮合后，锁紧面齿轮压紧螺钉(5)，将第一齿轮－花键(2)、内花键“T”型轴套(3)和第二齿轮－花键(4)移去，准备测量；

步骤5、利用三坐标测量机测出面齿轮测量支撑齿轮(1)中与第一齿轮－花键(2)中的第一工作齿槽无侧隙啮合的齿的对称面作为基准面，该基准面即可作为被测面齿轮(8)中的待测齿的理论对称面，然后对待测齿的齿面云点扫描测量；

步骤6、将被测面齿轮(8)中的待测齿的测量数据与数模的齿面坐标数据对比进行误差分析。

Images