小模數(shù)齒輪測量的現(xiàn)狀與趨勢

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，小模數(shù)齒輪越來越多的應(yīng)用到機械生產(chǎn)中，并且還有向微小尺寸發(fā)展的趨勢，隨著齒輪尺寸的變小，對其進(jìn)行的測量工作將會越來越難，在測量精度和準(zhǔn)確度方面要求越來越嚴(yán)。我國在這方面的測量技術(shù)也在不斷的發(fā)展，但是以目前傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)無法滿足實際的需要，所以在技術(shù)上呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。經(jīng)過技術(shù)改革，各種新的測量方法應(yīng)運而生，在小模數(shù)齒輪測量中發(fā)揮了顯著的作用，為我國的工業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：小模數(shù)齒輪；漸開線；齒輪測量儀器

1 齒輪測量概述

齒輪測量一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距測量為基礎(chǔ)的分析式測量；以綜合測量（雙面嚙合、單面嚙合測量）為基礎(chǔ)的功能式測量；將單項和綜合集成于一體的齒輪整體誤差測量。齒輪測量技術(shù)的發(fā)展有近百年的歷史，從整體上考察，其發(fā)展主要表現(xiàn)在3個方面：①在測量原理方面，實現(xiàn)了由“比較測量”到“嚙合運動測量”，直至“模型化測量”的發(fā)展；②在實現(xiàn)測量原理的技術(shù)手段上，歷經(jīng)了“以機械為主”到“機電結(jié)合”。直至當(dāng)今的“光一機一電”與“信息技術(shù)”綜合集成的演變；③在測量結(jié)果的表述與利用方面，歷經(jīng)了“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”。直至“計算機自動分析并將測量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。

2 對小模數(shù)齒輪測量現(xiàn)狀的分析

對于小模數(shù)來講主要是指模數(shù)小于1mm的齒輪，目前在機械制造中應(yīng)用的比較廣泛。我國對于齒輪的測量主要是集中在中模數(shù)齒輪上，對于大模數(shù)和微小模數(shù)齒輪都是屬于絕端測量范疇的，對于小模數(shù)齒輪的測量在技術(shù)上還比較落后，需要不斷的改進(jìn)。測量技術(shù)的落后遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足科學(xué)的發(fā)展速度，在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)展的速度非常快，這就需要齒輪的標(biāo)準(zhǔn)要完全符合工業(yè)生產(chǎn)需求，以便更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)。但是現(xiàn)在的測量技術(shù)還不能夠完全符合工業(yè)生產(chǎn)的需求，究其原因，主要是因為小模數(shù)齒輪的結(jié)構(gòu)造成的，齒輪間的齒槽間隙小，輪齒剛性較差，這些都是造成測量難度的因素。在對其進(jìn)行測量的過程中，由于齒槽間隙較小，所以測頭很難進(jìn)入到齒槽內(nèi)，加之測桿的剛性較差，在測量的過程中，對于精度和反復(fù)度就無法真實的保證，有時候甚至無法進(jìn)行測量。

3 小模數(shù)齒輪的分析式測量

小模數(shù)齒輪的齒槽小，使分析式測量難以進(jìn)行，因此在美國等國家的小模數(shù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)中，曾經(jīng)只規(guī)定了綜合誤差項目，而對齒廓、螺旋線和齒距誤差項目沒作規(guī)定，小模數(shù)齒輪的功能性測量也因此是唯一的測量方式。隨著分析式齒輪測量儀器的發(fā)展，小模數(shù)齒輪的分析式測量才漸漸被覆蓋。目前，齒輪分析式測量的主要手段是齒輪測量中心，它采用坐標(biāo)測量原理，實際上是圓柱（極）坐標(biāo)測量機，通常由主機、CNC數(shù)控單元、數(shù)據(jù)采集單元、機電通訊接口、計算機及外設(shè)、測量軟件和數(shù)據(jù)處理軟件等部分組成.從原理上講，小模數(shù)齒輪測量中心與常見的中大模數(shù)齒輪測量中心是完全一樣的，只是針對小模數(shù)齒輪的特點，在儀器的機械結(jié)構(gòu)、特別是測頭方面，進(jìn)行了專門設(shè)計，測頭的關(guān)鍵技術(shù)是微小測量力的控制與微細(xì)測桿的加工，在功能上。

