專利名稱：漸開(kāi)線齒輪波度樣板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與齒輪誤差測(cè)量技術(shù)和裝置有關(guān)，屬于精密測(cè)試技術(shù)及儀器、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
齒輪是各種機(jī)械裝備的關(guān)鍵傳動(dòng)零件，廣泛應(yīng)用于汽車、儀器儀表、機(jī)床、船舶、工程機(jī)械、發(fā)電設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，齒輪正朝高功率密度、高可靠性、低噪聲長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。保證加工精度，控制齒輪質(zhì)量，是確保齒輪性能的 基礎(chǔ)。齒輪誤差可分為兩大類單項(xiàng)幾何誤差和綜合誤差。單項(xiàng)幾何誤差包括齒廓偏差、齒向(螺旋線)偏差和齒距偏差；綜合誤差包括切向綜合偏差和徑向綜合偏差。現(xiàn)代齒輪加工設(shè)備的精度越來(lái)越高，作為精密零件的齒輪，其齒廓、螺旋線和齒距的精度可達(dá)到微米級(jí)。目前國(guó)際上的普遍觀點(diǎn)認(rèn)為齒輪誤差測(cè)量結(jié)果的主要成分來(lái)源于儀器的測(cè)量誤差，而不是機(jī)床的加工誤差。因此，對(duì)齒輪儀器的測(cè)量精度提出了更高的要求，亟需研究新的齒輪儀器檢定理論和技術(shù)。在表征齒輪精度的誤差項(xiàng)目中，齒廓偏差和螺旋線偏差通常包含形狀誤差、低頻誤差和高頻誤差成分；而齒輪切向綜合誤差和徑向綜合誤差都包含高頻成分和低頻成分。現(xiàn)在的齒輪測(cè)量?jī)x器(如齒輪測(cè)量中心、齒輪單面嚙合檢查儀、齒輪雙面嚙合檢查儀等)，都是光機(jī)電一體化儀器，在測(cè)量信號(hào)和齒輪誤差處理過(guò)程中，大量采用了濾波技術(shù)(包括硬件和軟件濾波)。一些齒輪儀器生產(chǎn)廠家，為提高儀器的測(cè)量重復(fù)性，制造儀器穩(wěn)定可靠的“假象”，不適當(dāng)?shù)夭捎脼V波器，將誤差中的高頻成分過(guò)濾掉。對(duì)精度不高的齒輪，形狀誤差和低頻誤差是主要成分，去掉高頻成分對(duì)測(cè)量成果沒(méi)什么影響；但對(duì)高精度齒輪，形狀誤差和低頻誤差與高頻誤差處在同一數(shù)量級(jí)，過(guò)濾掉高頻成分，將影響測(cè)量結(jié)果，實(shí)際上是將齒輪誤差縮小了。在同樣的硬件條件下，齒輪測(cè)量?jī)x器的濾波算法的好壞直接決定測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；同一齒輪在機(jī)械精度相近的齒輪儀器上測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果相差較大，這很大程度也是由不同的濾波算法造成的，不當(dāng)?shù)臑V波算法會(huì)將有用的誤差信息也濾掉了。而研究表明，齒輪誤差中的高頻成分對(duì)應(yīng)于齒輪的齒面波度，而齒面波度對(duì)齒輪磨損、壽命和噪聲都有直接影響。在當(dāng)今齒輪加工水平下，控制齒輪齒面波度成為控制齒輪質(zhì)量的重要方面。目前，控制齒輪儀器質(zhì)量、保證量值傳遞的樣板體系有漸開(kāi)線樣板、螺旋線樣板、齒距樣板?，F(xiàn)有齒輪計(jì)量體系中，沒(méi)有檢定齒輪測(cè)量?jī)x器濾波算法的計(jì)量手段，更不能實(shí)現(xiàn)齒輪波度的量值傳遞。因此，研制齒輪波度樣板、研究齒輪波度的標(biāo)準(zhǔn)分析算法；通過(guò)齒輪波度樣板來(lái)標(biāo)定齒輪測(cè)量?jī)x器，特別是針對(duì)齒輪測(cè)量?jī)x器的濾波性能的評(píng)定，實(shí)現(xiàn)齒輪波度的量值傳遞，在齒輪加工和測(cè)量領(lǐng)域具有重大意義。同時(shí)，齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，但齒輪制造誤差被認(rèn)為是主要的激勵(lì)源。齒輪各單項(xiàng)誤差的綜合作用的結(jié)果是齒輪的傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)誤差是產(chǎn)生齒輪振動(dòng)和噪聲的主要激勵(lì)源。迄今，對(duì)齒輪振動(dòng)和噪聲有大量的研究，建立了多種動(dòng)力學(xué)模型，齒輪傳動(dòng)誤差以激勵(lì)項(xiàng)的形式出現(xiàn)在各種模型中。通過(guò)數(shù)值求解，可以對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。