[发明专利]一种齿轮整体误差的高效测量元件、装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮整体误差高效测量的组合测量元件、测量装置及测量方法，属于精密测试技术及仪器、机械传动技术领域。

背景技术

齿轮整体误差测量方法是由我国科技人员在1970年代初首创的，该方法可以从齿轮整体误差曲线中提取齿轮的各个单项误差和综合误差信息。该方法的出现解决了齿轮测量领域中的如何在一台仪器上快速获取齿轮全部误差信息的难题。经过30多年的完善与推广，齿轮整体误差测量方法在我国已发展成为传动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，通过测量啮合运动误差来反求被测齿轮的误差。

整体误差曲线形象地反映了齿轮啮合传动过程，精确地揭示了齿轮各个单项误差的变化规律以及误差间的相互关系，特别适合于齿轮的工艺误差分析和动态性能预报。

采用这种方法的仪器具有测量效率高、测量信息丰富、测量过程更接近使用状态的优点，加之仪器对环境条件要求不高，特别适用于大批量生产的齿轮产品的精度检测和质量控制。在汽车齿轮要求100%全部检测的趋势下，齿轮整体误差测量方法具有特别价值。

现有的齿轮整体误差测量仪器根据所采用的测量标准元件的不同，可以分为蜗杆式齿轮整体误差测量仪和齿轮式整体误差测量仪。国内基于该技术的测量仪器有成都工具研究所开发的CZ450型（蜗杆式）齿轮整体误差测量仪、CZW50型（齿轮式）微小齿轮测量仪等。在国外，德国French公司近年推向市场的齿轮啮合滚动点扫描测量仪器采用了类同的技术。其中，蜗杆式齿轮整体误差测量仪发展比较成熟，CZ450型仪器曾获得国家发明二等奖。

为了满足整体误差测量技术要求的重合度小于1的条件，现有的齿轮整体误差测量仪器所采用的测量标准元件均为跳牙标准蜗杆或跳牙标准齿轮。所谓跳牙蜗杆即经过“跳牙”处理的多头测量蜗杆，通常采用双头或三头蜗杆，只留一个头作为工作齿面，其余头的齿面都予以磨薄。而跳牙测量齿轮的几何特点可简单地概括为：在轮齿部分，每间隔几个齿（1个、2个或更多个)，才有一个正常尺寸的齿，由它来起到测量作用；而作为间隔的轮齿的齿厚都被切薄，它们不参与测量，仅仅在测量时起传动作用。

在现有的基于跳牙测量原理的齿轮整体误差测量仪器中，被测齿轮都要转过多圈才能测得全部齿面的误差数据。对于蜗杆式齿轮整体误差测量仪来说，如果采用双头跳牙测量蜗杆，则被测齿轮至少要转过二圈才能完成一侧齿面的测量；如果采用三头跳牙测量蜗杆，则被测齿轮至少要转过三圈才能完成一侧齿面的测量。对于齿轮式齿轮整体误差测量仪来说，如果可用于测量的两个正常齿之间间隔了n个减薄的齿，则被测齿轮需要旋转至少（n+1）圈才能完成一侧齿面的测量。实践中一般都需要测量双侧齿面，这样被测齿轮旋转的圈数还要加倍。对于大批量生产的汽车齿轮，要想在现场完成产品的100%检测，就必须提高检测效率，而作为一种精密测量，齿轮测量过程中被测齿轮的转速非常有限，使用跳牙测量元件时被测齿轮需要旋转的圈数过多成为限制齿轮整体误差测量仪器效率的一个关键问题。

发明内容

本发明克服了现有的齿轮整体误差测量中被测齿轮必须旋转两圈或两圈以上才能完成一侧齿面测量的缺陷，提出了一种齿轮整体误差的组合测量元件及相应的测量装置和测量方法，利用本发明，被测齿轮只需旋转一圈就可完成对一侧齿面的测量。在测量过程中，在被测齿轮转速相同的条件下，采用本发明的测量方法后测量时间可以缩短一倍以上。同时，本发明不再使用测量蜗杆作为标准测量元件，克服了传统蜗杆式齿轮整体误差测量仪中高精度的测量蜗杆制造困难的问题，克服了蜗杆式齿轮整体误差测量仪在测量斜齿轮时测得的是法向啮合齿形，和国际上习惯的端面齿形不统一的问题，以及蜗杆式齿轮整体误差测量仪测量范围小的缺点。

本发明针对现有齿轮整体误差测量方法的缺陷，进行原理创新，基本思想是：齿轮整体误差理论从诞生伊始，就一直沿用跳牙测量元件，原因是整体误差测量原理要求测量元件和被测齿轮之间在啮合测量过程中的重合度必须小于1，这样才能分清楚运动误差是由哪个齿面产生的。为了满足重合度小于1这个先决条件，曾经采用的方法包括跳牙蜗杆、跳牙齿轮、增大齿距的齿轮、采用测球模拟增大齿距的齿轮、单齿齿轮等，但这些测量元件无一例外都是齿距固定的测量元件。而本发明提出的组合测量元件，其相邻齿距是可变的，这样就打破了原有的固定思维，在重合度不小于1的条件下仍旧能够区分不同被测齿面的误差，实现了齿轮整体误差测量方法的原理创新。

本发明采用如下技术方案：