[发明专利]双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板测量不确定度分析方法

权利要求书

1.双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板测量不确定度分析方法，建立双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的误差测量模型；双轴式圆弧型渐开线样板的误差测量模型，即圆弧与理想渐开线之间的偏差值为：

其中，r_c为检测圆弧半径；r_p为齿轮测量仪器的测头半径；C为定心轴和测量中心轴的距离；ε为样板的旋转角度；r_b为样板模拟齿轮的基圆半径；其特征在于：该方法包括如下步骤，

步骤一：测量中心轴上下顶尖孔同轴度引入的不确定度分析；

测量中心轴上下顶尖孔不同轴，将会使样板整体倾斜，当测量中心轴上下顶尖孔同轴度引起的误差为Δ₁，则检测圆弧半径误差大小为

Δr_c1＝Δ₁ (2)

基于公式(1)，得到测量中心轴上下顶尖同轴度误差对测量结果的影响最大值：

δ₁＝|δ_p-δ'_p1|_max (3)

其中，δ'_p1表示带有测量中心轴上下顶尖孔同轴度误差的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到测量中心轴上下顶尖孔同轴度引入的不确定度分量为：

其中k₁表示包含因子；

步骤二：基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴的同轴度引入的不确定度分析；

基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴的同轴度引入误差，将会引起检测圆弧半径的大小变化；当基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴之间的同轴度误差为Δ₂时，检测圆弧半径误差大小为：

Δr_c2＝Δ₂ (5)

基于公式(1)，得到基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴的同轴度对测量结果的影响最大值：

δ₂＝|δ_p-δ'_p2|_max (6)

其中，δ'_p2表示带有基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴的同轴度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到基准块中心孔的圆心轴与检测圆弧的圆心轴的同轴度引入的不确定度分量为：

其中k₂表示包含因子；

步骤三：样板自身重力负载引入的不确定度分量

样板自身重力负载将会引起检测圆弧半径的大小变化；将建立好的三维模型导入ANSYS软件中，在软件中设置样板的基本物理参数，划分网格，设置载荷和约束，求解检测圆弧半径这一路径上的变形量，累计得到变形量为Δ₃，则检测圆弧半径误差大小为：

Δr_c3＝Δ₃ (8)

基于公式(1)，得到样板自身重力负载对测量结果的影响最大值：

δ₃＝|δ_p-δ'_p3|_max (9)

其中，δ'_p3表示带有样板自身重力负载的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到样板自身重力负载引入的不确定度分量为：

其中k₃表示包含因子；

步骤四：环境温度变化引入的不确定度分量

环境温度变化将会引起检测圆弧半径的大小变化；将建立好的三维模型导入ANSYS软件中，在软件中设置样板的基本物理参数，划分网格，设置载荷和约束，设置温度变化量Δ_t，求解检测圆弧半径这一路径上的变形量，累计得到变形量为Δ₄，检测圆弧半径误差大小为：

Δr_c4＝Δ₄ (11)

基于公式(1)，得到环境温度变化对测量结果的影响最大值：

δ₄＝|δ_p-δ'_p4|_max (12)

其中，δ'_p4表示带有环境温度变化的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到环境温度变化引入的不确定度分量为：

其中k₄表示包含因子；

步骤五：计算检测圆弧半径误差引入的标准不确定度分量；

根据式(4)、式(7)、式(10)和式(13)，计算检测圆弧半径误差引入的标准不确定度分量为：

步骤六：定心轴与测量中心轴的平行度引入的不确定度分析；

定心轴与测量中心轴的平行度会导致样板中心距C的变化；将建立好的三维模型导入ANSYS软件中，在软件中设置样板的基本物理参数，划分网格，设置载荷和约束，定心轴与测量中心轴的平行度误差的求解路径，在ANSYS中求解可得该路径上的变形量，累计得到变形量为Δ₅，即中心距的误差大小为：

ΔC₁＝Δ₅ (15)

基于公式(1)，得到定心轴与测量中心轴的平行度对测量结果的影响最大值：

δ₅＝|δ_p-δ'_p5|_max (16)

其中，δ'_p5表示带有定心轴与测量中心轴的平行度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到定心轴与测量中心轴的平行度引入的不确定度分量为：

