齿轮加工与测试(201543)

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基准级渐开线测试理论与技术研究,大连理工大学高精度齿轮研究室,内 容 提 要,基准级渐开线测量仪误差源分析与测量不确定度评价,基准级渐开线测量方法与测量仪器研究,绪 论,基准级渐开线测量仪部分关键技术研究,测量数据采集与处理系统的研制,基准级渐开线测量仪误差补偿实验与量值比对,结 论,课题来源,国家自然科学基金“基准级渐开线测试技术”,基准级（,1,级精度）渐开线齿廓的检测仪器不成熟,齿轮测试技术是提高齿轮制造质量的一个重要环节,课题背景,绪 论,奠定高水准的渐开线检验基础和传递基准,使渐开线测量精度达到国际前列,课题研究意义,渐开线圆柱齿轮的齿廓检验是难度较大的测试技术问题,齿轮是机械制造领域中重要的基础件与传动件,测量原理：,比较测量啮合运动测量模型化测量,技术手段：,机械为主机电结合信息技术,1.1.1,齿轮测量技术的发展,1.1,齿轮测量技术与仪器的发展现状,1.1.2,齿轮测量技术与仪器分类,齿轮单项几何形状误差测量,齿距偏差测量,齿向偏差测量,齿廓偏差测量,齿轮综合误差测量,齿轮单面啮合测量,齿轮双面啮合测量,齿轮整体误差测量,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,齿廓总偏差,-,在齿形端截面上，计值范围内包容实际齿廓迹线的两条设计齿廓迹线间的法向距离,齿廓形状偏差,-,在计值范围内，包容实际齿廓迹线的两条与平均齿廓迹线完全相同的曲线间的距离,齿廓倾斜偏差,-,在计值范围的两端与平均齿廓迹线相交的两条设计齿廓迹线间的距离,渐开线齿廓测量方法,标准曲线法,标准轨迹法,其它,基于激光技术测量法,主要用于小模数齿轮的检测，测量精度较低,将实际齿廓投影或摄像，与理论齿廓进行比较,1.2.1,标准曲线法,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,投影比较法,齿轮的宽度、齿轮表面质量、放大倍数选择、标准齿廓图变形等因素对测量影响较大,受,CCD,误差、光学系统误差及齿轮安装定位误差等因素的影响较大,基于计算机视觉技术的齿形测量法,根据渐开线展成原理，将被测齿形与仪器复现的标准渐开线轨迹进行比较,机械展成法,标准渐开线由精密机械机构来获得,单盘式,圆盘杠杆式,电子展成法,标准渐开线由电子展成机构形成,齿轮测量中心,坐标测量机,1.2.2,标准轨迹法,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,单盘式渐开线齿形测量仪,完全符合渐开线展成原理,结构简单，测量尺寸链短,易达到较高测量精度,哈量,3202G,单盘式渐开线测试仪,机械展成法,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,圆盘杠杆式渐开线齿形测量仪,杠杆调节不同的基圆直径,不需更换基圆盘,结构复杂，测量受温度变化影响较大,测量精度不高,哈量万能渐开线检查仪,3201,1.2.2,标准轨迹法,长春光机所,精化,Maag FP60,测量,m=2,Z=60,齿轮,U,99,=0.72m,多采用电子展成法测量渐开线齿廓,测量精度由测头、光栅及导向机构决定,采用坐标修正，实现高精度测量,具有多功能性,CNC,齿轮测量中心,电子展成法,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,Gleason GMX 275,齿轮测量中心,模拟量测量头，可选择扫描或单点采样方式，可以按,0.1,间距转动,仪器等级达到,VDI/VDE,规定的,1,级,空间测量不确定度为,(2.3+L/200),m,1.2.2,标准轨迹法,哈量,3903A,齿轮测量中心,建立动态补偿模型，拓展电感测头的动态响应范围,新式方型布局,径向传动采用密珠短导轨加测杆移动锁紧结构,坐标测量机,专用齿轮测量软件,回转工作台与测量机同步运动,实现展成法测量渐开线齿形,ZEISS UPMC 