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1、齿轮综合误差测量技术研究Research on Measuring Technology for Integrative Error of Gear 摘 要本文设计的齿轮综合误差测量机是利用测量蜗杆，对直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮的切向综合误差iF与切向一齿综合误差if进行测量。它还可以用于对圆柱齿轮副， 蜗轮与蜗杆和圆锥齿轮副进行配对测量，测得它们的综合误差。 其中测量元件可以换成测量齿轮。齿轮综合误差测量机的测量方法就是使用标准测量元件（蜗杆、齿轮、齿条、测头等）与被测齿轮进行单面啮合或双面啮合。其中单面啮合测量是一种大体模拟齿轮实际加工情况的直接测量齿轮传动误差的方法，既所有误差综合地在啮
2、合线上以啮合线的增量来起作用，能比较真实的反映出齿轮实际的传动质量。 该仪器测量效率高，结构简单，使用和维护方便。关键词：齿轮切向综合误差蜗杆 光栅读数头Abstract This article designs the gear composite error measuring engine uses the survey worm bearing adjuster to the straight tooth cylindrical gears skewed tooth cylindrical gears cutting with cuts to the composite error c
3、arries on the survey to a tooth composite error. It also may use in to cylindrical gears the worm gear and the worm bearing adjuster and the round bevel gear pair carries on pairs the survey obtains their composite error. Measuring element may change into surveys the gear.The gear composite error me
4、asuring engine measuring technique is uses the standard measuring element (worm bearing adjuster gear rack measured prime) with was measured the gear carries on one-sided meshes or two-sided meshes. One-sided meshes the survey is one kind of cardinal principle simulates the gear actual processing si
5、tuation the direct survey gear drive error method also all errors comprehensive in gnaw in the vanishing line by to gnaw the vanishing line the increase to have an effect can the quite real reflection gear actual transmission quality. This instrument survey efficiency high the structure is simple us
6、es and maintains conveniently. May use in 3 levels of 4 level of and 5 level of gears surveys. Key words：Gear Integrative Error of Tangent Direction Worm Reading Head of GratinI 目录第一章概述 . 11.1 引言 . 11.2 国内外发展现状 . 11.3 主要研究内容 . 5第二章总体设计方案 . 82.1 方案比较 . 82.2 方案选择1. 82.3 技术指标4. 12 第三章测量原理及总体设计 . 133.1
7、测量原理 . 13 3.2 总体设计 . 14 第四章仪器关键部分设计 . 174.1 光学部分 . 17 4.2 光栅读数头 . 18 4.3 电气部分 . 21 第五章仪器精度分析 . 245.1 仪器各项单项误差的计算. 24 5.2 仪器误差 . 28 结论 . 30参考文献 . 31致谢 . 321 第一章概述1.1 引言齿轮综合误差测量仪是采用啮合滚动式综合测量法，把齿轮作为一个回转运动的传动元件，在理论安装中心距下，和测量齿轮啮合滚动，测量其综合偏差。 综合测量又分为齿轮单面啮合测量，用以检测齿轮的切向综合偏差和单齿切向综合偏差；以及齿轮双面啮合测量， 用以检测齿轮的径向综合偏差
8、和单齿径向综合偏差。为了更有效地发挥齿轮双面啮合测量技术的质量监控作用，增加了偏差的频谱分析测量项目; 近年来还从径向综合偏差中分解出径向综合螺旋角偏差和径向综合齿向锥度偏差。这是齿轮径向综合测量技术中的一个新发展。综合运动偏差测量的优点是测量速度快， 适合批量产品的质量终检， 便于对齿轮加工工艺过程进行及时监控。 仪器可借助于标准元件 （如标准齿轮） 进行校验，实现基准的传递。 上述两项测量技术基于传统的齿轮精度理论，然而随着对齿轮质量检测要求的不断增加和提高，这些传统的齿轮测量技术也在不断细化、丰富、更新和提高。在这里，我们只研究齿轮单面啮合测量仪，即单啮仪。101.2 国内外发展现状齿轮
