齒輪測量技術(shù)新進展
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準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面的測量
準(zhǔn)雙曲面齒輪的齒面形狀是復(fù)雜的三元形狀，它由準(zhǔn)雙曲面齒輪制造商提供的參數(shù)而確定、用計算機計算得到。通常情況下，用計算得到的切齒機的調(diào)整參數(shù)作為切齒齒面三維坐標(biāo)的測量基準(zhǔn)，在三維坐標(biāo)機上按圖4左所示的格子點的位置上進行測量。
在大阪精機生產(chǎn)的準(zhǔn)雙曲面齒輪測量儀(HYB-35)上測量大齒輪時，和其它測量儀器一樣，將依據(jù)機床的安裝調(diào)整參數(shù)而建立的幾何齒面作為基準(zhǔn)值；而對與大齒輪相嚙合的小齒輪，則以和大齒輪齒面共軛的齒面作為基準(zhǔn)。這樣就可能通過測量來證實齒輪副是否處于理想嚙合狀態(tài)。在同一臺儀器上，用三維測量儀測量不同的離散點(測量點)，就能如測量漸開線齒輪一樣，從齒輪的一個端面到另一個端面，沿不同的測量軌跡測量不同的齒形和齒向(圖4右)。這樣就可測量到齒面上的凹凸、研磨留下的臺階突跳及齒輪端部的飛邊毛刺等。如圖5所示，對齒形和齒向進行測量，就可以采用與漸開線齒輪相同的方法來對準(zhǔn)雙曲面齒輪的質(zhì)量實施管理。
圖4 準(zhǔn)雙曲面齒輪測量方法的比較
圖5 HyB-35齒面測量圖案
作為齒輪性能分析的實例，基于上述采用準(zhǔn)雙曲面齒輪測量儀的齒面測量結(jié)果進行嚙合模擬仿真的相關(guān)技術(shù)介紹如下。
在該仿真中，基于準(zhǔn)雙曲面齒輪副的齒面測量數(shù)據(jù)，是相對于大齒輪理論齒面的誤差和相對于小齒輪齒面的共軛齒面的誤差二者合成的結(jié)果，是求出的齒輪副總的齒面誤差——稱其為相對齒面誤差。然后再求出嚙合瞬間接觸點的軌跡。在嚙合區(qū)的一個齒距內(nèi)，按照各個接觸點周圍5μm嚙合間隙范圍來預(yù)測齒面的接觸形狀。進而求出基于相對誤差的回轉(zhuǎn)傳動誤差(運動誤差)。利用富里哀變換，可求得傳動誤差的1～6次嚙合諧波分量。
圖6為仿真結(jié)果。利用該技術(shù)就有可能用實測值來進行仿真，而以往僅依據(jù)理論齒面數(shù)據(jù)是無法做到的。
圖6 準(zhǔn)雙曲面齒輪的性能預(yù)測
單面嚙合齒形測量法
德國FRENCO公司的齒輪嚙合掃描測量法，如圖7所示。通常，中間為被測齒輪，兩側(cè)配置測量齒輪(齒形測量齒輪和齒向測量齒輪)進行單面嚙合測量。測量齒輪的齒面經(jīng)特殊處理，使它在限定范圍內(nèi)進行嚙合，從其嚙合誤差數(shù)據(jù)中得到圖8所示的齒面誤差拓樸圖。其測量齒輪的制作需要極高的制造技術(shù)。
圖7 齒輪嚙合掃描測量
圖8 齒輪嚙合掃描測量得到的齒面誤差拓樸圖
AMTEC公司發(fā)表了采用激光全息技術(shù)進行齒輪非接觸測量的方法。在該裝置上采用了圖9所示的CONO光學(xué)傳感器測頭。齒輪回轉(zhuǎn)時，根據(jù)測頭位置的變化，可以測出齒輪的截面形狀。圖10表示采用該方法和現(xiàn)有的觸針式測量方法，它們的測量結(jié)果是相一致的。非接觸測量既不會劃傷齒面，又不會因測力而使齒面產(chǎn)生彎曲變形。
圖9 CONO干涉測頭
圖10 齒輪測量比較
圖11是大阪精機公司開發(fā)的、利用激光全息法對齒輪全齒面進行測量的裝置構(gòu)成圖。圖12為齒面形狀測量結(jié)果。該方法能夠一次測出全齒面的形狀誤差，但是全齒面的反射光會受到其它齒的干涉，而感光元件必須要能感受到反射光才行。因而它不能測量大螺角齒輪。
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