齒輪綜合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)齒輪的精度修正方法研究

2019-12-24    click: 5417

    摘要：采用齒輪雙面嚙合測(cè)量儀測(cè)量齒輪徑向綜合誤差時(shí)，所用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的結(jié)構(gòu)和精度直接影響到被測(cè)齒輪的徑向綜合誤差的測(cè)量精度，標(biāo)準(zhǔn)齒輪與被測(cè)齒輪嚙合測(cè)量的相位不同更會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)誤差很大。現(xiàn)有方式只能通過提高標(biāo)準(zhǔn)齒輪本身的制造精度來確保齒輪徑向誤差測(cè)量的精度，但高精度的標(biāo)準(zhǔn)齒輪制造成本又相當(dāng)昂貴。本文從齒輪雙面嚙合的工作原理出發(fā)，提出了一種能消除標(biāo)準(zhǔn)齒輪引入誤差的方法，該方法解決了齒輪雙面嚙合測(cè)量結(jié)果分散性大的問題，使測(cè)量結(jié)果徑向綜合誤差一致性得到顯著提高，為確定齒輪雙面嚙合儀精度級(jí)別提供了可靠的依據(jù)；同時(shí)降低對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪本身精度的要求，提高測(cè)量結(jié)果的一致性，提升齒輪的制造精度，滿足齒輪工業(yè)生產(chǎn)的需求。

    關(guān)鍵字：雙面嚙合測(cè)量儀；齒輪測(cè)量；齒輪徑向誤差；標(biāo)準(zhǔn)齒輪誤差修正

0．引言

  齒輪在工業(yè)生產(chǎn)生活中應(yīng)用極為廣泛，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)步，齒輪震動(dòng)，效率壽命等指標(biāo)越來越受到重視，對(duì)齒輪的精度要求也越來越高^[1]。基于齒輪雙面嚙合測(cè)量原理的齒輪徑向綜合測(cè)量越來越廣泛得到應(yīng)用，一般齒輪雙面嚙合測(cè)量用于齒輪制造的最終檢驗(yàn)，具有測(cè)量設(shè)備簡單，測(cè)量速度快，全面反映齒輪制造精度^[2]等優(yōu)點(diǎn)。

國際（ISO）及國家（GB）齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了齒輪徑向綜合誤差的精度分級(jí)，但是在齒輪制造實(shí)際應(yīng)用中，很難根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判齒輪精度等級(jí)，這主要是由于作為雙嚙測(cè)量原理的綜合測(cè)量結(jié)果的重復(fù)精度分散性大，無法準(zhǔn)確判斷齒輪精度。雙面嚙合測(cè)量儀器相對(duì)比較簡單，測(cè)量鏈短，特別是近幾年隨著技術(shù)的快速發(fā)展，雙面嚙合測(cè)量儀器都大量采用了高精度基準(zhǔn)光柵、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，儀器無論是機(jī)械精度，還是新技術(shù)的應(yīng)用，都可以保證儀器本身的測(cè)量精度。產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果分散性大的主要原因是由測(cè)量原理造成的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用比被測(cè)齒輪高兩個(gè)精度等級(jí)的“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”作為基準(zhǔn)元件（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）與被測(cè)齒輪嚙合^[3]，考核中心距變動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)齒輪本身的制造誤差直接影響到測(cè)量結(jié)果，而且由于相位變化，在被測(cè)齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合測(cè)量過程中，中心距的變化還會(huì)隨著兩個(gè)齒輪之間嚙合相位的變化而變化，更加影響到測(cè)量結(jié)果的一致性^[4]。所以說，提高齒輪徑向誤差，最主要的是提高“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”精度，但高精度“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”的制造成本相當(dāng)昂貴。

  本文提出一種預(yù)先對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”進(jìn)行誤差修正的方法，利用計(jì)算機(jī)控制及誤差處理補(bǔ)償技術(shù)，可以很好的解決這個(gè)難題，降低對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”本身的精度要求，明顯提高測(cè)量結(jié)果的一致性。

1.智能齒輪雙面嚙合測(cè)量儀

  智能齒輪雙面嚙合測(cè)量儀有別于傳統(tǒng)手動(dòng)量儀，具有自動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)控及誤差數(shù)據(jù)采集處理功能，為本文提出的標(biāo)準(zhǔn)齒輪誤差修正方法提供了技術(shù)基礎(chǔ)，如圖1所示。通過本文修正方法得到的齒輪一轉(zhuǎn)和一齒徑向綜合誤差測(cè)量重復(fù)精度的提高，保證了后續(xù)評(píng)定齒輪精度評(píng)定，誤差分組、毛刺、磕碰傷查找等功能的有效可信，特別是可以通過標(biāo)定徑向絕對(duì)尺寸，進(jìn)而評(píng)價(jià)齒輪徑向跳動(dòng)、M值等參數(shù)，控制齒輪齒厚（側(cè)隙），結(jié)合齒輪自動(dòng)測(cè)量線，還可根據(jù)需求分別完成批量齒輪的綜合驗(yàn)收、統(tǒng)計(jì)分析、質(zhì)量分檔、在線齒輪檢修及全面的誤差分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)齒輪測(cè)量的高精度、高效率、高可靠性的質(zhì)量控制。最大限度的發(fā)揮齒輪雙面嚙合測(cè)量儀的作用。






