[发明专利]一种齿轮单面啮合测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮测量技术领域，特指一种齿轮单面啮合测量装置及方法。

背景技术

目前齿轮常用的测量方法有两种，坐标式单项测量法与啮合滚动式综合测量法。单项误差测量技术采用坐标式单项测量法，将齿轮作为一个具有复杂形状的几何实体，在所建立的测量坐标系(直角坐标系、极坐标系或圆柱坐标系)上，按照设计几何参数对齿轮齿面的几何形状偏差进行测量。测量的误差项目是齿轮的单项几何偏差，以齿廓、齿向和齿距等三项基本偏差为主。综合误差测量技术采用啮合滚动式综合测量法，即把齿轮作为一个回转运动的传动元件进而引入到测量系统中。综合测量法的优点是测量速度快，适合批量产品的质量终检，便于对齿轮加工工艺过程进行及时监控。综合测量法包括单面啮合测量法和双面啮合测量法。单面啮合测量法是指被测齿轮与理想精确的标准齿轮(可用标准蜗杆、标准齿条等测量元件代替)在标准中心距下做有侧隙的单面啮合转动时，测量被测齿轮的实际转角与理论转角的差值，得到齿轮的切向综合总偏差和一齿切向综合偏差等误差项。双面啮合测量法是指通过测量两齿轮在啮合过程中中心距的变化，得到齿轮的径向综合偏差和单齿径向综合偏差等误差项。与双面啮合测量方法相比，单面啮合测量方法接近于齿轮的使用状态，对测量环境条件要求不高，既能反映几何偏心的影响，又能反映运动偏心的影响，既能反映齿廓偏差的影响，又能反映齿距偏差的影响。由于单面啮合测量法的上述优点，长期以来一直被广泛应用于齿轮测量领域。

传统的齿轮单面啮合测量装置中的标准齿轮与被测齿轮分别安装在两个立式平行轴系上，只能用于测量圆柱齿轮，具有一定的局限性。若对其进行改造，实现测量圆锥齿轮的功能，则需要将两个轴系的平行关系变为垂直关系，即其中一个轴系要在两轴系的公共平面(垂直于水平面)内旋转90度，这使得轴系的重心上移，进而影响圆锥齿轮的测量精度。

基于同步位移比较原理可获得切向综合偏差曲线，由于噪声的混入和静电的干扰，需要对该偏差曲线中有用信号进行提取，改善其信噪比，进而从该曲线上分离出各项传动误差参数。由于噪声信号主要分布于高频段，所以采用低通滤波器即可实现对原始信号的提取。1988年秦树人在《大型传动系统动态测试新方法与装置》大型项目中便采用了RC有源滤波器对传动误差信号进行了提取。随着信号处理技术的发展，数字滤波器在性能上的优势渐渐体现出来。首先数字滤波器对外界环境不太敏感，具有更高的可靠性。其次，数字滤波器可以实现精确的线性相位和多速率处理等模拟滤波器无法实现的功能。第三、数字滤波器实现更加灵活，可以通过对其重新编程来改变滤波的特性，并能同时进行信号的存储。数字滤波器分为无限长单位冲激响应(IIR)滤波器和有限长单位冲激响应(FIR)滤波器。IIR数字滤波器的优点是可以利用模拟滤波器设计的结果，而模拟滤波器的设计有大量图表可查，方便简单。但是它有明显的缺点，就是相位的非线性。相对于IIR滤波器，FIR数字滤波器可以设计成线性相位的滤波器，其延时输入信号，却并不扭曲其相位。高斯滤波器便是一种典型的FIR数字滤波器，它克服了传统滤波相移和设计复杂的缺陷，作为一种时频窗面积最小的零相移滤波方法，在信号处理领域得到了广泛有效的应用。

纵观现有的齿轮单面啮合测量装置，均没有使用高斯滤波方法对信号进行调理，且与之配套的测量系统均较为落后，不能满足快速、准确测量，直观显示结果的现代化使用要求，这些都成为了齿轮测量领域急待解决的课题。

发明内容

本发明目的是研制一台齿轮单面啮合测量装置，既可以用于测量圆柱齿轮误差又可以用于测量圆锥齿轮误差。在一个测量循环中，基于同步位移比相原理得到切向综合偏差曲线，对该曲线进行特殊的调理与分离后得到切向综合总偏差、一齿切向综合偏差、齿距累积总偏差、单个齿距偏差、x轴几何偏差、y轴几何偏差等误差项，具有一定的现实意义。