CN1194214C - 一种齿轮误差测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于在单面啮合齿轮整体误差测量仪器上，对各种材质、批量生产齿轮几何误差及其相对变化量的测量和加工工艺过程的监控用。其采用粘接剂将一定形状尺寸的金属薄片作为测量齿轮的测量棱带，粘贴在测量齿轮母体的选定轮齿的选定位置上制作而成的“粘贴型测量齿轮”，通过传感器把测量齿轮与被测齿轮啮合过程中产生的角位移信号变为电信号，经信号放大器放大后进入相位比较器，通过比较得到两齿轮转角的相位差，把该相位差输入计算机分析得到齿轮的各单项误差、综合误差，获得齿面误差立体图、整体误差图和接触形态图。其测量信息量大，适用范围广，测量效率高，测量齿轮制作方便，成本低，精度高。

Description

一种齿轮误差测量方法及其装置

所属技术领域

本发明涉及机械加工的测量装置，特指一种齿轮误差测量方法及其相应的测量装置。本发明可以在一个测量循环中测量齿轮的各单项误差、综合误差，获得齿面误差立体图、整体误差图和接触形态图，并能在结果中反映出各单项误差和综合误差之间的关系。

背景技术

目前常用测量齿轮方法有两种，坐标式几何测量法和啮合式运动测量法。二者各有优缺点。坐标式几何测量法通过用三坐标测量仪测量齿轮的齿面形状，解决了圆柱齿轮、锥齿轮和准双曲面齿轮的齿面测量问题，并能绘出齿面误差立体图。但用坐标机测量只能对单个齿轮进行测量，而不能在啮合中测量，因而得到的只能是单项误差。由于齿轮的使用效果是通过齿轮的综合误差反映的，即各单项误差综合作用的结果，因此测量的单项误差不能直接有效地判定齿轮的传动性能。另外锥齿轮和准双曲面齿轮与圆柱齿轮不同，它们没有统一的理论曲面，理论曲面要由特定的加工方法和具体的加工参数通过复杂的计算获得。因此通过坐标测量机来测量齿轮误差的方法受到很大限制。啮合式运动测量法通过目前广泛使用的齿轮误差单面啮合测量法及其测量机，该方法通过与两相互啮合的齿轮分别同轴安装的传感器发出信号，经处理来获得在传动过程中的不均匀性误差，这一误差为切向综合误差，可反映出齿面形状误差以及各轮齿相互位置误差的综合结果，但是该方法不能得到齿轮的单项误差及误差出现的具体部位，也不能反映出各单项误差之间和单项误差与综合误差之间的关系，更不知道接触点在齿面移动的走向线。对于锥齿轮和准双曲面齿轮来说更常用的方法是通过齿轮对滚检验机测量齿轮接触斑点。一对齿轮在规定的相互位置下啮合传动，同时在啮合的齿面上涂色，在传动后取得带有接触斑点的印痕，以印痕尺寸的大小、形状及其在齿面上的位置来判定齿轮的质量，该方法效率高，直观。但它仅能反映齿轮综合误差的一个方面，即接触精度，而不能测得各单项误差，也不能获得误差数据。

苏联专利SU599155公开了一种在现有齿轮误差单面啮合测量机上使用的测量方法，该方法是在其使用的标准齿轮的某一齿面上沿齿高方向贴上一条聚合树脂条状齿形薄片或/和在某一齿面上沿齿向方向贴上一条聚合树脂条状齿向薄片。其厚度不大于齿轮啮合的侧隙。然后将被测齿轮和该标准齿轮在单面啮合机上对滚啮合，从而测量出被测齿轮的齿形和齿向误差。该发明不适用于齿轮啮合侧隙小的误差测量。此外聚脂膜片在啮合时会产生畸变，啮合时会受力变形，也会造成过大的误差。

