CN102216726A - 渐开线齿轮齿廓测量方法 - Google Patents

Abstract

提出一种渐开线齿廓测量的新方法，它不同于基圆法，并能在不增加齿廓测量仪尺寸大小和不增加仪器重心位移量的状态下，对超大齿轮进行测量。通过对于在被测齿轮绕自身轴线回转时对θ轴的联动控制，对测头相对于齿轮轴线移动的X轴的联动控制，和对测头在垂直于X轴的Y轴上运动的联动控制，从而使测头沿着一条作用线运动来实现对渐开线齿廓的测量。

Description

渐开线齿轮齿廓测量方法

技术领域

本发明是关于渐开线齿轮齿廓(以下简称为齿轮)的测量方法，该发明涉及到一种新的测量齿轮齿廓的新方法，它不同于传统的基圆盘方法、可调节基圆盘方法及计算机数字控制(CNC)方法，这些方法已经用于齿廓测量。

背景技术

齿轮齿廓测量通常采用基圆盘方法、可调节基圆盘方法或计算机数字控制的CNC方法(这里所涉及的测量方法都属于后面提及的基圆法)。基圆法的测量原理是使一直尺和基圆盘产生滚动接触，与此同时，用在直尺上的测头来跟踪测量安装在基圆盘上的被测齿轮的轮齿齿廓。

在已知的采用基圆法来测量齿廓的测量仪中，以日本未验证的专利No.9-5009号为例(特别是其0016章节和图3及图5)，介绍了一台装有回转机构和一个直线驱动机构的仪器，用来测量螺旋齿轮(斜齿轮)的齿廓，该回转机构用于转动被测齿轮，并使它绕着齿轮轴(文中称为中心轴)转动一个预置的控制量；该直线驱动机构则按照一个预置控制量，在平行于齿轮轴的垂直方向(Z方向)和垂直于轴线的平面上的二个正交方向(X和Y方向)这总共3个方向中的至少二个方向上也同步运动。这样，该机构就能沿着一条瞬时接触线或在啮合方向上，直接检测到齿轮齿廓形状误差。

在已知的未采用基圆法来测量齿廓的方法中，以日本的未验证专利No.9-264738号为例(特别是其0009和0011章节及图6)，有一种称之为‘跟踪控制法’，即测头沿X轴移动，与此同时被测齿轮绕其自身轴线联动回转(文中称为A轴)。这样，测头能在自动沿着齿廓方向运动的同时保持与被测齿面接触，从而完成齿廓测量；而不用像采用基圆系统的齿轮齿廓测量仪那样，必须在X、Y、Z和θ轴上安装有各自的线性位移传感器。

发明内容

本发明要解决的问题

在上述的基圆法测量时，安装在直尺上的测头，沿着被测齿轮的切线、平行于Y轴并朝着离开Y轴中心的方向上运动。因此在测量超大齿轮的齿廓时，例如测量直径大于2m的齿轮时，测量区域就会与Y轴的中心离开一段距离。值得特别指出的是，在实施左右齿廓测量、而不重新装调齿轮的情况下，测量仪的Y轴必须加长，这就增加了测量仪器的尺寸。

进而，为了测量一个大的直齿齿轮的齿廓而采用上述基圆法时，必须将装有测头的测量立柱移至一个远离Y轴中心的位置上，这样就会因为测量仪器重心位置的变动造成测量精度的下降。

此外，采用基圆法测量内齿轮时要采用专用测头，并需离开Y轴的中心一个(加大)正距离；在测量左右齿面而不重新安置齿轮时，则需要重新调整测头位置。这是件很麻烦的事。

由于采用了基圆法，前述文献No.9-5009号所述的测量仪器就会存在这些问题。

另外一方面，按照文献No.9-264738号的测量方案，在测头与被测齿面保持接触、并沿着齿廓方向运动时，测头与被测齿面的接触角要发生变化，这就需要对接触角进行修正计算；但是即使采用修正计算，也不能获得所期待的精度。这个测量方法(跟踪控制法)至今很少采用。

