阅读说明：本技术 基于cnc齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法 (Double-spiral gear symmetry measuring method based on CNC gear measuring center ) 是由 王建华 田善学 沈云波 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及齿轮测量装置和方法技术领域,具体涉及一种基于CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法。本发明基于CNC齿轮测量中心采用直接法测量双螺旋齿轮接触线进而得到其对称度误差的方法,较现有技术从齿轮加工角度来控制其对称度的方法,该方法通过研究双螺旋齿轮传动时的特点,从齿轮啮合以及齿轮在使用过程中的性能角度出发,可以实现双螺旋齿轮对称度误差的测量,对齿轮服役性能研究做出了贡献。(The invention relates to the technical field of gear measuring devices and methods, in particular to a double-helix gear symmetry degree measuring method based on a CNC gear measuring center. Compared with the method for controlling the symmetry degree of the double-helix gear by the gear processing angle in the prior art, the method for measuring the double-helix gear contact line by the CNC gear measuring center adopts a direct method to measure the double-helix gear contact line, can realize the measurement of the double-helix gear symmetry degree error by researching the characteristics of the double-helix gear during transmission and starting from the aspects of gear engagement and the performance of the gear in the using process, and makes contribution to the research of the gear service performance.)

基于CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法

技术领域：

本发明涉及齿轮测量装置和方法技术领域，具体涉及一种基于 CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法。

背景技术：

双螺旋齿轮(又称人字齿轮)，实际上相当于两个螺旋角相等而方向相反的斜齿圆柱齿轮两端面连接在一起而形成的。双螺旋齿轮两侧轮齿对称度(简称双螺旋齿轮对称度)是其特有的一项几何误差，对其抵消轴向力这一特点影响最大。双螺旋齿轮对称度是指其左、右旋齿轮理论上关于中心截面完全对称，即左、右旋齿轮两齿槽延长线交点位置应位于齿轮两定位端面的中心平面上。双螺旋齿轮对称度误差是影响齿轮副运行稳定性、产生振动、噪声和降低承载能力的主要因素。因此对双螺旋齿轮对称度的检测与评定显得尤为重要。

目前对双螺旋齿轮对称度误差的测量技术中，崔柏慧提出将两侧轮齿对称度误差转换为齿面上的点关于中心截面对称，即左、右旋齿轮两内侧(或外侧)齿面任意角度上的两对应点连线的中点应该在距离上等于公差值t，且对称于基准平面(中心截面)的两平行平面之间。这种方法存在的问题是：左、右旋齿面上对应点的高度较难控制，选择同一高度点的过程会引入误差，从而使得测量结果精确度较低；为了确定相同高度的测点，需要反复更新触测点坐标，所以测量效率较低。赵春华提出测量双螺旋齿轮左、右旋向同侧齿面螺旋线的交点相对公称位置(中心截面)的偏移误差也可评定双螺旋齿轮对称度误差。该方法是基于联机式多自由度齿轮相位检测装置，测量双螺旋齿轮齿槽对称中心线位置，实现了双螺旋齿轮左、右轮齿对称位置处齿槽对称中心线相位误差量的自动检测。进而测得双螺旋齿轮对称度误差，并在加工过程中实现误差量的自动补偿，实现对称度偏差的控制。该方法存在的问题是：只能在加工齿轮的过程中控制其对称度偏差，无法在其他设备上测量已加工完成的齿轮；控制等高位置的齿槽时需要测量多个高度值，由此会引入误差量，而且测量速度也较慢。

发明内容

本发明要提供一种基于CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法，以克服现有技术存在的在触测过程中手动找对应点时会引入偶然误差，以及从齿轮加工对刀角度出发进而控制其对称度误差，无法反应齿轮副传动时的使用性能的问题。

为达到本发明的目的，本发明给出了一种基于CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法，包括以下步骤：

