CN111288936A - 一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿轮测量技术领域，公开了一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，包括如下步骤：扫描齿轮，获取待测齿轮的实际模型；选取实际模型中的任一截面轮廓作为基准轮廓；以基准轮廓为标准，并利用太赫兹波进行齿轮啮合接触面的非接触式的垂直扫描，根据太赫兹波的第一次反射时间构建离散点光谱图；基于离散点光谱图和国标公式计算齿轮啮合接触面的粗糙度；本发明以齿轮本身的一截面轮廓作为参照基准，来评定齿轮啮合接触面的粗糙度，能有效摈除加工尺寸误差对表面粗糙度的影响，从而保证粗糙度单独测量的精准性；另外，相对于传统的测量而言，还省去了标准模型建立的步骤，使得测量操作更为简单。

Description

一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法

技术领域

本发明属于齿轮测量技术领域，具体涉及一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法。

背景技术

众所周知，齿轮啮合接触面粗糙度的大小对齿轮的耐磨性、疲劳强度起着重要作用,直接影响其使用寿命。另外，表面粗糙度对齿轮传动的振动和噪声也有很大影响。

目前，表面粗糙度测量方法通常有比较法、光切法、干涉法和触针法，而上述方法的测量过程均为：依据加工参数设立齿轮的标准模型，将实际加工得到的齿轮模型与标准模型对于，获取粗糙度参数；但是在此过程中，其测量结果不仅包含了粗糙度数据，还包含了齿轮加工时的加工误差数据，因此使得齿轮啮合接触面的粗糙度的测量不够精准。

另外，上述触针法为现有技术中最常用的测量方法，但是在测量过程中触针需要与齿面表面接触，并因移动而产生摩擦，由此在长期测量过程中难免会造成触针本身的磨损，磨损后触针本身的形状和尺寸也产生改变，进而对接触测量结果产生一定影响。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，具体通过非接触式测量使得粗糙度的最终测量结果满足高精确性的需要。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，包括如下步骤：

扫描齿轮，获取待测齿轮的实际模型；

选取实际模型中的任一截面轮廓作为基准轮廓；

以基准轮廓为标准，垂直扫描齿轮的啮合接触面，并得到齿轮啮合接触面的离散点光谱图；

基于离散点光谱图计算齿轮啮合接触面的粗糙度。

优选的，在进行齿轮啮合接触面的垂直扫描前时，利用太赫兹波进行非接触式扫描，并结合太赫兹波的第一次反射时间构建离散点光谱图。

进一步的，在进行垂直扫描前，还包括扫描定位步骤，且该步骤包括：

筛选出基准轮廓中啮合接触面所对应的基准线；

基于基准线外扩形成与基准线平行的过渡线；

沿齿轮轴向方向设置定位线，且定位线与过渡线相交于同一平面；

基于定位线确定太赫兹波发射位置和反射接收位置。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明以齿轮本身的一截面轮廓作为参照基准，来评定齿轮啮合接触面的粗糙度，能有效摈除加工尺寸误差对表面粗糙度的影响，从而保证粗糙度单独测量的精准性；另外，相对于传统的测量而言，还省去了标准模型建立的步骤，使得测量操作更为简单。

本发明基于太赫兹技术，实现齿轮啮合接触面的非接触式测量，有效避免了触针法中因结构磨损而影响测量结果的问题；另外，在应用该技术时，结合定位线的设置限定测量距离，进一步保证了各处测量的准确性。

优选的，所述定位线共设有多根，且多根定位线相互平行，并随机分布。

进一步的，所述定位线至少设有5根。

更进一步的，至少有一根所述定位线对应于所述啮合接触面的中间部位。

优选的，在进行垂直扫描时，所述太赫兹波沿定位线移动，且移动距离大于齿轮厚度；所述太赫兹波的移动起点和移动终点分别位于齿轮轴向的两侧。

优选的，所述粗糙度依据参数Ra进行计算评定，当计算得出多个粗糙度时，取Ra＝max{Rai}，其中i＝1，2，3……n；且Rai的表达式为：

其中H(x)为太赫兹波沿第i个定位线移动扫描后获取的散点光谱图中各散点的纵坐标值，且取基准线上对应的散点的纵坐标为0值。

附图说明

图1为本发明提供的测量评定方法的流程图；

图2为本发明中太赫兹波的非接触式扫描原理示意图；

图3为本发明中太赫兹波的一反射示例图；

图4为本发明的一使用示例图；

图5为基于本发明提供的测量评定方法所获取的离散点光谱图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，为本发明提供的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法的流程图，具体包括如下步骤：

扫描齿轮，获取待测齿轮的实际模型；

选取实际模型中的任一截面轮廓作为基准轮廓；

以基准轮廓为标准，垂直扫描齿轮的啮合接触面，并得到齿轮啮合接触面的离散点光谱图；

基于离散点光谱图和国标公式计算齿轮啮合接触面的粗糙度。

具体的，在进行齿轮啮合接触面的垂直扫描前时，利用太赫兹波进行非接触式扫描，并结合太赫兹波的第一次反射时间构建离散点光谱图。

其中太赫兹波的非接触式扫描原理为：结合图2所示，基于太赫兹检测头的发射部发出一束太赫兹波，且太赫兹波在齿轮啮合接触面发生反射，并由太赫兹检测头的接收部，由此获取太赫兹波在整体第一次发射过程中的所需时间，而基于该时间即可计算太赫兹检测头与对应反射点之间的距离，结合多点距离，即可构建离散点光谱图。