本发明的目的就是要克服基于基圆法测量的不足之处，提供一种全新的齿轮齿廓测量方法，它将不同于通常采用的基圆法。

解决问题的途径

为了解决上述问题，本发明的第一部分提出了一种测量渐开线齿廓的方法，即在联动控制θ轴使被测齿轮绕轴转动的同时，同步控制X轴使测头走近或离开齿轮轴、控制Y轴使测头沿着垂直X轴的方向运动。

次之，本发明提供了一种测量渐开线齿廓的方法，即测头沿着作用线来实现齿廓的测量。

本发明的效果

采用基圆法测量时，齿廓的测量是在二个轴(Y和θ轴)同时控制下完成的；相反，如发明第一部分所述，本方法齿廓测量是在三个轴(X、Y、θ轴)同时控制下实现的。测头沿着Y轴移动的距离比起基圆法测量时应该要短，因而Y轴就能比基圆法情况下缩短，从而测量仪的尺寸就可减少。此外测头立柱的移动距离也能缩短，这样测量仪器中心的位移就能尽量减少，而因重心移动所造成的测量精度损失也就能尽量减少。另外，测头沿Y轴移动距离的减少缩短，也降低了测量时间。此外，XY轴的联动控制，可以将XY视为空间坐标，这样其所需的移动精度可以不像基圆法那样高。

基圆法测量是这样来进行的：将测头沿着被测齿轮基圆的切线、平行于Y轴并按照离开Y轴中心的方向运动；相反，根据本发明第二内容，本方法测量时，测头沿着作用线运动，因而测头沿Y轴的中心区域移动就能进行测量。其结果就是在测量左右齿面时，测头基本上就在相同的Y轴中心区域内移动即可完成测量。

根据发明第二部份，采用本方法测量时，测头在Y轴的中心区域移动就能完成测量。其结果是测量内齿轮时不再需要专用测头，测量左右齿面时也不用重新装调测头。

另外，根据本发明的第二个内容，由于测头与被测齿轮齿面的接触角是常数，所以也就不需要进行接触角修正。

附图说明

图1是齿廓测量仪的透视图；

图2是本发明齿廓测量方法中测头运动的平面示图；其中图2(a)表示了测量起始的状态，图2(b)显示了测量中间的状况，图2(c)表示测量终结的状态；

图3是对本发明齿廓测量方法的测量原理的说明；其中图3(a)显示了测量外齿轮右齿面的状况，图3(b)显示了测量外齿轮左齿面的状况；

图4说明基于基圆法测量齿廓的原理，显示的是测量外齿轮的状况；

图5说明本发明测量齿廓方法的测量原理，图示中图5(a)显示了测量内齿轮右齿面的情况，图5(b)显示了测量内齿轮左齿面的情况；

图6说明采用基圆法测量齿廓的原理，显示了测量内齿轮的情况。

具体实施方式

首先简要介绍导致本发明的基本考虑。主要考虑到诸如用在水电站的超大型齿轮齿廓测量的需求。发明者具有曾采用基圆法来测量超大齿轮的经历，然而他认为采用这种方法来测量超大型齿轮齿廓是很困难的，因为需要开发大尺寸规格的测量机；而且即使开发出了这种大型测量机，由于测量机重心的变化将使其测量精度变差。

基圆法适用于测量渐开线齿廓。人们普遍认为测量时测头必须平行于Y轴移动，换言之，在测量过程中如果不固定X轴则测量精度将受影响。与此相反，发明者认为渐开线齿轮的轮齿是在滚刀和被滚切齿轮间同步(联动)转动的情况下滚切而成。渐开线齿廓的生成是滚刀切削点沿齿轮作用线移动而成的。从这个观点，发明者认识到可以通过将测头沿着作用线移动来测量齿廓，故获得了此发明。尤其值得一提的是，本发明反驳了人们普遍的认识——即必须、也只有在二轴(X和θ轴)联动控制、测头平行于Y轴移动的情况下，才可能实现齿廓测量的这种想法；而实现了一种在三轴(X、Y和θ轴)同时联动控制下，使测头沿着作用线移动而完成齿廓测量的一种全新测量方法。

