CN103389206A - 一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法及其测头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮测量技术领域，具体涉及一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法及其测头。本发明要克服现有技术存在的对小于0.2mm的小模数齿轮无法测量和测量精度差的问题。所提供的解决方案是：一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法，所采用的圆柱坐标测量机含有测头、一个回转轴和三个直线轴，所述直线轴分别是X轴，Y轴和Z轴，所述测头为顶部修形的锥形结构，测头半锥角ak不要求与齿轮压力角相等，测头移动方向与齿轮齿条的作用线方向重合，且与齿轮测量中心Y向成一个可调的夹角a0，a0大于测头的半锥角ak。本发明的优点是：解决了对小于0.2mm的小模数齿轮无法测量的难题，可无干涉的实现测量过程，同时测量精度高。

Description

一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法及其测头

技术领域

本发明涉及齿轮测量技术领域，具体涉及一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法及其测头。 

背景技术

齿轮测量中心是信息技术、计算机技术和数控技术在齿轮测量仪器上集成应用的结晶,是坐标式齿轮测量仪器发展中的一个里程碑。主要用于齿轮单项几何精度的检测,也可用于齿轮整体误差的测量。它具有测量范围广、精度高、效率高等特点。 

齿轮测量中心实质上是含有一个回转轴和三个直线轴（X轴，Y轴和Z轴）的四坐标测量机——圆柱坐标测量机。目前齿轮测量中心上测头一般采用球形测头。 

常规渐开线齿轮齿形测量方法： 

渐开线齿轮齿形误差测量经常使用两种方法，即展成法和极坐标法。

一、展成法。这种方法是基于渐开线的形成原理，利用控制系统实现渐开线展角和展长之间的线性运动控制关系。其特点是：直线运动位移与角度位移的关系为线性关系，为目前齿轮测量中心上普遍采用的常规测量方法。 

缺点：对于小模数齿轮，由于其齿槽间隙很小，受球形测头直径大小影响，难以进入齿根部进行测量，因为球形测杆过细时测杆的刚度变差，球过小也会导致制造难度提高。在齿轮测量中心上，对模数0.2~0.5mm之间的小模数齿轮测量有一定困难，对模数小于0.2mm的小模数齿轮无法进行测量。测头直径小于0.2mm时制造精度很难达到要求。 

二、极坐标法：利用控制系统实现渐开线的极角与极径的运动控制关系，其特点是极角角位移与极径直线运动位移为非线性关系。 

缺点：1）这种方法中，极径的直线运动与极角的转动为非线性的关系。极坐标法因为精度相对法线极坐标法低，一般仅用于有两个直线轴的极坐标齿轮测量中心。 

2）测量过程中球形测头表面与齿形表面接触点发生改变，测头受力方向和大小也在不停变化，因此测头球形误差和受力变形等也影响测量结果。 

3）对于小模数齿轮同样存在受球形测头直径影响而难以进入齿根部进行测量的问题。 

三、齿轮齿条啮合法：这是为了解决球形测头不能进入小模数齿轮齿槽而提出来的一种新的方法。目前仅进行了理论探讨，并没有实际应用。 

根据齿轮啮合原理，对每一个齿轮均具有一条与其压力角相等的齿条，该齿条肯定能进入齿轮齿槽内部实现啮合，而不发生干涉。若将测头做成齿条的一个齿的形状，按照齿轮齿条啮合理论进行控制，理论上来讲即可实现齿形测量。为了避免齿条状测头测量齿轮一侧齿面时与齿轮另一侧齿面干涉影响测量结果，一般将齿条状测头的厚度减少做成锥形测头，其半锥角等于齿轮和齿条的压力角。 

特点：该种方法中锥形测头运动方向与齿条运动方向一致。锥形测头的半锥角要求与齿轮压力角相等，锥形测头的中心线调整为与齿条运动方向垂直，且测量过程中与齿轮表面的接触点在不断变化。 

缺点：当实际锥形测头半锥角与压力角不相等时，就不能实现正确的啮合关系。当存在直线误差时，由于测量过程中接触点变化，相当于多个不同压力角的齿条在啮合，同样对测量结果造成影响；当锥形测头的中心线与作用线方向不垂直时，也相当于齿条压力角发生了改变，也不能实现正确的啮合关系造成测量误差。这种锥形测头的加工精度对测量结果有直接的影响，尤其是安装位置的调整很困难，实际上该种方法仅限于理论探讨，在齿轮测量中心上没有得以实施。 

发明内容

本发明提供一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法及其测头，以克服现有技术存在的对小于0.2mm的小模数齿轮无法测量和测量精度差的问题。

为了克服现有技术存在的问题，本发明的解决方案是： 

一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法，所采用的圆柱坐标测量机含有测头、一个回转轴和三个直线轴，所述直线轴分别是X轴，Y轴和Z轴，所述测头为顶部修形的锥形结构，测头半锥角ak不要求与齿轮压力角相等，测头移动方向与齿轮齿条的作用线方向重合，且与齿轮测量中心Y向成一个可调的夹角a0，a0大于测头的半锥角ak。

