齿轮精度理论和测量技术的发展

介绍了齿轮精度理论和齿轮测量技术的发展现状,重点探讨了由我国创新的齿轮整体误差精度理论和齿轮整体误差测量技术的发展及其在微小齿轮测量中的应用。     

国外齿轮精度标准及其保证体系

齿轮精度理论经历了几何学、运动学和动力学的演变,从而促成了齿轮精度标准的不断完善.20世纪90年代中期以前,虽然有"ISO1328-1975"齿轮精度标准,但不为主要工业国家采用,因而造成世界齿轮精度标准的不统一.1995年,融合ISO、AGMA和DIN标准精髓的"ISO1328-1:1995"的颁布,让世界齿轮行业拥有同一精度标准成为现实.十多年来,ISO推出了与齿轮精度相关的3个标准和5个技术文件,构成了渐开线圆柱齿轮精度标准及其执行保障的完整技术体系文件.美国等效采用了ISO标准,但处理方式值得借鉴.目前,ISO齿轮精度标准又进入了修订期.为确保齿轮量值传递,美国、欧洲和日本建立了各自独立完整的量值传递体系,每2～3年相互间要做齿轮样板比对实验.     

小模数齿轮单面啮合测量机的研制

小模数齿轮因几何与机械性能的限制,传统的单向驱动式单面啮合测量技术一直未能在其测量中得到应用.针对此问题,提出了"双向驱动"式单面啮合测量新原理,基于该原理研制了小模数齿轮单面啮合测量机.重点介绍齿轮单面啮合测量新原理、测量机的组成及关键技术.在结构设计方面,采用两轴系平行但不在同一端的结构布局,利用两伺服电机同步驱动实现两轴系的主动回转,通过微角度测量装置获取测量齿轮相对其轴系的微转角差,开发无线传输技术进行信号采集.在软件设计方面,基于Microsoft Visual C++6.0开发了小模数齿轮单面啮合测控软件.实际测试表明,该测量机能实现小模数齿轮的快速测量.     

大齿轮磨削加工在线检测系统对中方法分析

大型齿轮在机械行业有着广泛的应用.随着大型齿轮加工制造水平逐渐提高,同时对齿轮检测精度的要求也越来越高.传统的大型齿轮测量方法需要对齿轮进行二次或多次拆装,严重影响了齿轮加工精度,而且传统测量还存在测量精度低和测量范围小等局限性与不足,已经不能满足大型齿轮高精度制造的要求.大型齿轮在线测量方法,操作可行,且易于实现,在不影响加工的前提下保证了测量的准确性.设计了在线检测的总体方案,分析了在线测量原理和校正对中方法.该技术的应用提高了大型齿轮加工效率,保证了齿轮精度,具有一定的现实意义.     

非圆齿轮的单面啮合测量方法

以数控及光栅测量技术为基础。采用渐开线圆柱齿轮作为标准测量元件,提出了一种适用于非圆齿轮的单面啮合测量方法,该方法提高了非圆齿轮测量的准确度,保证了精度,可解决非圆齿轮检测难的问题,适合于批量生产的非圆齿轮检查与选配工作。     

齿形测量中的齿轮安装误差修正

齿轮安装误差是齿形测量中较为常见的误差来源之一,在测量过程中由于齿轮旋转使安装误差对同一齿轮的不同齿有不同影响,对同一齿面上不同测量点的影响也不同,因此不能使用简单的线性公式对安装误差进行补偿。为了解决齿轮安装误差修正问题,本文基于坐标变换原理提出了一种齿形偏心修正的方法。试验表明,应用该方法对偏心齿轮进行补偿得到的齿形质量评价结果与理论齿形相比,能保证精度在±1μm以内,消除了齿轮安装误差对齿形测量的影响,对提高齿轮测量精度具有重要意义。     

齿轮单面啮合测量技术的发展及其应用

齿轮单面啮合测量技术历经了八十多年的发展,因突出的特点而在齿轮测量中占有特殊的位置。在简述单面啮合测量原理的基础上,本文对具有代表性的两种信号处理方法(分频比相测量法、数字计数测量法)进行了详细分析,并介绍了切向综合偏差的评定方法,包括基于国标的评定和FFT评定。通过图示齿廓形状与综合偏差曲线的关系,进一步张显了单啮测量的优越性。评点单面啮合测量技术的几个应用领域和典型问题后,介绍了两种基于新的测量方法的齿轮单面啮合测量仪,最后指出了齿轮单面啮合测量技术的一个主要发展方向。     