专利号为88100521齿轮整体误差测量仪提出了一种新的齿轮误差测量方法——几何运动误差测量法。该方法通过采用特殊测量齿轮和被测齿轮啮合运动，能同时测量出被测齿轮的单项几何误差、综合运动误差及整体误差等。它克服了上述两种传统误差的不足而兼有“坐标式几何测量法”和“啮合式运动测量法”的优点。采用了公知的机械加工、电加工、化学加工或者它们组合的方法，对原齿轮的齿面、除测量用轮齿上保留的凸起棱带以外的其余部分进行加工而制成。上述方法，都是从原齿轮实体上去除多余材料而制成所需特定测量用轮齿和传动用轮齿的。它尤其适用于钢材质测量齿轮的制作。但是存在二个问题：1采用机械加工、电加工方法来制作测量齿轮时，因加工形状复杂难度大，加工费用高，不经济实用。2采用化学加工方法，简便易操作，但在制作时需酸硷溶液，对环保不利；又因人工操作，一旦出错，难以补救，容易造成废品浪费。不仅制作过程复杂，成本很高，而且对于不同规格的齿轮都要制作特殊齿轮，浪费大量人力物力。这种状况使得该方法在实际应用中受到很大的限制。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种新的测量方法，其采用在标准齿轮的齿面上粘贴金属丝的方法制成特殊的“粘贴型测量齿轮”，通过传感器把测量齿轮与被测齿轮啮合过程中产生的角位移信号变为电信号，经信号放大器放大后进入相位比较器，通过比较得到两齿轮转角的相位差，把该相位差输入计算机分析得到齿轮的各项误差，经打印机输出测量结果。

测量的过程分为两个部分：1)先用该测量齿轮与已知各单项误差被测齿轮啮合，测量数据存入计算机，建立专家评价数据库。2)用测量齿轮与被测齿轮啮合，测得数据与前面形成的专家评价数据库比较分析，得到被测齿轮包括单项误差、综合误差以及接触斑点的大小形状和位置以及齿轮整体误差、齿面误差立体图等各种误差信息。

实现该方法的装置包括粘贴型测量齿轮及与测量齿轮、被测齿轮分别相连的两组传感器、处理信号的光栅盘、信号放大器，与两组信号同时连接的相位比较器，及依次连接的计算机和打印机。粘贴型测量齿轮是用特定的粘接剂将一定形状尺寸的金属丝作为测量齿轮的测量棱带，按一定的规律，牢固粘贴在测量齿轮母体的选定轮齿的选定位置上制作而成。

金属丝在齿面上粘贴方向可为3种：a形齿为金属丝粘贴沿齿形方向，b形齿为金属丝粘贴沿齿向方向，c形齿为金属丝粘贴沿轮齿对角方向。粘贴金属丝的轮齿在测量齿轮上分布是间隔的。粘贴金属丝的条数和位置根据齿轮齿数及测量的精度要求而定。该特定尺寸的金属薄片厚度一般小于0.5mm。粘贴金属丝的厚度变化(包括由于粘贴剂引起的金属丝高度变化)小于0.1μm/mm。根据测量齿轮的种类不同可分为粘贴型圆柱测量齿轮、粘贴型圆锥测量齿轮及粘贴型准渐开线圆锥测量齿轮等。

该方法具有的优越性：

1.信息量大，本发明在一次测量过程中可以检测出被测齿轮包括各单项误差、综合误差、整体误差以及接触斑点等各项误差。通过本装置所附软件分析还能得到齿轮的齿面误差立体图，实际齿轮的立体图等信息。比较苏联专利SU599155在齿轮表面粘贴聚合树脂条状齿形薄片的方法，其测量的结果中只包含了齿形和齿向方向误差信息。

2.制作方便，成本低，精度高，本发明是通过在标准齿轮的齿面上粘贴金属丝的方法制成测量齿轮，相对于专利88100521.5采用化学腐蚀的方法制作测量齿轮，制作成本明显降低。其次本发明采用的是相对误差测量方法，测量齿轮本身的误差在软件中消除，因此本发明测量方法可以测量精度达到5级的齿轮，而测量齿轮的精度只需要5级，而专利88100521.5采用的是直接测量法测量齿轮，如果测量精度为5级的齿轮需要测量齿轮的精度为3级；同样用苏联专利SU599155测量方法要3级精度的测量齿轮才能测量5级精度的齿轮。故本发明降低测量成本提高了测量的精度。

3.适用范围广，采用本发明可以测量包括直齿圆柱齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮和曲线齿锥齿轮等在内的各种齿轮，还适合各种材料的齿轮误差测量。

4.测量效率高，本发明方法一次装夹可以测量出齿轮的各种误差信息。

5.较好的通用型，本方法测量的数据除了可以将误差数据通过计算机显示或通过打印机打印输出，还可以把误差数据通过数据文件的方式输出，方便进一步的误差产生机理分析。具有良好人机的界面，操作简单，可靠性强。