850,坐标测量机,国产,CNC,齿轮测量中心的差距,高端齿轮测量能力,测量稳定性,测量软件,测头不垂直于齿面,测量时需要多根探针探测，或采用测头回转体使测头转过所需角度,控制软件与数据处理软件均比较复杂,坐标测量机,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,1.2.3,坐标法,极坐标齿轮测量中心,HOFLER ZP,系列,成都工具研究所,CEN450,Klingelnberg PEC33,产品：,不需要切向运动机构，简化了机械结构,数据处理复杂，两轴位移非线性,对径向及测头相对于齿轮轴线的位置精度要求较高,适合中等精度齿形测量,齿形上点的实际坐标与理论坐标进行比较,用于基准传递、渐开线样板检测,采用高精度气浮主轴、导轨、长光栅与圆编码器,采用激光测长系统进行齿面精度检测,测量重复精度为,0.3,m,大阪精机,CNC,高精度齿轮测量仪,德国,PTB,齿轮测试仪,坐标测量机、精密转台、激光干涉仪,1.2.4,基于激光技术测量法,日本京都大学渐开线测量仪,双基圆盘测量原理、激光干涉仪测量齿面、测量重复精度为,0.1,m,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,KAPP,数控磨齿机在机测量,直接将齿轮测量装置集成于齿轮加工机床,齿轮加工后不用拆卸，在机床上进行测量,根据测量结果对机床参数及时调整修正,机床本身的原始误差、附加装置的误差影响较大,1.2.5,齿轮在机测量,1.2,渐开线齿廓偏差测量技术与仪器,1.2.6,单面啮合整体测量,采用跳牙蜗杆与被测齿轮啮合,对齿轮齿面进行滚动点扫描测量,德国,FRENCO URM,齿轮误差滚动扫描测量仪,原理完全符合齿轮整体误差测量技术,平行轴齿轮式齿轮整体误差测量仪,成都工具研究所,CNC,蜗杆式齿轮整体误差测量仪,内 容 提 要,基准级渐开线测量仪误差源分析与测量不确定度评价,基准级渐开线测量方法与测量仪器研究,绪 论,基准级渐开线测量仪部分关键技术研究,测量数据采集与处理系统的研制,基准级渐开线测量仪误差补偿实验与量值比对,结 论,2.1,各种超精密渐开线齿形量仪测量原理分析,芯轴由于受弹簧力作用会发生变形,基圆盘存在制造误差,仪器的导轨与导尺存在着平行度误差,测头位置调整困难，且测量过程中存在阿贝误差的影响,单盘式渐开线量仪,传递环节比较复杂，误差源相对较多,仪器产生的标准渐开线轨迹是断续的,直线导轨与旋转主轴的制造与调整精度对测量结果影响较大,存在着阿贝误差的影响,电子展成式量仪,单盘式和电子展成式渐开线测量仪测量精度相差不大,单盘式只是在测量自动化和多功能性等方面不如电子展成式,单盘式渐开线测量仪制造成本远低于电子展成式量仪,2.2,基准级渐开线测量仪结构与测量原理,由基座、测量架、基圆盘与齿轮组件、基准板及驱动系统等部件组成,测量仪基座采用花岗岩制作，具有良好的吸震性与热稳定性,基准导尺采用,GCr15,轴承钢制作，经过精密研磨，平面度误差小于,1m,与单盘式渐开线测试仪相比,导尺与导轨同一化,芯轴处于自由状态,主轴与芯轴变成一根,避免了阿贝误差,与电子展成式渐开线测试仪相比,标准渐开线轨迹连续,结构上环节少,基圆盘可与齿轮相同材料,无阿贝误差,2.3,渐开线齿形最佳测量原理的分析,基准级渐开线测量仪优点,单盘式,双盘式,电子展成式,基于激光技术测量法,测量精度,自动化性能,制造经济性,表中：低 高 更高 最高,2.4,测量支架机构设计与精度分析,测量支架机构设计,采用精密斜块调整测头位置的高度，斜块倾斜比例为,1:20,，高度调整范围为,1mm,采用双弹簧片式铰链结构微位移传递杠杆,微位移传递杠杆位移传递精度分析,O,的移动距离,B,处挠曲线切线方程,E,处挠曲线切线方程,内 容 提 要,基准级渐开线测量仪误差源分析与测量不确定度评价,基准级渐开线测量方法与测量仪器研究,绪 论,基准级渐开线测量仪部分关键技术研究,测量数据采集与处理系统的研制,基准级渐开线测量仪误差补偿实验与量值比对,结 