9、量仪是一个内含较为丰富的概念，它不仅包括检测各种齿轮的仪器也将检测蜗轮、蜗杆、齿轮刀具、传动链的仪器附属在其中。齿轮种类繁多，几何形状复杂，影响其误差的参数众多。所以，齿轮量仪的品种也很多。 齿轮测量技术及其仪器的研究已有近百年的历史，在这不短的发展历程中，有6 件标志性事件：(1) 1923 年德国Zeiss 公司在世界上首次研究成功一种称为Tooth Surface Tester的仪器，实际上是机械展成式万能渐开线检查仪。在此基础上经过改进， Zeiss于 1925 年推出了实用性仪器，并投放市场。该仪2 器的长度基准采用了光学玻璃线纹尺，其线距为 1 微米。 该仪器的问世，标志着齿轮精密
10、测量的开始，在我国得到广泛使用的VG450 就是该仪器的改进型。(2) 50 年代初，机械展成式万能螺旋线标准的出现，标志着全面控制齿轮质量成为现实。(3) 1965 年，英国的 R.Munro 博士研制成功光栅式单啮仪，标志着高精度测量齿轮动态性能成为可能。(4) 1970 年，以黄潼年为主的中国工程技术人员研制开发的齿轮整体误差测量技术，标志着运动几何法测量齿轮的开始。(5) 1970 年，美国 Fellow 公司在芝加哥博览会展出Microlog50，标志着数控齿轮测量中心的开始。(6) 80 年代末，日本大阪精机推出了基于光学全息原理的非接触齿面分析机 PS-35，标志着齿轮非接触测量
11、法的开始。整体上考察过去一个世纪里齿轮测量技术的发展，主要表现在以下几个方面：（1） 在测量原理方面，实现了由“比较测量”到“啮合运动测量”，直至“模型化测量”的发展；（2）在实现测量原理的技术手段上，历经了“以机械为主”到“机电结合”，直至当今的“光?机?电”与“信息技术”综合集成的演变；（3）在测量结果的表述与利用方面，历经了“指示表加目视读取”到“记录仪器记录加人工研判”， 直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”的飞跃。 与此同时， 齿轮量仪经历了从单品种参数的仪器（典型仪器有单盘渐开线检查仪）、单品种多参数的仪器（典型仪器有齿形齿向检查仪）到多品种参数仪器（典型仪器有齿轮测量
12、中心）的演变。70 年代以前的近 50 年内，世界上已开发出测量齿廓、螺旋线、齿距等基本参数的各种类型、 各种规格的机械展成式仪器。 这些仪器借助一些精密机构形成指定标准运动，然后与被测量进行比较， 从而获得被测误差的大小。世界上曾开发出多种机械式渐开线展成机构，如单盘式、圆基杠杆式、靠模式等。其中以圆盘杠杆式应用最广，属于这一类的仪3 器有：Zeiss VG450、Carl Mahr890 和 891S、MAAG SP60 和 HP100、大阪精机 GC-4H 和 GC-6H 以及哈尔滨量具刃具厂的3201。 对齿廓误差测量而言，机械展成式测量技术仅限于渐开线齿廓误差测量上，对非渐开线齿轮的
13、端面齿厚测量， 采用展成法测量是很困难的， 因为展成机构太复杂并缺乏通用性。 对精确的螺旋展成机构而言， 主要采用正弦尺原理，只是如何将正弦尺的直线运动精确地转移为被测工件的回转运动的方式各不相同，这种机构在滚刀螺旋线测量上应用最为典型，如德国 Fette公司生产的 UWM 型滚动测量仪、 Zeiss 厂生产的万能滚动测量仪、前苏联 BHNN 设计的万能型滚动测量仪、美国Michigan 公司生产的万能滚刀测量仪以及 Klingelberg 公司的 PWF250/300。70 年代前，机械展成式测量技术已经发展成熟，并在生产实践中经受了考验。尽管这样，也存在一些不足之处：其测量精度仍依赖于展成
14、机械的精度， 机械结构复杂， 柔性较差，且测量一个齿轮需多台仪器。迄今，基于这些技术的仪器仍是我国一些工厂检验齿轮的常用工具。1970 年是齿轮测量技术的转折点。齿轮整体误差测量技术和齿轮测量机（中心）的出现解决了齿轮测量领域的一个难题，即在一台仪器上快速获取齿轮的全部误差信息。这两项技术虽然都基于现代光、机、电、计算机等技术，但走上了不同的技术路线。齿轮整体误差测量技术是从综合测量中提取单项误差和其它有用信息。经过30 年的完善与推广，齿轮整体误差测量方法在我国已发展成为传统元件的运动几何测量法。其基本思想是将被测对象作为一个刚性的功能元件或传动元件与另一标准元件作啮合运动，通过测量啮合运动
15、误差来反求被测量的误差。运动几何测量法的鲜明特点是形象地反映了齿轮啮合传动过程并精确地揭示了齿轮单项误差的变化规律以及误差间的关系，特别适合齿轮工艺误差分析和动态性能预报。采用这种方法的仪器的优点是测量效率高，适用于大批量生产中的零件检测。典型仪器是成都工具研究所生产的 CZ450 齿轮整体误差测量仪、 CSZ500 锥齿轮测量机和 CQB700 摆线齿轮测量仪。而齿轮测量中心采用坐标测量原理，实际上是圆柱（极）坐标测量机，“坐标测量”实质是“模型化测量”。对齿轮而言，模型化的坐标测量原理是将被测零件作为一个纯几何体（相对“运动几何4 法”而言），通过测量实际零件的坐标值（直角坐标、柱坐标、极
16、坐标等） ，并与理想形体的数学模型作比较，从而确定被测量的误差。坐标测量法的特点是通用性强，主机结构简单，测量精度很高。坐标法测量齿轮的思想早已有之， 如用万能工具显微镜与分度头的组合也可用来测量齿轮。但是，这种静态测量方式不仅效率低， 且测量精度得不到保证。现代光电技术、微电子技术、计算机技术、软件工程、精密机械等技术的飞速发展才真正为坐标测量法显示其优越性提供了坚实的技术基础。迄今已有美国、德国、日本、 瑞士、中国、意大利等几个国家生产CNC齿轮测量中心，国外的典型产品是M&M 公司的 3000 系列、 Klingelberg的 P 系列；国产的典型产品是成都工具研究所的CGW300 卧式测量中心和哈尔滨量刃具厂的3903型齿轮测量中心。各国的齿轮测量中心虽然原理上大同小异，但实现方式却存在一定差距。 主要表现在：（1）在测量传感器等方面，虽然测角一般采用高精度圆光栅，但测长因被测对象不同而有所差异。 精度要求很高的齿轮或轴向尺寸很长的工件等，一般采用双频（或单频）激光干涉仪作长度基准（如测量渐开线或螺旋线样板等）；而其它情况，则采用高精度长