2．標(biāo)準(zhǔn)齒輪誤差修正原理

  本文提出的標(biāo)準(zhǔn)齒輪誤差修正原理的核心是采用一個(gè)與被標(biāo)定的“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”同精度等級(jí)的“共軛標(biāo)定齒輪”，利用這個(gè)齒輪的一個(gè)特定齒，按照“進(jìn)齒——嚙合——順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角——脫開——逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角”動(dòng)作，逐齒與被標(biāo)定的“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”進(jìn)行嚙合，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集測(cè)量，完成一周360°后，得到整圈的被標(biāo)定“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”的誤差修正值。

3．標(biāo)準(zhǔn)齒輪誤差修正方法

  通過軟件編程，將“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”的標(biāo)定過程形成一個(gè)全自動(dòng)的標(biāo)定測(cè)量循環(huán)，得到修正數(shù)據(jù)，“標(biāo)準(zhǔn)齒輪”標(biāo)定過程如下：

  1、對(duì)所用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的每個(gè)齒槽按順序依次用阿拉伯?dāng)?shù)字進(jìn)行標(biāo)記，并選定共軛標(biāo)定齒輪的特定齒與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的第1個(gè)齒槽進(jìn)行徑向綜合測(cè)量嚙合，如圖2所示：






  2、通過電機(jī)帶動(dòng)共軛標(biāo)定齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的一個(gè)齒距角，如圖3所示，測(cè)量并采集兩個(gè)齒輪中心距誤差至計(jì)算機(jī)。






  3、通過齒輪雙面嚙合測(cè)量儀中的滑板帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪與共軛標(biāo)定齒輪分離，如圖4所示：






  4、通過電機(jī)帶動(dòng)共軛標(biāo)定齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的一個(gè)齒距角，回到初始位置，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的第2個(gè)齒槽，如圖5所示：









  5、共軛標(biāo)定齒輪的特定齒與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的第2個(gè)齒槽進(jìn)行徑向綜合測(cè)量嚙合，如圖6所示：






  6、重復(fù)上述操作步驟，直至標(biāo)準(zhǔn)齒輪所有齒槽依次與共軛標(biāo)定齒輪特定齒進(jìn)行嚙合，得到標(biāo)準(zhǔn)齒輪的誤差修正值。

4.測(cè)量實(shí)驗(yàn)

  測(cè)量實(shí)驗(yàn)采用工件模數(shù)為2.0，工件齒數(shù)50的齒輪為被測(cè)齒輪，標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒數(shù)51，選取三個(gè)不同相位，測(cè)量徑向綜合總誤差Fi〞、一齒徑向綜合誤差fi〞、徑向跳動(dòng)誤差Fr〞如圖7到圖12所示：










 被測(cè)齒輪在三個(gè)不同相位，標(biāo)準(zhǔn)齒輪修正前測(cè)量結(jié)果和修正后的測(cè)量結(jié)果如表1、表2所示：






  由表1和表2可以看出：修正前，徑向綜合總誤差Fi〞在三個(gè)相位誤差范圍為26 um，修正后，徑向綜合總誤差Fi〞在三個(gè)相位誤差范圍為2.5 um，比較后得出：修正后的徑向綜合總誤差Fi〞換相位測(cè)量結(jié)果精度在3 um以內(nèi)，并且測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果一致性顯著提高。

5.總結(jié)

    本文從齒輪雙面嚙合的工作原理出發(fā)，提出了一種齒輪綜合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)齒輪的精度修正方法，該方法借助于與標(biāo)準(zhǔn)齒輪同等級(jí)精度的共軛標(biāo)定齒輪來預(yù)先修正標(biāo)準(zhǔn)齒輪本身存在的誤差，并利用計(jì)算機(jī)控制及誤差補(bǔ)償方法對(duì)被測(cè)齒輪的徑向綜合誤差進(jìn)行修正，準(zhǔn)確地得到被測(cè)齒輪的徑向綜合誤差，解決了齒輪雙面嚙合測(cè)量結(jié)果分散性大的問題，使徑向綜合誤差控制在 3 um 以內(nèi)，為確定齒輪雙面嚙合儀精度級(jí)別提供了可靠的依據(jù)。同時(shí)降低了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪本身精度的要求，降低了齒輪測(cè)量的成本，提升齒輪的制造精度，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。同時(shí)，對(duì)于減速機(jī)等行業(yè)齒輪品種多，應(yīng)用本文方法，完全可以使用與被測(cè)齒輪同等精度等級(jí)的工件齒輪，經(jīng)過標(biāo)定和修正，代替標(biāo)準(zhǔn)齒輪使用，不需要配備批量標(biāo)準(zhǔn)齒輪，節(jié)省大量投入。

  本文研究的齒輪綜合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)齒輪的精度修正方法已經(jīng)成功申請(qǐng)發(fā)明專利，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?/span> 201610888031 .4。



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