4 小模數(shù)齒輪測量的發(fā)展趨勢

在齒輪的發(fā)展史中，因為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而在機械制造方面也在不斷的提高，那么對于齒輪的技術(shù)也就不斷的有所改進(jìn)，越來越多的小模數(shù)齒輪應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中，那么對于這些小模數(shù)齒輪的測量就成了研究的熱點。因為小模數(shù)齒輪的齒槽間隙較小，測桿很難進(jìn)入，并且測桿的剛性較差，由此在測量的過程中會產(chǎn)生一定的誤差影響到測量精度。微小模數(shù)齒輪的出現(xiàn)，對于小模數(shù)齒輪來講是一種挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的測量方法根本不能夠滿足現(xiàn)有齒輪使用狀況，分析式測量在模數(shù)上始終不能夠突破0.2mm，而雙嚙綜合測量突破不了模數(shù)0.1mm，使用雙嚙測量技術(shù)對小模數(shù)齒輪進(jìn)行測量是不得已的辦法。所以在近些年來研究小模數(shù)齒輪的測量技術(shù)成為了業(yè)界研究的重點，并且呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢頭。其主要測量技術(shù)表現(xiàn)為：基于視覺測量的齒輪并聯(lián)測量技術(shù)、基于光纖測頭的齒輪分析測量技術(shù)以及齒輪單面嚙合測量技術(shù)。

4.1 基于視覺測量的齒輪并聯(lián)測量技術(shù)

傳統(tǒng)的測量方法是通過對齒輪表面采點來獲取相應(yīng)的信息，屬于串聯(lián)式的測量，而基于視覺的測量技術(shù)是非接觸法，是對于串聯(lián)式測量的一種改進(jìn)手段，對于齒輪可以同時獲取所需的信息，稱之為并聯(lián)測量。在串聯(lián)測量中，需要對齒輪的表面進(jìn)行逐個采點，然后將每一個點綜合聯(lián)系起來，這種測量方法存在的不足就是對于齒輪表面獲取的信息不夠豐富，從而影響到測量的效率，而并聯(lián)測量就很好的解決了這個問題。

4.2 基于光纖測頭的齒輪分析測量技術(shù)

光纖測頭是近幾年精密測頭的研究熱點，將該測頭應(yīng)用到微小齒輪測量中已取得實質(zhì)性進(jìn)展。光纖測頭種類較多，比較成熟的工作原理為采用光纖頭進(jìn)行定位、使用光學(xué)測頭進(jìn)行位置測量.目前，世界上最小的接觸式光纖測頭，最小直徑為25m，最小測力為1N。這種測頭在精密測量機上測量微小齒輪，其測量不確定度可達(dá)0.5m。

4.3 齒輪單面嚙合測量技術(shù)

“齒輪單面嚙合測量”是符合齒輪使用狀態(tài)的高效精密測量方式，這一概念從提出至今已有80余年，人們逐漸認(rèn)識到了它在齒輪誤差測量中的重要地位?；邶X輪單面嚙合測量原理，在不同時期，人們構(gòu)建了不同的測量系統(tǒng)，產(chǎn)生了基于不同傳感器原理的齒輪單面嚙合檢查儀。目前，中模數(shù)齒輪單嚙儀是非常成熟的技術(shù)；已有針對模數(shù)0.2～1mm齒輪的單嚙儀，但在齒輪直徑上有非常嚴(yán)格的限制。

由于小模數(shù)齒輪（特別是微小模數(shù)塑料齒輪）的尺寸小、剛度小、慣性小、受力易變形，而常規(guī)齒輪單面嚙合測量儀的主軸系統(tǒng)（包括軸系、光柵傳感器、聯(lián)軸器、電機等）的慣性大、阻力大，致使“單面嚙合測量”原理未能在微小模數(shù)齒輪的測量中得到應(yīng)用。因此，微小模數(shù)齒輪的單嚙測量技術(shù)一直是世界性技術(shù)難題。

5 結(jié)論

以上對于小模數(shù)齒輪測量的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和測量技術(shù)都進(jìn)行了相應(yīng)的分析，小模數(shù)齒輪的測量精度將關(guān)系到機械制造的質(zhì)量，所以要對測量技術(shù)給予足夠的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各項新測量技術(shù)在不斷的應(yīng)用到齒輪測量中，促進(jìn)了測量技術(shù)的發(fā)展。在信息處理技術(shù)和數(shù)字技術(shù)方面將會不斷的進(jìn)行改進(jìn)，光纖測頭也應(yīng)用到了微小齒輪測量中，對于測量的精度和準(zhǔn)確性有了很大程度的提高，在齒輪測量技術(shù)方面有所提高。在未來的發(fā)展過程中，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，測量技術(shù)還會有新的改進(jìn)，對于齒輪的測量也將會更加的精密，準(zhǔn)確，為機械制造的質(zhì)量創(chuàng)造了更加有利的條件。

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