雖然齒輪傳動(dòng)誤差構(gòu)成復(fù)雜，但這種周期性信號(hào)可以通過(guò)付氏級(jí)數(shù)分解成一系列單頻成分，進(jìn)而可以仿真研究各單頻成分對(duì)振動(dòng)和噪聲的影響。這種仿真分析雖然能得到一些有價(jià)值的結(jié)論，但迄今缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即實(shí)驗(yàn)中用具有單頻傳動(dòng)誤差或多種單頻傳動(dòng)誤差組合的齒輪進(jìn)行實(shí)際振動(dòng)噪聲測(cè)試，驗(yàn)證理論分析的正確性。單頻傳動(dòng)誤差實(shí)質(zhì)上是由齒輪波度誤差產(chǎn)生的。齒輪波度誤差與齒輪振動(dòng)和噪聲的關(guān)系問(wèn)題是研究齒輪振動(dòng)和噪聲的基本問(wèn)題，弄清他們間的關(guān)系，既有理論意義，對(duì)低噪聲齒輪設(shè)計(jì)又具有極大的實(shí)際價(jià)值。所以設(shè)計(jì)一種齒輪波度樣板，可以評(píng)定齒輪測(cè)量?jī)x器的濾波性能，實(shí)現(xiàn)齒輪波度的量值傳遞，同時(shí)為齒輪噪聲理論研究提供更完整的驗(yàn)證條件
發(fā)明內(nèi)容

為了解決齒輪測(cè)量?jī)x器濾波性能的評(píng)定，解決齒輪噪聲理論研究的實(shí)驗(yàn)手段問(wèn)題，本發(fā)明提出了漸開(kāi)線齒輪波度樣板。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案本發(fā)明“漸開(kāi)線齒輪波度樣板”，基于漸開(kāi)線齒廓的生成原理，在齒輪的每個(gè)齒的漸開(kāi)線齒廓上有意疊加特定設(shè)計(jì)諧波，同時(shí)通過(guò)特定的設(shè)計(jì)，保證各齒面的諧波保持一定的相位關(guān)系，使該齒輪的切向綜合誤差與齒廓具有相同的諧波即產(chǎn)生同步的傳動(dòng)誤差。本發(fā)明“漸開(kāi)線齒輪波度樣板”最終實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪測(cè)量?jī)x器的濾波性能的評(píng)定，同時(shí)為齒輪嚙合噪聲分析提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段。就漸開(kāi)線齒輪波度樣板的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的原理而言，根據(jù)漸開(kāi)線的生成原理，將特定的諧波等沿著漸開(kāi)線的發(fā)生線方向疊加到漸開(kāi)線齒廓上。由漸開(kāi)線齒廓的特點(diǎn)可知，齒輪嚙合線就是漸開(kāi)線的發(fā)生線，所以將諧波沿著漸開(kāi)線的發(fā)生線方向疊加到齒廓上，則在齒輪嚙合過(guò)程中，齒輪嚙合點(diǎn)將按該諧波運(yùn)動(dòng)，即將諧波引入到嚙合運(yùn)動(dòng)中，可以通過(guò)測(cè)量傳動(dòng)誤差曲線獲取此諧波信號(hào)，理想齒輪副的傳動(dòng)誤差曲線圖如附圖
I所示是一條直線；有誤差的齒輪副傳動(dòng)誤差曲線圖如附圖2所示；而本發(fā)明設(shè)計(jì)的漸開(kāi)線波度樣板的傳動(dòng)誤差曲線如附圖3至5所示。為不同的測(cè)試目的可設(shè)計(jì)不同的諧波?？梢栽谕积X形上疊加多種諧波，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜測(cè)試的要求。在對(duì)齒廓進(jìn)行諧波疊加時(shí)，因?yàn)樾枰紤]實(shí)際齒輪嚙合時(shí),齒輪重合系數(shù)大于I,所以疊加的諧波初始相位需要通過(guò)齒輪的基圓齒距與疊加的諧波的波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算。本發(fā)明的漸開(kāi)線齒輪波度樣板示意圖如附圖6所示，作為定位基準(zhǔn)，齒輪波度樣板可以是帶軸的，也可以是帶孔的，可以是對(duì)單個(gè)齒的齒面疊加諧波，也可以對(duì)多個(gè)齒的齒面疊加諧波，可以對(duì)齒輪一側(cè)齒面疊加諧波，也可以兩側(cè)齒面同時(shí)疊加諧波，可以對(duì)每個(gè)齒的齒面疊加相同的諧波，也可以對(duì)每個(gè)齒的齒面疊加不同的諧波。帶軸的齒輪波度樣板如附圖7所示。漸開(kāi)線齒輪波度樣板，其特征在于在漸開(kāi)線齒輪的齒面上加工出帶有波度的特殊齒面，即將設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)、幅值的諧波沿著漸開(kāi)線的發(fā)生線方向疊加到漸開(kāi)線齒輪齒廓上。疊加的方法如下步驟I:首先給定諧波波長(zhǎng)、幅值和初始相位；