一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法中使用的测头，所述测头为顶部修形的锥形结构。 

与现有技术相比，本发明的优点是： 

1）根据小模数齿轮的参数可设计出任意小的锥形测头，保证能进入根部测量。锥顶圆弧半径没有大小要求，半锥角亦无要求。解决了对小于0.2mm的小模数齿轮无法测量的难题。

2）测量采用齿轮齿条啮合原理，测头移动方向与作用线方向一致，只要保证测头移动方向与齿轮测量中心Y轴夹角a0大于半锥角ak，即可无干涉的实现测量过程。 

3）测头表面与齿面接触点不变，避免了测头制造误差对结果的影响，保障了测量精度。 

4）展开长度与展角仍为线性关系，消除了非线性误差的影响，进一步保障了测量的准确性。 

附图说明：        

图1是展成法的原理示意图；

图2是极坐标法的原理示意图；

图3是测头的结构示意图；

图4是本发明的原理示意图。

具体实施方式： 

    下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。

参见图1，展成法，基圆半径为 

， T向为渐开线展开长度方向，R向为与展长垂直的方向，展开角度之差Dj与渐开线展长满足关系式：

。 

在齿轮测量中心上进行渐开线齿轮齿形的测量时，齿轮的回转中心与齿轮测量中心的回转轴中心重合， T向（展长方向）可以与齿轮测量中心的Y轴平行，也可以存在一个夹角。当存在一个夹角时，由齿轮测量中心的X轴和Y轴合成运动方向与展长方向重合。目前大部分齿轮测量中心上采用的方法为展长方向与齿轮测量中心上Y轴平行。 

参见图2：极坐标法，将齿轮安装在齿轮测量中心的回转轴台上，使测头位于齿轮轴心线上，由转台（带动齿轮）作回转运动，测头沿R向（齿轮轴向）运动，测量得到一系列的渐开线上的点，从而计算得到齿形误差。R向一般与齿轮测量中心的X轴重合。 

这种方法中，R向移动距离与转角的转动为非线性的关系，且其方向与展长方向存在一个夹角a，随着测头沿R方向的移动，夹角a也随之变化。 

参见图3，测头为顶部修形的锥形结构，其半锥角为ak。半锥角的大小可根据齿轮的槽宽进行设计，只要保证测头能进入齿槽测量即可。一般来说，模数越小的齿轮，其槽宽越窄，所以设计的ak值也越小。 

对于测头结构，进一步说明如下：本发明提供了一种专用于小模数测量的顶部修形的锥形测头。该锥形测头为锥形结构，为了避免锥形测针与齿轮啮合时直线内凹误差造成的多点接触的影响，在锥顶部分左右面修成凸起的弧形，为了防止刮伤齿轮，顶部做磨圆处理。可根据小模数齿轮的尺寸参数设计测头，只需要保证能进入齿槽，对于锥柄的半锥角ak和测头圆弧半径大小没有要求。 

参见图4，测量时,测头测杆安装方向与齿轮测量中心的X轴方向平行。工件安装在齿轮测量中心的回转轴上；控制工件回转，使渐开线齿轮齿条啮合的作用线AK与齿轮测量中心Y向成一个夹角a0，让a0大于测头的半锥角ak；控制工件的回转角度

与测头直线运动距离|AK|满足渐开线的齿轮齿条的线性啮合关系

，即可实现渐开线齿形的自动测量。 

例如当测头的半锥角ak=5゜时，可调整工件作用线与齿轮测量中心Y向的夹角到a0=7~20゜范围，即可实现无干涉的测量。 

本发明提供的一种采用齿轮与齿条啮合原理进行测量的新方法，实施要点如下 

1）采用齿轮齿条啮合原理，将锥形测头视为齿条上的一个齿。

2）为了保证测量运动的线性关系和防止测头上与齿轮的接触点的变化，测头移动方向与齿条运动方向不一致，而是与其作用线方向重合；因为测量过程中测头始终只有顶部圆弧段上的一点与被测齿轮接触，所以其制造精度不影响测量结果。 

3）为了避免测头尾部与齿轮干涉，测头移动方向与齿轮测量中心Y向成一个可调整的夹角a0。只要保证此时a0大于测头的半锥角ak，就不会产生干涉。 

Claims (2)

1.一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法，所采用的圆柱坐标测量机含有测头、一个回转轴和三个直线轴，所述直线轴分别是X轴，Y轴和Z轴，所述测头为顶部修形的锥形结构，测头半锥角ak不要求与齿轮压力角相等，测头移动方向与齿轮齿条的作用线方向重合，且与齿轮测量中心Y向成一个可调的夹角a0，a0大于测头的半锥角ak。

2.如权利要求1所述的一种齿轮测量中心上小模数齿轮的测量方法中使用的测头，其特征在于：所述测头为顶部修形的锥形结构。

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