本發(fā)明屬于大型齒輪測量的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體說是一種采用精密芯棒測頭在位測量大型直齒輪廓形偏差的方法。
背景技術(shù)：
：齒輪測量技術(shù)在齒輪制造中占有很重要的地位，沒有先進的檢測技術(shù)和儀器，不可能制造出性能優(yōu)良、高質(zhì)量、高精度的齒輪。由于大型齒輪的大模數(shù)、大尺寸和大重量的特點，要準確測量其加工精度是非常困難的。另外，測量裝置的重量和體積很大，不僅造成制造、安裝、調(diào)整的困難，而且測量中的慣性問題也非常突出。多年來，國內(nèi)外諸多學者在大型齒輪測量領(lǐng)域進行研究，豐富和發(fā)展了大型齒輪精密測量的理論和方法。大型齒輪的測量方式通常有兩種，一是在專用齒輪測量儀上進行測量，二是在位測量。按測量的形式，在位測量方式還可分為上置式量儀和旁置式量儀。其中，基于在位測量方法的旁置式量儀和上置式量儀不僅克服了臺式量儀測量大型齒輪的局限性，而且能顯著降低測量儀器的成本，可操作性強，符合我國的國情，成為大型齒輪尤其是超大型齒輪測量技術(shù)的重要研究方向。常規(guī)在位測量儀受加工機床的限制，如機床的原始誤差影響測量精度、測量條件與測量環(huán)境等問題的影響，測量精度、實施措施仍有待于進一步提高。在位測量大齒輪的齒廓偏差中，由于齒輪的重量大而產(chǎn)生的慣性大，致使測量過程中產(chǎn)生相應(yīng)的麻煩，如完成一個輪齒廓面的齒廓偏差的測量后，想要測量其相鄰廓面的偏差時就很困難。因為測量過程是從齒輪開始轉(zhuǎn)動到測頭劃出齒頂，或測頭從輪齒的一端走到另一端。由于齒輪慣性大，完成一個輪齒的測量后，即使停止工作臺的回轉(zhuǎn)，其位置已經(jīng)不在測頭的正確位置，需重新調(diào)整正確位置，才能開始下一個齒輪廓面的測量，且由于齒輪模數(shù)大，點測頭沿基圓切線展開時行程長，致使測量儀結(jié)構(gòu)大。2008年，金嘉琦、李文龍等人研制出了刃邊齒條測頭與被測齒輪單面嚙合測量大齒輪偏差的在機測量儀，其測量原理主要為利用刃邊齒條測頭測量齒廓上不同位置，獲得直母線偏差，進而分離出齒廓偏差和螺旋線偏差。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決大型齒輪測量中遇到的測量基準選擇困難，齒輪慣性大，測量效率低，測量條件差等問題，本發(fā)明提供了一種采用精密芯棒測頭在位測量大型直齒輪廓形偏差的方法。為實現(xiàn)上述目的，本申請采用的技術(shù)方案是：采用精密芯棒測頭在位測量大型直齒輪廓形偏差的方法芯棒測頭與漸開線齒廓時刻保持相切接觸，與被測齒輪軸線有一定距離且交叉的直線方向為y軸方向，繞齒頂圓逆時針切向為正方向，以過被測齒輪中心垂直于y軸的方向為x軸方向，遠離齒輪中心的方向為正方向，建立坐標系，建立芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化與芯棒測頭位置坐標變化的關(guān)系；沿y軸方向平移芯棒測頭，在位測量芯棒測頭的線位移和微小轉(zhuǎn)角變化，獲得被測齒廓各位置點沿齒廓法線方向的偏差，通過對齒輪廓面上點集的誤差分析獲得齒輪的齒廓總偏差。進一步的，在所建立的坐標系下，設(shè)芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化為δφ，芯棒測頭位置坐標變化為δy，兩者關(guān)系為：其中芯棒測頭測點位移：式中：y—滑塊的位移；—展開角；a—被測齒輪中心到測量坐標系y軸的距離；rb—被測齒輪的基圓半徑；δ—被測齒廓初始位置與測量坐標系x軸夾角，即漸開線轉(zhuǎn)角。