1)将待测齿轮安装在齿轮测量中心的回转工作台上，启动齿轮测量中心；

2)调整测头运动至齿宽中部；

3)测头采集1号齿的左侧齿面接触线位置坐标；

4)回转工作台即θ轴方向转过一个角度后，测头继续进入齿槽，触测1号齿的右侧齿面接触线，至此第一个齿的齿面接触线测量完毕；

5)回转工台带动齿轮运动至下一个被测齿面，重复上述步骤3) 和4)，逐齿测量直至所有齿检测完毕；

6)结合待测齿轮的基本参数，计算拟合的两条直线的交点位置距离中心截面的偏差值，即为所要测量的双螺旋齿轮对称度。

上述步骤6)的具体实施方法是：

6-1)计算左旋斜齿轮齿面接触线位置坐标拟合直线AA的方程和右旋斜齿轮齿面接触线位置坐标拟合直线BB的方程；

6-2)联立上述两直线方程求其交点O的坐标，计算O点距中心平面P的偏差即为所测双螺旋齿轮单个轮齿对称度误差；

6-3)重复步骤6-1和6-2，计算所有轮齿的单个轮齿对称度误差，即可评定被测齿轮的对称度误差ΔT_h。

本发明提供的一种基于CNC齿轮测量中心采用直接法测量双螺旋齿轮接触线进而得到其对称度误差的方法，较现有技术从齿轮加工角度来控制其对称度的方法，该方法通过研究双螺旋齿轮传动时的特点，从齿轮啮合以及齿轮在使用过程中的性能角度出发，可以实现双螺旋齿轮对称度误差的测量，对齿轮服役性能研究做出了贡献。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明基于CNC齿轮测量中心实现了双螺旋齿轮对称度的自动化和高精度测量，较以往人工简易搭建平台以及手动确定对应点位置的方法，该方法实现了自动确定被测特征，提高了测量精度和测量效率，为双螺旋齿轮对称度的测量提供了一种新的途径。

2、提高测量精度和自动化程度。考虑到双螺旋齿轮传动时轴向力相互抵消，使得传动平稳、噪声小等特点。所以从齿轮啮合的角度研究其对称度的问题能更好的反映双螺旋齿轮的传动性能。

3、本发明提出了通过测量接触线位置坐标进而计算得出对称度误差的新方法，从齿轮啮合角度出发测量齿轮各齿的对称度，反映其运转一周时对称度的变化，从而得出齿轮副实际运转过程中的径向跳动量，进一步分析出齿轮副运转时振动的来源。

4、本发明从齿轮传动角度出发，为更好利用双螺旋齿轮传动的优点提供了实施方法。齿轮传动系统在工作中的振动是大部分机械装置产生噪声的源泉之一，双螺旋齿轮作为舰艇传动系统的主要构件，减振降噪有着重要的意义。

附图说明：

图1是本发明所提出的对称度定义及其误差计算的示意图；

图2是本发明所提出的对称度误差测量特征示意图；

图3是本发明的双螺旋齿轮对称度误差测量原理图；

图4是本发明的双螺旋齿轮对称度误差测量装置图；

图5是现有技术的双螺旋齿轮对称度示意图；

附图标记说明如下：

1-基圆柱2—基圆切平面3—接触线4—测头。

具体实施方式

：

现有技术中：崔柏慧提出将两侧轮齿对称度误差转换为齿面上的点关于中心截面对称，即左、右旋齿轮两内侧(或外侧)齿面任意角度上的两对应点连线的中点应该在距离上等于公差值t，且对称于基准平面(中心截面)的两平行平面之间。如图1所示，C点到中心截面的距离为ΔT_h，则对称度误差为2ΔT_h。选择三坐标测量机，以齿轮中心截面为测量基准、回转体中心为坐标系原点建立极坐标系，选择相对应的齿面，在左、右旋齿面上分别固定极半径和高度进行对应点探测，得到两点的极角偏差，通过螺旋角β换算为对称度误差，此偏差的存在就是导致齿面不对称的主要因素。

赵春华提出测量双螺旋齿轮左、右旋向同侧齿面螺旋线的交点相对公称位置(中心截面)的偏移误差也可评定双螺旋齿轮对称度误差。该方法是基于联机式多自由度齿轮相位检测装置，测量双螺旋齿轮齿槽对称中心线位置，实现了双螺旋齿轮左、右轮齿对称位置处齿槽对称中心线相位误差量的自动检测。进而测得双螺旋齿轮对称度误差，并在加工过程中实现误差量的自动补偿，实现对称度偏差的控制。数控程序控制测头进入左旋齿轮的齿槽，完成一个齿槽左、右齿面检测，根据检测数据计算出左旋齿轮齿槽对称中心平面的相位。控制测头进入对称等高位置的右旋齿槽，测量齿槽两齿面，记录右旋齿槽对称中心平面相位数据。计算两组相位误差量即可得到对称度误差。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