面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位

提出了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位测量方法以提高特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的齿轮定位精度并精确确定测量仪器与被测齿轮位置与姿态的关系。根据激光跟踪仪多站位测量提供的冗余数据优化求解空间两点间共线方程,建立了特大型齿轮激光跟踪多站位测量模型。然后,提出了利用奇异值分解修正多站位测量模型解析矩阵条件数的方法。 实验结果表明,使用多站位测量模型求得的不同站位待测点间距离的标准差的均值为0.008 mm,明显小于直接在不同站位下测量的标准差均值0.024 mm,表明多站位测量模型具有良好精度控制效果。本文的研究提高了齿轮定位时所需测量点的三维测量精度,为特大型齿轮激光跟踪多站位测量系统建立齿轮坐标模型提供了可靠的数据来源。     

渐开线测量蜗杆误差补偿原理的研究

齿轮整体误差测量的实质是在测量蜗杆与被测齿轮单面啮合的基础上,对齿轮转角变异进行检测而获取误差信息。测量蜗杆的误差成为影响齿轮整体误差测量精度的关键因素。提出在测量蜗杆制造精度一定的前提下,对其误差进行补偿,成为解决问题的关键。以圆矢量函数为工具,推出了误差条件下的渐开螺旋面方程,并以啮合线为媒介,建立了测量蜗杆误差补偿的数学模型。     

浅析齿轮精度检测

齿轮是机械传动中的重要零部件,制造精度要求高.文中重点介绍了齿轮使用中的相关要求,以及齿轮制造中的检测要求,并对常用的齿轮精度测量设备进行了分类介绍.     

锥齿轮测量新方法的误差分析

针对作者提出的一种新测量方法——通过一种特殊测量齿轮和被测量齿轮啮合来测量齿轮的误差，分析了由于该特殊测量齿轮而引起的测量系统误差，并对其进行补偿；同时针对该测量方法提出了新的误差表示方法——把误差表示为实际齿轮齿面上的点相对于理论齿面上的点的法向偏移量，该方法所表示的误差包含了锥齿轮所有误差信息。实验证明了该方法的可靠性。     

牙嵌齿轮热精锻新工艺研究

提出牙嵌齿轮热精锻成形新工艺和最佳毛坯形状,使牙嵌齿轮精锻易于成形;给出了牙嵌齿轮热精锻成形的实用模具结构,该模具采用强力脱模装置,使锻件在锻击结束瞬间可以立即脱离凸模,解决了锻件将凸模抱死的关键技术问题.     

齿轮测量仪器的动态设计方法及其应用

为了解决目前齿轮量仪中由于动态性能不足而严重影响测量结果的稳定性、可靠性和精确性的问题,对齿轮测量仪器的动态设计方法展开研究,提出利用有限元分析与实验模态分析技术相结合的动态设计方法。首先,研究了动态分析的理论基础、有限元分析的基本步骤和实验模态分析的基本原理;接着,以某齿轮快速检测仪为例,对其进行了有限元分析与实验模态分析;然后,在该齿轮快速检测仪上进行测量实验,即采用不同精度的齿轮,在不同的速度下进行测试;最后,分析了测量实验中存在振动扰动以及测量过程中振动的变化情况。实验结果表明,有限元分析法可以在设计阶段有效的提高仪器的动态性能,从根本上提高仪器的动态性能指标。实验模态分析方法可以在仪器制造以后准确的获得仪器的实际动态性能指标,可以有效地进行最佳工作转速选择,进一步提升仪器的使用性能。通过测量实验,验证了有限元分析和实验模态分析的正确,为齿轮提高齿轮量仪的动态精度提供了一种方法,为量仪的合理使用提供了一条确实可行的途径。     