论,3.1,基圆盘、齿轮及芯轴的精确配位与安装,在部件的装配过程中，充分分析各个零部件误差大小、方向及对测量结果的影响，设法使各个误差量在装配后相互抵消与补偿，即可提高组件装配后的整体精度,若,残余偏心,若,残余偏心,机械补偿法,基圆盘与芯轴超精密配位与装配实验,基圆盘,1,e,=0.26m,=,90,基圆盘,2,e,=0.16m,=,45,基圆盘,1,轴段,e,=0.42m,=,0,基圆盘,2,轴段,e,=0.46m,=,-15,齿轮处轴段,e,=0.1m,=,-158,基圆盘,1(,装配后,),e,=0.17m,=,0,基圆盘,2(,装配后,),e,=0.39m,=,31,被测齿轮处产生的作用偏心量为,0.2m,，偏心角在图中坐标系为,0,测量,m,=4,，,z,=30,，,=20,渐开线圆柱齿轮齿廓时，测量误差为,0.1m,基圆盘,1,旋转,180,基圆盘,2,逆时针旋转,120,3.1,基圆盘、齿轮及芯轴的精确配位与安装,基圆直径,(mm),高于导轨距离,(mm),测量误差,(m),低于导轨距离,(mm),测量误差,(m),50,0.01,0.093,0.01,0.191,0.02,0.260,0.02,0.535,0.05,0.993,0.05,2.077,80,0.01,0.074,0.01,0.151,0.02,0.207,0.02,0.424,0.05,0.793,0.05,1.651,100,0.01,0.067,0.01,0.135,0.02,0.185,0.02,0.380,0.05,0.713,0.05,1.480,150,0.01,0.051,0.01,0.114,0.02,0.144,0.02,0.326,0.05,0.601,0.05,1.231,200,0.01,0.040,0.01,0.109,0.02,0.131,0.02,0.270,0.05,0.492,0.05,1.122,3.2,测头位置调整方式的研究,测头位置偏差引起的测量误差,测点高于导尺平面,测点低于导尺平面,测点位置偏差对基圆直径较大渐开线齿形的测量影响较小,测点低于导尺平面时产生的测量误差远大于测点高于导尺平面时的测量误差,应尽量避免测点低于导尺平面,3.2,测头位置调整方式的研究,显微镜调整法,通过读数显微镜观测，调整倒锥测头的测量点与直角尺下边缘处于同一水平面上,调整方法直观简便,显微镜的示值误差、直角尺边缘的直线度误差及其端面与测点难以调整到同一焦平面等因素均会对调整精度产生影响,测头位置调整的极限误差约为,0.030mm,测头位置调整方式,显微镜调整法,齿形角比较法,测点偏差试值比较法,序号,总偏差,倾斜偏差,序号,总偏差,倾斜偏差,1,0.489,0.327,6,0.460,0.292,2,0.485,0.309,7,0.485,0.321,3,0.469,0.306,8,0.467,0.316,4,0.463,0.300,9,0.454,0.303,5,0.441,0.303,10,0.466,0.317,齿形角比较法,测头位置,平均齿廓倾斜偏差,1,0.683,2,0.502,3,0.406,4,0.442,5,0.521,对,m,=4,，,z,=30,，,=20,渐开线圆柱齿轮齿廓进行测量，对齿根处展长为,5.2mm,的齿廓倾斜偏差进行比较,多次测量齿形倾斜偏差平均值的极限误差为,0.011,m,测头高度调整间隔,0.010mm,调整测头位置精度偏差为,0.010mm,单位,:m,3.2,测头位置调整方式的研究,测点偏离导尺平面时，会使齿廓测量曲线中的齿形角变小，特别对齿根附近影响明显,单位,:m,测点偏差试值比较法,3.2,测头位置调整方式的研究,测量,m,=2,、,z,=60,、,=20,渐开线圆柱齿轮齿形,(a),测头位于初始点,(,设距导尺面,x,),(b),调高测头,=,0.1mm,(c)(d),x,=0.06mm,时，对曲线,(a),与,(b),进行补偿的误差曲线（,x,由反复试值得到）,(e),将,(c),曲线与,(d),曲线重合放置,误差补偿调整法调整测点位置的极限偏差约为,0.015mm,3.3,基圆盘与基准导尺间弹性蠕滑问题研究,弹性蠕滑,基圆盘与导尺之间存在弹性变形，