諧波波長(zhǎng)計(jì)算公式如下kxX λ sin = Ji XmXz X cos α其中λ sin為疊加諧波的波長(zhǎng)，Ji為圓周率為齒輪模數(shù)，z為齒數(shù)，α為壓力角，ki為諧波波長(zhǎng)系數(shù)，Ic1 = 1，2，3…η ；幅值根據(jù)用戶設(shè)計(jì)目的給定，從幾微米到幾十微米；初始相位設(shè)計(jì)原則為任何時(shí)刻，參與嚙合的各齒在同側(cè)齒面所疊加諧波相位在嚙合線方向相等，保證齒輪在雙嚙區(qū)波形一致，相鄰?fù)瑐?cè)齒沒(méi)有基節(jié)偏差；僅需要考慮相鄰?fù)瑐?cè)齒嚙合方向齒面疊加諧波的初始相位差，第一個(gè)疊加諧波的齒面初始相位可以取任意值，然后根據(jù)相鄰?fù)瑐?cè)齒齒面疊加諧波的初始相位公式計(jì)算其它齒面疊加諧波的初始相位。相鄰?fù)瑐?cè)齒齒面疊加諧波的初始相位差計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.漸開(kāi)線齒輪波度樣板，其特征在于在漸開(kāi)線齒輪的齒面上加工出帶有波度的特殊齒面，即將設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)、幅值和初始相位的諧波沿著漸開(kāi)線的發(fā)生線方向疊加到漸開(kāi)線齒輪齒廓上；疊加的方法如下 步驟I: 首先給定諧波波長(zhǎng)、幅值和初始相位； 諧波波長(zhǎng)計(jì)算公式如下kx X A sin = Ji XmXz X cos a 其中X sin為疊加諧波的波長(zhǎng)，Ji為圓周率，m為齒輪模數(shù)，z為齒數(shù)，a為壓力角，Ic1為諧波波長(zhǎng)系數(shù)，k: = 1，2，3吣11 ； 幅值根據(jù)用戶設(shè)計(jì)目的給定，從幾微米到幾十微米； 初始相位設(shè)計(jì)原則為任何時(shí)刻，參與嚙合的各齒在同側(cè)齒面所疊加諧波相位在嚙合線方向相等，保證齒輪在雙嚙區(qū)波形一致，相鄰?fù)瑐?cè)齒沒(méi)有基節(jié)偏差；僅需要考慮相鄰?fù)瑐?cè)齒嚙合方向齒面疊加諧波的初始相位差，第一個(gè)疊加諧波的齒面初始相位可以取任意值，然后根據(jù)相鄰?fù)瑐?cè)齒齒面疊加諧波的初始相位公式計(jì)算其它齒面疊加諧波的初始相位；相鄰?fù)瑐?cè)齒齒面疊加諧波的初始相位差計(jì)算公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的漸開(kāi)線齒輪波度樣板，其特征在于其定位方式為軸定位或孔定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的漸開(kāi)線齒輪波度樣板，其特征在于對(duì)齒輪每個(gè)齒的齒面疊加諧波后，在整個(gè)齒輪傳動(dòng)誤差曲線上，將設(shè)計(jì)波度疊加到理論齒輪傳動(dòng)誤差曲線上，即傳動(dòng)誤差曲線為一條設(shè)計(jì)的波度曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的漸開(kāi)線齒輪波度樣板，其特征在于所述漸開(kāi)線齒輪波度樣 板為僅對(duì)單個(gè)齒的齒面疊加諧波，或?qū)Χ鄠€(gè)齒的齒面疊加諧波；對(duì)一側(cè)齒面疊加諧波，或?qū)ψ笥覂蓚?cè)齒面同時(shí)疊 加諧波；對(duì)每個(gè)齒面疊加相同的諧波，也可以對(duì)每個(gè)齒面疊加不同的諧波。
全文摘要
本發(fā)明“漸開(kāi)線齒輪波度樣板”，基于漸開(kāi)線齒廓的產(chǎn)生原理，設(shè)計(jì)一種新穎的漸開(kāi)線齒輪波度樣板。它是在齒輪嚙合原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)漸開(kāi)線的生成原理，將設(shè)計(jì)波度沿著漸開(kāi)線的發(fā)生線方向疊加到漸開(kāi)線齒廓上，每個(gè)齒面可以根據(jù)設(shè)計(jì)目的疊加數(shù)個(gè)諧波，諧波的波長(zhǎng)與初始相位需要根據(jù)齒輪波度理論計(jì)算。漸開(kāi)線齒輪波度樣板，將特定諧波疊加在標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)誤差曲線中，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪測(cè)量?jī)x器濾波算法的評(píng)定，對(duì)齒輪噪聲理論提供完備的測(cè)試手段，完善齒輪標(biāo)準(zhǔn)樣板體系。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102706306SQ20121005109
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者張白, 石照耀 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)