进一步的，在进行垂直扫描前，还包括扫描定位步骤，且该步骤包括：

筛选出基准轮廓中啮合接触面所对应的基准线；

基于基准线外扩形成与基准线平行的过渡线；

沿齿轮轴向方向设置定位线，且定位线与过渡线相交于同一平面；

基于定位线确定太赫兹波发射位置和反射接收位置；具体太赫兹波发射位置和反射接收位置即对应了太赫兹检测头的位置，由此避免太赫兹检测头的位置变化对测量结果产生影响。

另外，结合图3所示，为垂直扫描过程中各处太赫兹波的反射示意图，其中设定t1处为标准反射时间，即太赫兹波在基准线与定位线之间进行反射的时间；对应的t2/t3/t4均大于t1，即表明对应的扫描点与定位线之间的距离大于基准线与定位线之间的距离，可表示为对应扫描点处相对于基准轮廓为内凹状态；t5小于t1，相应的，t5对应的扫描点处可表示为相对于基准轮廓为外凸状态。

更进一步的，在进行垂直扫描时，太赫兹波沿定位线移动，且移动距离大于齿轮厚度；太赫兹波的移动起点和移动终点分别位于齿轮轴向的两侧。基于此，其目的是保证太赫兹波能完整扫描整体齿轮厚度方向的啮合接触面，以保证离散点光谱图成型的连续性，以及测量结果的精确性。

综上，为进一步提高测量精度，以其中某一啮合接触面为例：

优选的，定位线共设有多根，且多根定位线相互平行，并随机分布。

进一步的，定位线至少设有5根。

更进一步的，至少有一根定位线对应于啮合接触面的中间部位。

具体，结合图4所示，其中a表示为齿轮中的某一啮合接触面(为便于图示，将啮合接触面理想化为一平面，而在实际情况下，啮合接触面为非平面，但不影响整体原理)；b为该啮合接触面上对应的基准线；d为外扩出的过渡线；c1-c5为定位线，均与过渡线d相交，且其中c2与基准线b对应，c3对应于该啮合接触面的中间部位。

综上，粗糙度依据参数Ra进行计算评定，当计算得出多个粗糙度时，取Ra＝max{Rai}，其中i＝1，2，3……n；且Rai的表达式为：

其中H(x)为太赫兹波沿第i个定位线移动扫描后获取的散点光谱图中各散点的纵坐标值。

具体，结合图5所示的离散点光谱图，其中取基准线上对应的散点的纵坐标为0值，另外，结合图3的反射示例，对应于图5中，其内凹处的纵坐标值则位于0值下方，外凸处的纵坐标值则位于0值上方；

且以图4所示的5根定位线为例，则计算所得的Rai包括Ra1，Ra2，Ra3，Ra4，Ra5，基于此，获取Ra＝max{Rai}，以确定对应啮合接触面的最终粗糙度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于，包括如下步骤：

扫描齿轮，获取待测齿轮的实际模型；

选取实际模型中的任一截面轮廓作为基准轮廓；

以基准轮廓为标准，垂直扫描齿轮的啮合接触面，并得到齿轮啮合接触面的离散点光谱图；

基于离散点光谱图计算齿轮啮合接触面的粗糙度。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：在进行齿轮啮合接触面的垂直扫描前时，利用太赫兹波进行非接触式扫描，并结合太赫兹波的第一次反射时间构建离散点光谱图。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量方法，其特征在于：在进行垂直扫描前，还包括扫描定位步骤，且该步骤包括：

筛选出基准轮廓中啮合接触面所对应的基准线；

基于基准线外扩形成与基准线平行的过渡线；

沿齿轮轴向方向设置定位线，且定位线与过渡线相交于同一平面；

基于定位线确定太赫兹波发射位置和反射接收位置。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：所述定位线共设有多根，且多根定位线相互平行，并随机分布。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：在进行垂直扫描时，所述太赫兹波沿定位线移动，且移动距离大于齿轮厚度；所述太赫兹波的移动起点和移动终点分别位于齿轮轴向的两侧。

6.根据权利要求4所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：所述定位线至少设有5根。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：至少有一根所述定位线对应于所述啮合接触面的中间部位。

8.根据权利要求7所述的一种圆柱齿轮啮合接触面粗糙度的测量评定方法，其特征在于：所述粗糙度依据参数Ra进行计算评定，当计算得出多个粗糙度时，取Ra＝max{Rai}，其中i＝1，2，3……n；且Rai的表达式为：

其中H(x)为太赫兹波沿第i个定位线移动扫描后获取的散点光谱图中各散点的纵坐标值，且取基准线上对应的散点的纵坐标为0值。

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