齒輪整體誤差測量中評定區(qū)域界點(diǎn)的一種精確確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在齒輪整體誤差測量曲線上精確確定評定區(qū)域界點(diǎn)的方法，屬于精密測試技術(shù)及儀器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪整體誤差測量技術(shù)是由我國科技人員在1970年代初首創(chuàng)的，該技術(shù)可以從齒輪整體誤差曲線中提取出齒輪的各個(gè)單項(xiàng)誤差和綜合誤差，解決了如何在一臺齒輪測量儀器上獲取全部齒輪誤差信息的難題。齒輪整體誤差測量方法也稱為傳動元件的運(yùn)動幾何測量法，其基本思想是將被測齒輪作為一個(gè)剛性的傳動元件，通過測量被測齒輪與另一標(biāo)準(zhǔn)元件作嚙合運(yùn)動時(shí)的傳動誤差來獲取被測齒輪的誤差。由我國自行研制的基于齒輪整體誤差測量技術(shù)的齒輪精密測量儀器如成都工具所生產(chǎn)的CZ-450等在1990年代在我國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，對我國齒輪加工行業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，CZ-450型儀器曾獲得國家發(fā)明二等獎(jiǎng)。基于整體誤差的齒輪測量技術(shù)相關(guān)專利曾被齒輪領(lǐng)域著名的德國克林貝格公司出資購買。
[0003]整體誤差技術(shù)具有獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。第一，整體誤差曲線形象地反映了齒輪嚙合傳動過程，精確地揭示了齒輪各個(gè)單項(xiàng)誤差的變化規(guī)律以及誤差間的相互關(guān)系，特別適合于齒輪的工藝誤差分析和動態(tài)性能預(yù)報(bào)。第二，采用這種方法的儀器具有測量效率高、測量信息豐富、測量過程更接近使用狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。第三，儀器對環(huán)境條件要求不高，特別適用于大批量生產(chǎn)的齒輪產(chǎn)品的精度檢測和質(zhì)量控制?？傊?，在目前的汽車齒輪要求100%全部檢測的趨勢下，對齒輪整體誤差測量技術(shù)的研宄既有理論價(jià)值，又具有很大的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]為了滿足整體誤差測量技術(shù)要求的重合度小于1的條件，現(xiàn)有的齒輪整體誤差測量儀器所采用的測量標(biāo)準(zhǔn)元件均為跳牙標(biāo)準(zhǔn)蝸桿或跳牙標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其中以跳牙標(biāo)準(zhǔn)蝸桿最為常用。跳牙標(biāo)準(zhǔn)蝸桿本質(zhì)上是多頭測量蝸桿，通常采用雙頭或三頭，只保留其中一個(gè)頭的兩側(cè)面作為工作齒面，把其余頭的齒面都予以磨薄。保留的工作齒面稱為測量齒面，經(jīng)過磨薄處理的齒面稱為傳動齒面。
[0005]齒輪整體誤差測量的基本原理是測量標(biāo)準(zhǔn)元件的測量齒面與被測齒輪的被測齒面進(jìn)行嚙合傳動，測量齒面與被測齒面之間保持點(diǎn)接觸，在此過程中記錄傳動誤差曲線。但是，由于整體誤差測量時(shí)重合度小于1，實(shí)際嚙合點(diǎn)的位置會擴(kuò)展到理論嚙合線以外，因此測量齒面驅(qū)動被測齒面旋轉(zhuǎn)的完整過程可分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段是被測齒輪的齒頂在測量齒面上進(jìn)行刮行的階段，實(shí)際接觸點(diǎn)在被測齒輪的齒頂上，這是一個(gè)過渡階段，稱為嚙入階段；第二個(gè)階段是測量齒面的漸開線齒廓和被測齒輪的漸開線齒廓進(jìn)行嚙合的階段，實(shí)際接觸點(diǎn)位置從被測齒面的齒頂逐漸滑動到被測齒面齒根部位，這個(gè)階段稱為漸開線嚙合階段；第三個(gè)階段是測量齒面的齒頂在被測齒面的齒根部位進(jìn)行刮行的階段，實(shí)際接觸點(diǎn)在測量標(biāo)準(zhǔn)元件的齒頂上，這也是一個(gè)過渡階段，稱為嚙出階段。圖1所示為這三個(gè)階段的測量齒面和被測齒面之間的位置關(guān)系的示意圖，圖1中跳牙標(biāo)準(zhǔn)蝸桿的齒廓以齒條的直廓代替。