附图说明

图1为三种测量齿轮的齿形，其中a形齿测量齿轮的齿形误差，b形齿测量齿轮的齿向误差，c形齿测量齿轮的整体误差。

图2为误差测量原理图

图3为各种粘贴轮齿在测量齿轮上的顺序示意图。

1-被测齿轮  2-测量齿轮  3-光栅盘  4-信号放大器  5-相位比较器  6-计算机7-显示器  8-打印机

具体实施方式

在本实施例中所选用的测量齿轮是直齿锥齿轮。直齿锥齿轮的参数如下：模数为5.4毫米，齿数为16，压力角22.5度，节锥距50.94毫米。本发明制作的测量齿轮见图1，测量装置见图2。

具体实施过程如下：

如图1所示，本实施例的测量齿轮是通过在标准齿轮的齿面上粘贴金属片的方法制成的。齿形分三类：a型齿用来测量齿形误差，b型齿用来测量齿向误差，c型齿用来测量整体误差。在齿轮上分布顺序按照图3所示的位置分布。该齿轮齿数为16，轮齿编号依次为1号到16号。按照金属丝粘贴的规律，粘贴金属丝的轮齿是间隔的，因此粘贴金属丝的轮齿分别为1、3、…、13号齿。而2、4、6、8、10、12、14、15、16为标准轮齿。实际测量中可以根据被测齿轮的精度和齿轮的齿数选择齿轮粘贴金属片的数量和位置。本例中a型齿有3个，它们沿齿向位置不同。同样b型齿有3个，分别沿齿形方向。c型齿有一个，用于测量整体误差。

测量装置见图2，其包括粘贴型测量齿轮及与测量齿轮2、被测齿轮1分别相连的两组传感器、处理信号的光栅盘3、信号放大器4，与两组信号同时连接的相位比较器5，依次连接的计算机6和打印机8，具体测量步骤如下：

(1)首先将已知单项误差的齿轮安装在测量仪上，成为主动齿轮，将该测量齿轮安装在从动主轴上，成为从动轮(或者将两者对调安装)，使两个齿轮在运动中能够互相啮合。驱动主动主轴转动，两个齿轮相互啮合从而带动从动轴转动。在啮合过程把测量的误差数据存入计算机，建立专家评价数据库。

(2)把上述已知误差的齿轮换为被测齿轮与测量齿轮按上述步骤啮合，测量出误差数据。通过与专家评价数据库软件的比较分析得到被测齿轮的各种误差，再通过计算机或打印机输出误差结果。其中误差信息还可以以数据文件的格式供其他分析软件调用。

Claims (4)

1.一种齿轮误差测量方法，其特征是采用在标准齿轮的齿面上粘贴金属丝的方法制成特殊的粘贴型测量齿轮，通过传感器把测量齿轮与被测齿轮啮合过程中产生的角位移信号变为电信号，经信号放大器放大后进入相位比较器，通过比较得到两齿轮转角的相位差，把该相位差输入计算机分析得到齿轮的各项误差，经打印机输出测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮误差测量方法，其特征是测量的过程分为两个部分：

(1)先用该测量齿轮与已知各单项误差被测齿轮啮合，测量数据存入计算机，建立专家评价数据库；

(2)用测量齿轮与被测齿轮啮合，测得数据与前面形成的专家评价数据库比较分析，得到被测齿轮包括单项误差、综合误差以及接触斑点的大小形状和位置以及齿轮整体误差。

3.实现权利要求1所述的齿轮误差测量方法的装置，其包括粘贴型测量齿轮及与测量齿轮(2)、被测齿轮(1)分别相连的两组传感器、处理信号的光栅盘(3)、信号放大器(4)，与两组信号同时连接的相位比较器(5)，及依次连接的计算机(6)和打印机(8)，其特征是粘贴型测量齿轮是用粘接剂将一定形状尺寸的金属丝作为测量齿轮的测量棱带，牢固粘贴在测量齿轮母体的选定轮齿的选定位置上制作而成。

4.根据权利要求3所述的齿轮误差测量方法的装置，其特征是金属丝在齿面上粘贴方向分为3种：a形齿为金属丝粘贴沿齿形方向，b形齿为金属丝粘贴沿齿向方向，c形齿为金属丝粘贴沿轮齿对角方向。

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