下面参照图来具体介绍本发明。图1是齿廓测量仪的简图，用来解释本发明的测量齿廓新方法。

如图1所示，渐开线齿廓测量仪1由被测齿轮G回转轴θ轴，测头2沿相对于齿轮轴心移动距离的X轴(径向-译者)，测头2与X轴垂直方向上移动的Y轴，测头2沿平行于θ轴(即垂直轴)方向移动的Z轴等所组成。具有至少4个轴的齿廓测量仪就足够能用来实现齿轮的测量。举例来说，如果是一台CNC齿廓测量仪，则本发明的齿轮齿廓测量方法就能够在其上实现对齿廓的测量。这时，通过对于第4轴的控制，移动测头2沿着作用线运动即可。

图2是一组平面图用来表示在本发明的齿廓测量新方法中，测头的运动状况。图2(a)显示测头测量初始状态，图2(b)是测量中间的状态，图2(c)是测量终结时的状态。图中B表示基圆，S为分度圆。

如图2(a)所示，在测量初始，测头2放置于分度圆S与作用线相交的交点处的作用线上。然后如图2(b)所示，当测头2沿着X和Y轴(未显示，见图1)同步运动，并且与齿轮G绕θ轴、反时针方向的旋转运动联动时，测头2则沿着指向齿根的箭头所标示的作用线运动，并跟踪着齿轮G的右齿面R进行齿廓的测量。然后，如图2(c)所示，测头2沿XY轴同步运动，并与齿轮G绕θ轴作顺时针方向的回转运动联动时(见图1)，测头2则跟随着齿轮G的右齿面R，沿着指向齿轮齿顶的箭头所标示的作用线移动。虽然处于作用线上的测头2在起始测量时是从与分度圆S相交的点处开始的，这只是为了便于解释，而实际上测量能在作用线上的任意一点开始；更有，理想的是希望测头2最好沿着作用线移动，但是实际上测头2并非必须要沿着作用线运动，这时只需要按照理论作用线对实际运动线进行修正即可。

图3说明本发明齿廓测量新方法的测量原理。图3(a)表示测量外齿轮右齿面，图3(b)表示测量外齿轮左齿面。图4说明采用基圆法测量齿廓的原理，显示的是测量外齿轮的情况。在图4中，B是基圆，S是分度圆。

本发明的齿轮齿廓测量方法的测量原理，是当被测齿轮G回转时，测头2沿着作用线运动，并一直跟踪被测齿轮G.。如图3(a)所示，采用本发明的齿廓测量方法对外齿轮G的右齿面R进行测量时，放置于右齿面R作用线上的测头(如实线所示)，从与分度圆S的交点处开始运动，并与反时针转动的外齿轮G同步联动，如图上双点划线所示，测头沿着指向齿根的箭头所标示的作用线运动，以便跟随齿轮G右齿面R。测头2此时的轨迹就是一条准确的渐开线曲线。

如图3(b)所示，采用本发明测量方法对外齿轮G左齿面L的测量如下进行。放置在左齿面作用线上的测头2(图中为实线所示)，与外齿轮G顺时针回转同步运动，如图上双点划线所示，从作用线与分度圆S的相交点处，沿着指向齿根箭头所表示的作用线运动，以便跟踪齿轮G的左齿面；随后，测头2与反时针回转的外齿轮G同步联动，沿着指向齿顶箭头所表示的作用线运动，以便跟踪齿轮G的左齿面L。此时测头2的轨迹是一条准确的渐开线。

相反，基圆法的测量原理是，转动被测齿轮G时，测头21沿着基圆B的切线运动，以便使测头21跟踪测量被测齿轮G。如图4所示，采用基圆法测量外齿轮G右齿面R时，处于右齿面R上的测头21，如图上实线所示，从与基圆B切线的交点处运动，并与外齿轮G的顺时针转动同步联动，如图上的双点划线所示，并与虚线所示的基圆相切，这即表示测头21沿着平行于Y轴并按离开Y中心线的方向运动，以便跟踪右齿面R。此时测头21的轨迹所描绘的是一条准确的渐开线。

进而，如图4所示，当采用基圆齿廓测量法测量外齿轮G的左齿面L时，置于左齿面L上的测头21(实线表示)，从基圆B切线的交点处、沿着基圆B的切线运动(虚线所示)，并与反时针回转的外齿轮G同步联动，如图为双点划线所示，这也就是说，测头21沿着平行于Y轴、并朝远离Y中心线的方向运动，以便跟踪左齿面L。此时测头21的轨迹是条准确的渐开线。