[0006]圖1也說明了整體誤差單元曲線的形成過程。圖1下方所示即為整體誤差曲線的單元曲線。整體誤差曲線的單元曲線由對應(yīng)嚙入階段的一段上升曲線、對應(yīng)漸開線嚙合階段的接近水平的曲線和對應(yīng)嚙出階段的一段下降曲線共同組成。
[0007]由理論分析法得到的整體誤差單元曲線稱為理論單元曲線，如圖1下方所示即為一條理論單元曲線。由實(shí)際測量得到的整體誤差單元曲線稱為實(shí)測單元曲線，如圖2和圖3所示。圖2所示為一條實(shí)測得到的整體誤差曲線，是由多個(gè)實(shí)測單元曲線組成的。圖3所示為這條整體誤差曲線上局部的實(shí)測單元曲線。
[0008]整體誤差曲線上的齒距角指被測齒輪的一個(gè)單元在曲線上占據(jù)的角度范圍，計(jì)算方法為齒距角0 = (360度X蝸桿齒數(shù))/齒輪齒數(shù)，如圖3所示。
[0009]要從實(shí)測的整體誤差曲線獲得齒輪的各個(gè)單項(xiàng)誤差和綜合誤差，必須首先確定實(shí)測單元曲線上漸開線階段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，這兩點(diǎn)也合稱為評定區(qū)域界點(diǎn)。經(jīng)過理論分析可知，如圖1所示，漸開線階段的起點(diǎn)A2點(diǎn)和終點(diǎn)A1點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)P之間存在確定的函數(shù)關(guān)系，即只要確定三者之中任何一點(diǎn)在實(shí)測整體誤差單元曲線上的位置，則評定區(qū)域界點(diǎn)的對應(yīng)位置都可以計(jì)算得到。因此，本文采用確定實(shí)測整體誤差單元曲線的原點(diǎn)的方法來確定齒輪整體誤差測量中評定區(qū)域界點(diǎn)。整體誤差單元曲線的原點(diǎn)定義為當(dāng)測量齒面和被測齒面的實(shí)際接觸點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)P重合時(shí)，被測齒輪所處的角位置。在整體誤差理論單元曲線上，規(guī)定其原點(diǎn)處的橫坐標(biāo)即齒輪轉(zhuǎn)角為0。只要確定了實(shí)測單元曲線上原點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)，則實(shí)測單元曲線上各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的被測齒面上的實(shí)際位置就可以確定了，進(jìn)而就可以計(jì)算得到被測齒廓上各點(diǎn)處的誤差值。
[0010]由上述分析可見，從整體誤差曲線獲得的齒輪各個(gè)單項(xiàng)誤差和綜合誤差的精度在很大程度上受到整體誤差單元曲線的評定區(qū)域界點(diǎn)確定精度的影響。傳統(tǒng)的確定整體誤差單元曲線的評定區(qū)域界點(diǎn)的方法有“棱面曲線擬合法”和“互相關(guān)函數(shù)法”。梭面嚙合曲線擬合法就是先算出理論的整體誤差單元曲線，然后將其和實(shí)測單元曲線相擬合，從而找定漸開線階段的起止點(diǎn)?；ハ嚓P(guān)函數(shù)法也是先算出理論的整體誤差單元曲線，然后計(jì)算理論單元曲線和實(shí)測整體誤差曲線的互相關(guān)函數(shù)曲線，以互相關(guān)函數(shù)的極值點(diǎn)為依據(jù)確定實(shí)測整體誤差單元曲線上的漸開線階段的起點(diǎn)。