本发明采用的技术方案是使用CNC齿轮测量中心采用直接法测量双螺旋齿轮接触线进而得到其对称度误差，设计原理说明如下：

(1)被测特征转换与对称度定义

理论上双螺旋齿轮两侧轮齿关于中心截面对称，即左、右旋齿轮同侧齿面的接触线也关于中心截面对称，使得齿轮啮合时两侧轴向力相互抵消，传动平稳。如图5所示。双螺旋齿轮左、右旋齿轮对应侧齿面上接触线的理论交点应位于齿轮基准平面(中心截面)上，由于对称度误差，实际交点0为偏离中心截面。如图5所示，实际交点与中心截面的距离ΔT_h即为双螺旋齿轮对称度误差。

故本发明认为可将被测要素转换为测量两侧轮齿对应齿面上的接触线。计算测得的两侧轮齿同侧齿面接触线的延长线交点距离中心截面的偏差距离ΔT_h即可测得双螺旋齿轮两侧轮齿对称度误差。若所有交点距离中心截面的偏差ΔT_h均小于或等于t/2(t为公差值)，则被测齿轮符合对称度要求。

(2)测量原理与测量设备

齿轮接触线的测量方法一般为直接法。双螺旋齿轮接触线是指对理想的和不变形的相啮合轮齿齿面在瞬时点的轨迹，是位于齿轮基圆柱切平面内与基圆柱母线成基圆螺旋角β_b的直线。如果在基圆柱切平面内，某点的移动形成的直线方向与齿轮轴线成基圆螺旋角β_b，即与齿轮接触线的方向一致，则测量中该点的移动即为测头的移动。

根据上述分析，需要测量齿面上接触线的位置坐标，且需要具有多方向运动测头以及自动化程度高的检测设备，故选用CNC齿轮测量中心采用直接法测量接触线，测量原理如图3所示。以被测齿轮轴线为基准，齿轮固定不转，位于基圆柱切平面2内且与基圆柱1母线成β_b角的直线即为接触线3。使测头4沿齿面接触线逐点与齿面接触，记录测量点的实际坐标，运用同样的方法测得另一侧齿面接触线的实际坐标，计算拟合的两条直线的交点位置距离中心截面的偏差值。

(3)确定测量基准

CNC齿轮测量中心测头可以实现三个方向的运动，分别是R轴方向(齿轮径向)、T轴方向(齿轮圆周的切向)、Z轴方向(齿轮轴向)。根据被测特征和测量原理可分析出，以齿轮轴线和下端面交点为坐标原点，建立上述三个方向的空间直角坐标系即可达到测量目的。被测齿轮绕轴线的回转运动则由齿轮测量中心的回转工作台实现，记为θ轴方向。

基于上述的设计原理，本发明提供了一种基于CNC齿轮测量中心的双螺旋齿轮对称度测量方法，具体包括以下步骤：

1)将待测齿轮安装在齿轮测量中心的回转工作台上，启动齿轮测量中心。

2)调整测头运动至齿宽中部。

3)如图1，图2所示，测头首先采集左旋斜齿轮1号齿左齿面接触线位置坐标。同样，再采集右旋斜齿轮1号齿左齿面接触线位置坐标。 4)回转工作台即轴方向转过一个角度后，测头继续进入齿槽，以步骤3)的方法触测1号齿的右齿面接触线，至此1号齿的齿面接触线测量完毕。

5)回转工台带动齿轮运动至下一个被测齿面，重复上述步骤3)，4)，逐齿测量直至所有齿检测完毕。

6)计算得到双螺旋齿轮对称度：如图2所示，以其中某条接触线为例说明对称度误差计算方法，具体实施步骤如下：

6-1)计算左旋斜齿轮齿面接触线位置坐标拟合直线AA的方程和右旋斜齿轮齿面接触线位置坐标拟合直线BB的方程。

6-2)联立上述两直线方程求其交点O的坐标，计算O点距中心平面P的偏差即为所测双螺旋齿轮单个轮齿对称度误差。

6-3)重复步骤6-1和6-2，计算所有轮齿的单个轮齿对称度误差，即可评定被测齿轮的对称度误差ΔT_h。