本发明与基圆法的比较表明，在本发明中，测头2沿Y轴的移动距离是Y，比基圆法沿Y轴的移动量Y’要小。这是因为在基圆法中，测量右齿面R时测头移动范围为Y’-R，测量左齿面L时的移动范围为Y’-L，而在(Y’-R)和(Y’-L)之间的区域中，并不实施测量；而在本发明中，无论在测量左右齿面LR时，测头在Y轴上的移动范围都为Y。

此外，从齿轮G绕轴回转的转角θ大小来看，本发明中的θ比基圆法中的θ’要小。

采用本发明的齿廓测量方法来对内齿轮测量的说明如下。图5是测量原理。图5(a)显示的是对内齿轮右齿面的测量，图5(b)是对内齿轮左齿面的测量。图6说明了基圆法测量内齿轮齿廓的原理，图中B指基圆，S是分度圆。

如图5(a)所示，当采用本发明方法测量内齿轮G右齿面R时，位于由箭头所示作用线上的测头2，从实线画出的右齿面R的齿根处开始，沿着指向齿顶的箭头所标示的作用线运动，(如图中双点划线所示)并与内齿轮G反时针转动而同步联动，以便跟踪右齿面R。测头2此时描绘出的是一条准确的渐开线。

如图5(b)所示，当采用本发明的齿廓测量方法测量内齿轮G的左齿面L时，位于由箭头所示作用线上的测头2(实线画出)，从左齿面L的齿根处开始，沿着指向齿顶的箭头所标示的作用线上运动，(如图中双点划线所示)，并与内齿轮G的顺时针转动同时联动，以便跟踪左齿面L。此时测头2的运动轨迹是条准确的渐开线。

另一方面，如图6所示，当采用基圆法测量内齿轮G的右齿面R时，则需要专用测头22，它置于实线所示右齿面R上如图示。然后从与基圆B切线相交的交点、与内齿轮G的反时针回转同步联动，如双点划线所示，沿着虚线所示的基圆B的切线而运动，这也就是说，专用测头22沿着Y轴朝向中心线方向移动，以便跟踪右齿面R。专用测头22的运动轨迹此时是条准确的渐开线曲线。

如图6示，采用基圆法测量内齿轮G的左齿面时，专用测头22位于左齿面上(用实线画出)，从与基圆B切线的交点处开始，与内齿轮G顺时针回转同步联动，沿着基圆B(虚线所示)的切线而运动。如图上的双点划线所示。换言之，专用测头22朝着中心线方向、平行于Y轴而运动，以便跟踪左齿面L。专用测头22的运动轨迹在此时描绘出一条准确的渐开线曲线。

本发明方法和基圆法的比较表明，测头2沿Y轴的位移量Y比基圆法测头沿Y轴的位移量Y’要小。这是因为在基圆法中，右齿面R的测量区域为Y’-R，左齿面L的测量范围为Y’-L；而本发明中，左右齿面RL的测量范围均为Y轴上的Y。

因而，在本发明中，测头不仅沿Y轴的移动量要小，而且在测量左右齿面L和R时，在Y轴上的移动区域相同，同时也不需要像基圆法那样采用专用测头。

本发明的具体说明如前述，但不限于。例如，在本发明中，测头2可以沿着与图2、3、5中所表明的不同方向运动，只要它是沿着作用线运动即可。

符号解释

1：齿廓测量仪。2：测头。G：被测齿轮。B：基圆。S：分度圆。

Claims (2)

1.一种渐开线齿轮齿廓的测量方法，其测头与被测齿轮的齿面接触并沿其运动，以便测量垂直于齿轮轴线平面内的齿廓(齿形)；该方法表述如下：通过对被测齿轮绕自身轴线回转的θ轴的联动控制，测头朝接近或离开齿轮轴线方向运动的X轴的联动控制，以及测头在垂直于X轴的Y轴的联动控制来实现齿廓测量。

2.按照权利要求1的一种渐开线齿廓测量方法，它借助于测头沿作用线运动来实现测量。

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