這兩種方法都實(shí)現(xiàn)了漸開線階段起止點(diǎn)的自動確定，在一定程度上推動了整體誤差測量技術(shù)的進(jìn)步。但從使用效果上看，這些傳統(tǒng)方法的漸開線起點(diǎn)的確定精度對齒輪精密測量來說都還有所不足。為了進(jìn)一步提高整體誤差曲線評定區(qū)域界點(diǎn)的確定精度，通過分析傳統(tǒng)方法的誤差來源，提出了本發(fā)明的齒輪整體誤差測量中評定區(qū)域界點(diǎn)的一種精確確定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提出了一種齒輪整體誤差單元曲線的評定區(qū)域界點(diǎn)的確定方法，該方法通過對整體誤差單元曲線的嚙入和嚙出這兩個(gè)過渡階段的曲線位置分析，實(shí)現(xiàn)了對整體誤差單元曲線原點(diǎn)的精確計(jì)算，從而精確確定了整體誤差單元曲線的評定區(qū)域界點(diǎn)。
[0012]實(shí)際齒輪由于加工誤差、安裝誤差、測量誤差的存在，測量得到的實(shí)際整體誤差單元曲線的形狀總會偏離理論單元曲線的形狀。因而在確定實(shí)測曲線的原點(diǎn)位置時(shí)，必須考慮誤差對曲線形狀的影響。通過對整體誤差曲線的深入研宄發(fā)現(xiàn)，同樣的誤差量對整體誤差曲線在橫坐標(biāo)方向和縱坐標(biāo)方向的影響是完全不同的。在整體誤差曲線上，橫坐標(biāo)是被測齒輪轉(zhuǎn)過的角度，單位是度；縱坐標(biāo)是被測齒面的誤差，單位是微米。以模數(shù)m = 3，齒數(shù)z = 40的被測齒輪為例，假如齒面上分度圓附近出現(xiàn)了 10個(gè)微米的誤差，那么對應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)會變化10個(gè)微米，約占圖2縱坐標(biāo)范圍的12% ;而對應(yīng)點(diǎn)的橫坐標(biāo)的變化量的僅為約
0.0095度，約占圖2橫坐標(biāo)范圍的0.002%，兩個(gè)比例之間相差約6000倍。但是，傳統(tǒng)的方法包括“棱面曲線擬合法”和“互相關(guān)函數(shù)法”在進(jìn)行曲線擬合和互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算時(shí)，均忽視了同樣的誤差引起的縱橫坐標(biāo)的變化間存在巨大差異這個(gè)重要的原理，導(dǎo)致了單元曲線上漸開線階段起點(diǎn)位置確定的精度不高。
[0013]以上分析表明，同樣的誤差值對單元曲線的漸開線階段的形狀影響巨大，而對嚙入和嚙出階段的影響很小，因此本發(fā)明在確定單元曲線的原點(diǎn)時(shí)，以嚙入段和嚙出段這兩個(gè)過渡階段的數(shù)據(jù)作為主要依據(jù)。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的方法的效果非常好。
[0014]本發(fā)明的整體誤差單元曲線的原點(diǎn)確定方法的步驟如下:
[0015]步驟一:對測量得到的實(shí)際整體誤差曲線使用截止波長為1倍?2倍的被測齒輪的齒距角的高通濾波器進(jìn)行濾波，以消除齒輪偏心誤差的影響；
[0016]步驟二:根據(jù)經(jīng)高通濾波的實(shí)測整體誤差曲線，獲得實(shí)測單元曲線的總高度，取這個(gè)總高度的50?90%為偏置常數(shù)，一般取70% ；
[0017]步驟三:針對被測齒輪和標(biāo)準(zhǔn)元件的實(shí)際參數(shù)即齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒頂高和齒根高，計(jì)算出理論的齒輪整體誤差單元曲線，得到單元曲線上漸開線階段的角度范圍；
[0018]步驟四:按照步驟二得到的偏置常數(shù)，在理論單元曲線上距離單元頂部一倍偏置常數(shù)處作一條平行于橫軸的水平線