CN109540060A - 一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法 - Google Patents

一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法，采取的是曲线圆弧来代替大齿轮的标准理论渐开线齿廓，通过计算圆弧与理论渐开线之间的偏差可以得到双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，通过调整标准块的检测圆弧半径rc和定心轴轴心与基准块检测圆弧的圆心之间的中心距O1O2产生不同尺寸的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板；根据参数设计的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差曲线是双驼峰曲线，使用双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板校准大齿轮测量仪器时，测量的结果与传统的渐开线样板有所不同，通过误差补偿所得到的结果来表示仪器的误差。

Description

一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法
技术领域
本发明涉及一种适于评定渐开线仪器的新型大尺寸渐开线样板，属于基准渐开线样板，用于渐开线仪器齿形测量的高精度校准。
背景技术
齿轮作为一种重要零部件被广泛应用于军工设备、工业产品和民用商品中，其具有结构紧凑、传动比准确、传动效率高等特点。随着造船业、风力发电机和石油输送系统及工程机械等制造业的快速发展，对大齿轮的应用需求越来越大，大齿轮已经成为现代工程技术应用不可或缺的一部分，在国民经济及国防建设中起着重要作用。
大齿轮在工程上得到广泛应用，而我国大齿轮样板少之又少，没有建立完善的大尺寸渐开线量值传递体系，导致大齿轮测量结果不能统一，严重影响大齿轮质量的提升。究其根源，大齿轮渐开线样板尺寸大、形状复杂，不仅加工困难，也缺乏检测大尺寸样板的高精度仪器。为此，本发明用精度可控的特种形体代替渐开线齿廓，构造新型大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板，满足样板高精度加工的同时可实现高精度的检测，进而实现大尺寸渐开线的量值传递。本发明将探讨新型大尺寸渐开线样板校准齿轮测量仪器的方法，为我国大尺寸渐开线量值传递体系的建立、实现量值溯源、扩展齿轮渐开线国家标准提供技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于：研究用于校准大齿轮测量仪器的新型大尺寸渐开线样板的原理，解决在大尺寸渐开线量值传递中的关键技术问题。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法，如图1所示，本发明采取的是曲线圆弧来代替大齿轮的标准理论渐开线齿廓，通过计算圆弧与理论渐开线之间的偏差可以得到双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，通过调整标准块的检测圆弧半径rc和定心轴轴心与基准块检测圆弧的圆心之间的中心距O1O2产生不同尺寸的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板。
如图2所示，新型大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构包括以下几部分：标准块圆弧中心轴1，定心轴2，标准块3，基体4。定心轴2两端有用于装卡定位的高精度顶尖孔，标准块圆弧中心轴1与定心轴2相互平行，标准块3的中心线与标准块圆弧中心轴1的轴线重合，两块基体4对称且平行地分布在标准块3的两侧。标准块3两边的圆弧面半径对应着图1中的检测圆弧半径rc，标准块圆弧中心轴1与定心轴2之间的距离对应着图1中的中心距O1O2，通过合理地设计这两个参数就可以得到对应不同齿轮的大尺寸渐开线样板。
双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差δp，即曲线圆弧与大齿轮的标准理论渐开线之间的偏差的计算是根据电子展成法来实现的，即
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板所模拟的齿轮的基圆半径；
rp表示大齿轮测量仪的测头半径；
rc表示标准块圆弧的半径；
C表示定心轴轴心与标准块圆弧的圆心之间的距离；
ε表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的旋转角度。
标准块圆弧的半径rc根据以下公式计算：
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的基圆半径；
rc表示标准块圆弧的半径；
Z表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的齿数。
所述的定心轴轴心与标准块圆弧的圆心之间的距离C可以根据以下公式计算：
C＝0.9962rb+0.0293(rc+rp) (3)
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的基圆半径；
rp表示大齿轮测量仪的测头半径；
rc表示标准块圆弧的半径。
根据以上参数设计的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差曲线是双驼峰曲线，使用双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板校准大齿轮测量仪器时，测量的结果与传统的渐开线样板有所不同，它包含了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，测量的结果要除去样板的原理误差，通过这样的原理误差补偿所得到的结果来表示仪器的误差。为了完成原理误差补偿，将用大齿轮测量仪器测得的实际测量的双驼峰曲线减去双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的理论双驼峰曲线得到评定仪器误差的评定曲线。
附图说明
图1为双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板校准原理示意图；
图2为双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构简图；
图3为齿轮测量中心测量平台的结构简图；
图4为双驼峰曲线示意图；
图中标记：1—基准块圆弧中心轴，2—定心轴，3—标准块，4—基体。
具体实施方式
下面结合实际应用对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板结构如图2所示，主要由标准块圆弧中心轴1，定心轴2，标准块3，基体4组成。标准块3是淬硬钢件经冰冷稳定性处理的圆弧盘，基体4加上安装轴的紧固件。定心轴2两端有高精度顶尖孔，采用淬硬钢件经冰冷稳定性处理。标准块圆弧中心轴1和定心轴2与基体4的内孔过盈配合，连接稳定可靠。标准块3与基体4通过螺纹连接、过盈配合、粘接、焊接等固定连接。标准块圆弧中心轴1与定心轴2平行。
现在结合具体的齿轮基本参数来设计样板。齿轮的基本参数见表1。
表1齿轮的基本参数
根据以上齿轮参数设计双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的关键尺寸参数。由式(2)，得到基准块的检测圆弧半径rc：
定心轴轴心与标准块检测圆弧的圆心之间的距离C可由公式(3)获得：
C＝0.9961×375.877+0.0299×(rc+rp) (5)
其中rp是齿轮测量仪器的测头半径。
通过以上设计参数计算得到双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构参数，再由公式(1)得到双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的圆弧和理论渐开线之间的偏差δp与样板的旋转角度ε之间的关系，即双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，它的原理误差曲线呈现双驼峰曲线，双驼峰曲线不仅是双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，也是判断以上设计参数是否合理的一个标准，如图4所示。
下面结合具体的齿轮测量仪器讲解双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的具体使用方法。本发明选用哈尔滨精达测量仪器有限公司的JW125型号的齿轮测量中心作为双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的使用方法介绍。JW125型号的齿轮测量中心的技术参数见表2。
表2JW125型齿轮测量中心技术参数
使用本发明的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板校准精达JW125型齿轮测量中心时采用如下的步骤：
步骤一：如图3所示，在装卡双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板之前，齿轮测量中心的悬臂纵向推到一个适当位置，将样板定心轴一个端面的顶尖孔安装在齿轮测量中心的下顶尖，保持样板垂直，将齿轮测量中心的悬臂纵向向下移动，使上顶尖下降，直到上顶尖与样板定心轴另一个端面的顶尖孔配合，最后通过微调悬臂的上下位置确保样板已在下顶尖与上顶尖之间夹紧。在开始测量之前必须检查上顶尖的定中状态，保证样板的测量中心轴与齿轮测量仪器的上下顶尖轴的同轴度。
步骤二：由齿轮参数设计双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构参数。根据表1中的齿轮参数计算出合适的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的尺寸，包括公式(4)计算的基准块检测圆弧半径，公式(5)计算的样板中定心轴与基准块测量中心轴之间的距离，其中测头半径rp选用3mm。根据大齿轮及双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的参数由式(1)计算出理论上的测量数值，并用图像表示出如图4所示的理论的双驼峰曲线。
步骤三：根据表1中的齿轮参数设置大齿轮测量仪器的测量程序，运行齿轮测量中心使测头扫描基准块圆弧面进行渐开线齿廓测量，并保存测量结果。
步骤四：将步骤三中的大齿轮测量仪器的测量结果曲线与步骤二中计算得到的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的理论原理误差曲线进行比对分析，计算两者之间的差值，最后得到评定齿轮测量仪器的误差评定曲线。