進一步的，沿y軸方向平移芯棒測頭，在位測量芯棒測頭的線位移和微小轉(zhuǎn)角變化，在位測量齒輪廓面的多個點形成的點集，需完成兩個運動，獲取兩路測量信號，即芯棒測頭沿與被測齒輪軸線有一定距離且交叉的直線方向的線位移y以及為獲取廓面上不同位置的點所需的芯棒微小轉(zhuǎn)角變化δφ′。進一步的，利用芯棒測頭測量齒輪廓面上不同位置測得的芯棒測頭轉(zhuǎn)角變化、芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化和芯棒測頭測點位移得到被測廓面上各位置點沿齒廓法線方向的偏差，δfαi＝νi(δφ′i-δφi)i＝1,2···n通過對齒輪廓面上點集的誤差分析獲得齒輪的齒廓總偏差fα＝max(δfα)-min(δfα)其中，y—滑塊的位移；—展開角；a—被測齒輪中心到測量坐標系y軸的距離；rb—被測齒輪的基圓半徑；δ—被測齒廓初始位置與測量坐標系x軸夾角，即漸開線轉(zhuǎn)角。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，能夠取得如下的技術(shù)效果：(1)芯棒測頭直母線加工易獲得高精度；(2)測量時，芯棒測頭不需要偏置距離，可顯著減小芯棒測頭導軌的長度；(3)通過適當?shù)某跏嘉恢谜{(diào)整，只改變滑塊的位移方向和芯棒測頭的旋轉(zhuǎn)方向，即可完成齒輪左、右齒面的測量，提高測量效率；(4)被測齒輪不動，沒有因大齒輪轉(zhuǎn)動引起的慣性問題和芯棒測頭跟蹤問題；(5)測量過程是芯棒測頭直母線與被測齒輪廓面的嚙合過程，所測量的廓形偏差是在傳動狀態(tài)下的廓形偏差，更接近于齒輪的傳動品質(zhì)，測量屬于帶有某些綜合測量特征的單項測量。附圖說明本發(fā)明共有附圖4幅：圖1是本發(fā)明的測量系統(tǒng)原理圖；圖2芯棒測頭轉(zhuǎn)角隨芯棒測頭位置坐標的變化曲線圖；圖3轉(zhuǎn)角變化與芯棒測頭位置變化的規(guī)律曲線圖；圖4芯棒測頭測點位移的變化曲線圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本實施例公開了一種采用精密芯棒測頭在位測量大型直齒輪廓形偏差的方法，具體為：(1)確定被測齒輪的測量齒廓，任選被測齒輪的某一齒廓作為測量齒廓；(2)以大型齒輪的齒圈端面和基圓柱面為基準，定位并安裝精密芯棒測頭，被測齒輪固定不動，移動滑塊，芯棒測頭進入測量齒槽內(nèi)，芯棒測頭未與齒廓接觸，此位置稱為齒廓測量零位，芯棒測頭可沿與被測齒輪軸線有一定距離且交叉的直線方向移動，可繞滑塊中心轉(zhuǎn)動。繼續(xù)移動滑塊，芯棒測頭到達齒廓根部位置，滑塊沿導軌移動的同時，芯棒測頭轉(zhuǎn)動且始終保持與被測齒輪廓面相切接觸，芯棒測頭與被測齒輪齒廓根部相接觸，芯棒測頭在上方，被測齒輪在下方；芯棒測頭與被測齒輪軸線有一定距離且交叉的直線方向為y軸方向，繞齒頂圓逆時針切向為正方向，以過被測齒輪中心垂直于y軸的方向為x軸方向，遠離齒輪中心的方向為正方向，建立坐標系；(3)芯棒測頭剛好接觸到被測齒廓根部時，此位置稱為齒廓測量的開始位；繼續(xù)移動滑塊，芯棒測頭與被測齒廓頂部接觸時，此位置稱為齒廓測量的結(jié)束位；在此范圍內(nèi)，均布測量n次，其中n為測量總次數(shù)，即每隔δy＝y(tǒng)/n測量一次芯棒測頭轉(zhuǎn)角，其中δy為每次測量芯棒測頭位置坐標變化量；在齒廓測量中，第i次測量時，芯棒測頭在y軸方向上的位移值記為yi，其中i＝1,2···n，第i次測量時，芯棒測頭微小轉(zhuǎn)角變化記為φ′i，其中i＝1,2···n，這樣共獲取n組測量值記為(yi，φi′)，其中i＝1,2···n；從測量開始位到測量結(jié)束位，這中間的過程即為齒廓測量的數(shù)據(jù)采集過程，芯棒測頭在y軸方向的位移和繞滑塊中心的轉(zhuǎn)角即為測量數(shù)據(jù)；完成上述測量后，移動滑塊到齒廓測量零位，然后將芯棒測頭退出被測齒輪的測量齒槽，完成齒廓的測量。芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化記δφ，芯棒測頭位置坐標變化記δy，芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化與芯棒測頭位置坐標變化關(guān)系為：芯棒測頭測點位移：式中：y—滑塊的位移；—展開角；a—被測齒輪中心到測量坐標系y軸的距離；rb—被測齒輪的基圓半徑；δ—被測齒廓初始位置與測量坐標系x軸夾角(可視為漸開線轉(zhuǎn)角)。(4)將這組偏差值代入下面的公式，即可求得被測齒廓的廓形偏差值齒輪廓形偏差值：δfαi＝νi(δφ′i-δφi)i＝1,2···n齒輪廓形總偏差：fα＝max(δfα)-min(δfα)其中，y—滑塊的位移；—展開角；a—被測齒輪中心到測量坐標系y軸的距離；rb—被測齒輪的基圓半徑；δ—被測齒廓初始位置與測量坐標系x軸夾角(可視為漸開線轉(zhuǎn)角)。已知被測齒輪的基本參數(shù)如表1所示，測量裝置的初始位置如表2所示：表1漸開線齒輪基本參數(shù)參數(shù)名稱符號數(shù)值單位模數(shù)m20mm齒數(shù)z192-壓力角α20°分度圓直徑d3840mm基圓直徑db3608.419664mm齒根圓直徑df3790mm表2測量裝置初始位置根據(jù)測量原理，模擬分析出芯棒測頭轉(zhuǎn)角φ與芯棒測頭位置y坐標的對應(yīng)關(guān)系如表3所示，芯棒測頭轉(zhuǎn)角φ隨芯棒測頭位置y坐標的變化規(guī)律如圖2所示，從圖中可以看出，當芯棒測頭位置達到f時，芯棒測頭轉(zhuǎn)角突變?yōu)棣眨?，即為被測齒輪的初始位置，說明芯棒測頭在到達f之前，沒有與被測齒輪齒廓相接觸，該段數(shù)據(jù)不是測量的有效數(shù)據(jù)，故將其濾去。芯棒測頭位置達到h后，芯棒測頭轉(zhuǎn)角基本保持恒定，說明此時芯棒測頭到達被測齒輪齒頂位置，該段數(shù)據(jù)與廓形誤差的分析無關(guān)，故將此段數(shù)據(jù)濾去。基于上述原因，將芯棒測頭到達初始位置之前的計算數(shù)據(jù)和芯棒測頭到達齒頂點后的計算數(shù)據(jù)濾去，芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化為δφ與芯棒測頭位置坐標變化為δy的對應(yīng)關(guān)系見表3，芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化δφ與芯棒測頭位置坐標變化δy的規(guī)律曲線如圖3所示，從圖中可以看出，芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化δφ與芯棒測頭位置坐標變化δy近似成線性分布。通過計算得到芯棒測頭測點位移ν的值見表3，ν隨轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖4所示。表3芯棒測頭轉(zhuǎn)角φ、芯棒測頭位置y坐標、芯棒測頭理論轉(zhuǎn)角變化為δφ，芯棒測頭位置坐標變化為δy，以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12