其中k₅表示包含因子；

步骤七：测量中心轴阶梯轴的同轴度引入的不确定度分析；

测量中心轴阶梯轴的同轴度会导致样板中心距C的变化；将建立好的三维模型导入ANSYS软件中，在软件中设置样板的基本物理参数，划分网格，设置载荷和约束，测量中心轴阶梯轴的同轴度的两条求解路径，在ANSYS中求解可得两条路径上的变形量，作差得到差值为Δ₆，中心距的误差大小为：

ΔC₂＝Δ₆ (18)

基于公式(1)，得到测量中心轴阶梯轴的同轴度对测量结果的影响最大值：

δ₆＝|δ_p-δ'_p6|_max (19)

其中，δ'_p6表示带有测量中心轴阶梯轴的同轴度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到测量中心轴阶梯轴的同轴度引入的不确定度分量为：

其中k₆表示包含因子；

步骤八：测量中心轴阶梯轴的垂直度引入的不确定度分析；

测量中心轴阶梯轴的垂直度会导致样板中心距C的变化；当测量中心轴阶梯轴的同轴度为Δ₇时，中心距的误差大小为：

ΔC₃＝Δ₇ (21)

基于公式(1)，得到测量中心轴阶梯轴的垂直度对测量结果的影响最大值：

δ₇＝|δ_p-δ'_p7|_max (22)

其中，δ'_p7表示带有测量中心轴阶梯轴的同轴度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到测量中心轴阶梯轴的垂直度引入的不确定度分量为：

其中k₇表示包含因子；

步骤九：定心轴圆柱度引入的不确定度分析；

定心轴圆柱度会导致样板中心距C的变化；当定心轴圆柱度误差为Δ₈时，中心距的误差大小为：

ΔC₄＝Δ₈ (24)

基于公式(1)，得到定心轴圆柱度对测量结果的影响最大值：

δ₈＝|δ_p-δ'_p8|_max (25)

其中，δ'_p8表示带有定心轴圆柱度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到定心轴圆柱度引入的不确定度分量为：

其中k₈表示包含因子；

步骤十：测量中心轴圆柱度引入的不确定度分析；

测量中心轴圆柱度会导致样板中心距C的变化；当定心轴圆柱度误差为Δ₉时，中心距的误差大小为：

ΔC₅＝Δ₉ (27)

基于公式(1)，得到测量中心轴圆柱度对测量结果的影响最大值：

δ₉＝|δ_p-δ'_p9|_max (28)

其中，δ'_p9表示带有测量中心轴圆柱度的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到测量中心轴圆柱度引入的不确定度分量为：

其中k₉表示包含因子；

步骤十一：框架有效长度引入的不确定度分析；

框架有效长度会导致样板中心距C的变化；当框架有效长度误差为Δ₁₀时，中心距的误差大小为：

ΔC₆＝Δ₁₀ (30)

基于公式(1)，得到框架有效长度对测量结果的影响最大值：

δ₁₀＝|δ_p-δ'_p10|_max (31)

其中，δ'_p10表示带有框架有效长度误差的样板原理误差，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到框架有效长度误差引入的不确定度分量为：

其中k₁₀表示包含因子；

步骤十二：计算中心距误差引入的标准不确定度分量；

根据式(17)、(20)、(23)、(26)、(29)、(32)可知，中心距误差所引入的标准不确定度分量为：

步骤十三：测头半径引入的不确定度；

测头半径误差引入的标准不确定度分量为：

其中，Δr_p为测头半径误差，表示包含因子；

步骤十四：样板旋转角度引入的不确定度；

存在旋转角度偏差时样板的原理偏差为：

其中，NO₁在ΔBMO和ΔMNO₁由几何关系得出，r为渐开线矢向半径；

得出样板旋转角度误差对测量结果的影响最大值：

δ₁₁＝|δ_p-δ_Δ|_max (36)

其中，δ_p表示公式(1)的理想情况下的样板原理误差；

由此得到板旋转角度误差引入的标准不确定度分量为：

其中，k_ε表示包含因子；

步骤十五：计算双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的测量不确定度；

根据式(8)、(27)、(28)和(31)计算双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的合成标准不确定度：

步骤十六：双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的精度按误差源分配，样板的各误差源所引入的合成误差：

根据所求的样板合成误差，确定样板的精度等级。