Claims (2)

1.一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法，其特征在于：采取的是曲线圆弧来代替大齿轮的标准理论渐开线齿廓，通过计算圆弧与理论渐开线之间的偏差可以得到双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差，通过调整标准块的检测圆弧半径rc和定心轴轴心与基准块检测圆弧的圆心之间的中心距O1O2产生不同尺寸的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板；
大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构包括以下几部分：标准块圆弧中心轴(1)，定心轴(2)，标准块(3)，基体(4)；定心轴(2)两端有用于装卡定位的高精度顶尖孔，标准块圆弧中心轴1与定心轴2相互平行，标准块(3)的中心线与标准块圆弧中心轴(1)的轴线重合，两块基体(4)对称且平行地分布在标准块(3)的两侧；标准块(3)两边的圆弧面半径对应检测圆弧半径rc，标准块圆弧中心轴(1)与定心轴(2)之间的距离对应着的中心距O1O2，通过设计这两个参数就得到对应不同齿轮的大尺寸渐开线样板；
双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差δp，即曲线圆弧与大齿轮的标准理论渐开线之间的偏差的计算是根据电子展成法来实现的，即
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板所模拟的齿轮的基圆半径；
rp表示大齿轮测量仪的测头半径；
rc表示标准块圆弧的半径；
C表示定心轴轴心与标准块圆弧的圆心之间的距离；
ε表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的旋转角度；
标准块圆弧的半径rc根据以下公式计算：
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的基圆半径；
rc表示标准块圆弧的半径；
Z表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的齿数；
所述的定心轴轴心与标准块圆弧的圆心之间的距离C根据以下公式计算：
C＝0.9962rb+0.0293(rc+rp) (3)
其中rb表示双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可校准的齿轮的基圆半径；
rp表示大齿轮测量仪的测头半径；
rc表示标准块圆弧的半径。
2.根据权利要求1所述的一种适于评定渐开线测量仪器的大尺寸渐开线样板设计方法，其特征在于：
步骤一：在装卡双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板之前，齿轮测量中心的悬臂纵向推到一个适当位置，将样板定心轴一个端面的顶尖孔安装在齿轮测量中心的下顶尖，保持样板垂直，将齿轮测量中心的悬臂纵向向下移动，使上顶尖下降，直到上顶尖与样板定心轴另一个端面的顶尖孔配合，最后通过微调悬臂的上下位置确保样板已在下顶尖与上顶尖之间夹紧；在开始测量之前必须检查上顶尖的定中状态，保证样板的测量中心轴与齿轮测量仪器的上下顶尖轴的同轴度；
步骤二：由齿轮参数设计双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的结构参数；根据表1中的齿轮参数计算出合适的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的尺寸，包括公式(4)计算的基准块检测圆弧半径，公式(5)计算的样板中定心轴与基准块测量中心轴之间的距离，其中测头半径rp选用3mm；根据大齿轮及双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的参数由式(1)计算出理论上的测量数值，并用图像表示出理论的双驼峰曲线；
步骤三：根据表1中的齿轮参数设置大齿轮测量仪器的测量程序，运行齿轮测量中心使测头扫描基准块圆弧面进行渐开线齿廓测量，并保存测量结果；
步骤四：将步骤三中的大齿轮测量仪器的测量结果曲线与步骤二中计算得到的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的理论原理误差曲线进行比对分析，计算两者之间的差值，最后得到评定齿轮测量仪器的误差评定曲线。
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