基于全齿廓信息的齿距偏差快速测量方法

齿距偏差直接影响齿轮传动的性能,一直是最受重视的齿轮精度指标之一。如何快速、准确地获取中等精度齿轮的齿距偏差是汽车齿轮行业亟待解决的关键问题,但传统方法存在测量效率低、重复性差等不足。所提方法采用齿廓偏差曲线的全部信息作为齿距偏差的评价依据,采用统计分析方法定义和计算齿距评价新指标,克服了传统方法使用小样本和极值法进行齿距偏差评价的不足。所提方法可充分利用齿轮测量数据,具有评价指标值对随机误差不敏感、重复测量结果一致性好、评价结果与齿轮实际使用性能之间相关性更加紧密的特点。在汽车齿轮快速测量机上通过实际测量实验验证了新方法的使用效果,齿距测量速度高达0.3 s/齿面时仍具有很高的重复测量精度。     

准双曲面齿轮冷摆辗加工新方法及其数值模拟

针对目前准双曲面齿轮冷摆辗技术存在模具结构复杂、摆辗力相对较大等问题,提出了一种新型的冷摆辗方法。该方法简化了模具结构,采用局部线接触连续塑性成形。基于刚塑性有限元法基本理论,借助通用三维有限元软件DEFORM-3D对准双曲齿轮摆辗成形全过程进行了三维动态分析,研究了速度场量、接触区以及模具受力的分布和变化规律。研究结果揭示了准双曲面齿轮冷摆辗的变形规律。     

非圆齿轮齿面加工余量匀化工艺研究与实现

针对非圆齿轮加工中,由齿坯节曲线曲率变化所引起的分次进刀过程中齿面加工余量分布不均的问题,提出一种匀化非圆齿轮齿面加工余量的工艺方法。以非圆齿轮插削工艺为研究对象,基于插齿加工原理,对齿面加工余量分布不均的成因进行了分析;在此基础上建立了非圆齿轮匀化工艺插削联动模型,通过实时调整插刀与齿坯的几何位置关系,实现了非圆齿轮齿面加工余量的匀化;开发了非圆齿轮插齿CAM系统,利用CAM系统对齿面加工余量匀化工艺进行了仿真验证,仿真结果表明,所提工艺方法正确、可行;将匀化工艺集成到自主开发的齿轮加工数控系统中,进行了非圆齿轮插削加工试验,试验结果表明,所提工艺方法能够有效匀化齿面加工余量;对加工出的非圆齿轮齿面进行了三维形貌检测,检测结果表明,所提工艺方法能够显著提高非圆齿轮的加工精度与表面质量。     

非圆齿轮CAD/CAM及加工模拟

在非圆齿轮基本理论的基础上,提出利用3次B样条和双圆弧二次逼近法分段拟合非圆齿轮的节曲线及整个齿形轮廓,具有较高的计算精度,使所获得的齿形误差较小,并基于Visual C++编程语言和OpenGL图形交互技术开发了非圆齿轮的CAD/CAM系统。最后,系统根据自动计算所得的齿形数据,进行了线切割加工刀具轨迹模拟并生成加工代码,从而验证了理论的可行性,也为非圆齿轮的设计提供了一种可靠有效的研究方法,有其实际意义。     

非圆齿轮加工中刀具齿根与轮齿齿顶干涉分析

对用渐开线圆柱齿轮插齿刀具加工非圆齿轮时产生的刀具齿根与轮齿齿顶的干涉问题进行了分析，提出了以非圆齿轮的节曲线最小曲率半径为计算基准，将非圆齿轮等效成具有相应节风景区线曲率半径的渐开线圆柱齿轮进行分析刀具齿根与轮齿齿顶干涉问题的方法，提出通过改变插齿刀的基本参数来避免干涉的方法，这种方法既可以避免刀具的齿根与非圆齿轮的齿顶的干涉，又不会引起其它的干涉现象产生，是解决非圆齿轮加工中产生干涉问题的有效方法。     

大齿轮在机测量关键技术分析

分析了国内外大齿轮测量技术现状，论述了在机测量的优越性及可行性，阐明了在机测量大齿轮齿形、齿向、齿距误差的关键技术。     

直齿圆柱渐开线齿轮影像测量的图像处理技术

介绍了利用数字图像处理技术实现直齿圆柱渐开线齿轮影像测量的方法和步骤。首先,通过影像仪的CCD传感器采集齿轮图像;然后,滤除图像中的噪声信号,利用Zernike矩提取齿轮边缘,对边缘图像齿廓上的点采样,并通过渐开线拟合确定齿轮的基圆半径;最后,得出齿轮的其他几何参数。测量实例表明,该测量系统的测量精度和检测速度可以满足生产要求。