齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

王振

【摘 要】齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)是中國(guó)機(jī)械工業(yè)自主研發(fā)的國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)之一，并得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。隨著新技術(shù)條件的出現(xiàn)，新的解決方案解決了齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)的一些傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，高測(cè)量效率和信息的先天優(yōu)勢(shì)更加突出。齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)有望迎來新的快速發(fā)展時(shí)期。本文綜述了齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)的理論和發(fā)展趨勢(shì)，為齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)和理論的發(fā)展提供了參考和依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】齒輪；整體誤差測(cè)量技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

齒輪的質(zhì)量通常直接決定了設(shè)備的運(yùn)行性能，使用壽命，安全性和可靠性。經(jīng)過幾次工業(yè)革命后，對(duì)齒輪的需求不斷增長(zhǎng)，其要求也越來越高[1]。目前齒輪正朝高精度、高功率密度、高可靠性、高效率、長(zhǎng)壽命、低噪聲等方向發(fā)展，基于齒輪測(cè)量的齒輪評(píng)估和過程分析是確保齒輪質(zhì)量的主要方式。本文綜述了齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)的理論和發(fā)展趨勢(shì)，為齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)和理論的研究與開發(fā)提供參考和依據(jù)。

一、齒輪整體誤差技術(shù)理論

除了開發(fā)各種實(shí)用的新型儀表外，齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)在齒輪誤差理論方面取得了進(jìn)展，并提出了齒輪的整體誤差理論。新的誤差理論將齒輪的所有工作齒面上的誤差視為一個(gè)整體，并且根據(jù)嚙合順序?qū)⒚總€(gè)齒面點(diǎn)的誤差統(tǒng)一在嚙合線上。這與齒輪質(zhì)量和齒輪切削過程密切相關(guān)?？梢栽谡w誤差圖[2]上直觀地顯示整體誤差。新的整體誤差理論借助于齒輪整體誤差曲線，闡明和解釋了各種齒輪誤差的變化規(guī)律和相互關(guān)系、各種誤差產(chǎn)生的原因和對(duì)傳動(dòng)質(zhì)量的影響，在齒輪嚙合機(jī)理、齒輪誤差反映傳動(dòng)質(zhì)量、齒輪傳動(dòng)質(zhì)量控制、齒面修形、齒輪各種誤差的相互關(guān)系和切齒工藝誤差分析等多個(gè)方面澄清了一系列與齒輪精度有關(guān)的問題。

齒輪整體誤差有幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)：一是反映了齒輪的全部誤差信息；二是準(zhǔn)確揭示齒輪各個(gè)誤差的變化規(guī)律及其相互關(guān)系；第三是在視覺上反映錯(cuò)誤齒輪的嚙合過程。特別適用于齒輪過程誤差分析和動(dòng)態(tài)性能預(yù)測(cè)。分析包含豐富錯(cuò)誤信息的齒輪的整體誤差曲線，并揭示嚙合過程。研究與之相關(guān)的齒輪副整體誤差、齒輪修形、承載變形、振動(dòng)與噪聲、齒輪配對(duì)等問題，取得了一系列理論成果并得到具體應(yīng)用[3]。

二、齒輪整體誤差技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）測(cè)量?jī)x器方面

測(cè)量效率和準(zhǔn)確度是儀表的重要性能指標(biāo)。目前，整體誤差齒輪測(cè)量?jī)x比齒輪測(cè)量中心更有效，但仍有改進(jìn)的余地。隨著機(jī)械動(dòng)力學(xué)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟、硬件水平的提升，齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域的動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)非常廣泛和深入，機(jī)床動(dòng)力學(xué)對(duì)齒輪加工過程也有很多研究，但測(cè)量領(lǐng)域的動(dòng)力學(xué)研究目前還很不充分，而整體誤差測(cè)量機(jī)動(dòng)力學(xué)研究幾乎是一片空白。為了進(jìn)一步提高整體誤差齒輪測(cè)量?jī)x的測(cè)量效率，有必要深入研究整體誤差測(cè)量機(jī)的動(dòng)力學(xué)。一方面解決一定機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)下最高許用測(cè)量速度的理論計(jì)算問題，另一方面為提高最高許用測(cè)量速度提出機(jī)械、電氣和控制策略方面的優(yōu)化建議。

目前，齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)主要用于圓柱齒輪測(cè)量的批量生產(chǎn)，有錐齒輪測(cè)量?jī)x器，但實(shí)際應(yīng)用并不多。在測(cè)量領(lǐng)域中沒有生產(chǎn)量規(guī)，例如平面齒輪和擺線齒輪。隨著我國(guó)機(jī)器人減速機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，擺線針輪減速機(jī)總成誤差測(cè)量?jī)x也是發(fā)展方向之一。整體誤差式測(cè)量?jī)x器的機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅需要兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主軸即可完成測(cè)量。相比于齒輪測(cè)量中心，不但對(duì)環(huán)境因素不敏感，而且誤差形式簡(jiǎn)單、誤差項(xiàng)目少，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。因此，整體誤差測(cè)量?jī)x器是最適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x器。對(duì)于難以用常規(guī)方法測(cè)量的特大齒輪和微小齒輪，開發(fā)基于整體誤差的在機(jī)測(cè)量裝置也是有可能取得重要進(jìn)展的研究方向。

（二）工藝誤差分析方面

傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程控制主要關(guān)注加工過程的穩(wěn)定性分析，對(duì)工業(yè)誤差溯源的幫助則較為有限。利用齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)，可以有效地獲得所測(cè)量的齒輪的所有齒廓誤差信息或齒面拓?fù)湫畔?。采用新的統(tǒng)計(jì)分析方法處理整體誤差的大量測(cè)量數(shù)據(jù)可以得到優(yōu)于傳統(tǒng)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，可用于分析齒輪加工誤差的來源并預(yù)測(cè)齒輪使用情況。這種新的分析和評(píng)價(jià)方法的正確性和有效性通過大量的應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證之后，未來可應(yīng)用于針對(duì)特定加工設(shè)備的在線誤差補(bǔ)償。

傳統(tǒng)上圓柱齒輪加工中基于測(cè)量的機(jī)床參數(shù)反調(diào)是由人工完成的，僅在在螺旋錐齒輪加工領(lǐng)域引入了計(jì)算機(jī)輔助的機(jī)床參數(shù)調(diào)整，其中調(diào)整參數(shù)特別復(fù)雜。然而，隨著齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的功率密度的不斷提高，齒輪修形，齒形修改和正齒輪的組合修改已被廣泛推廣。圓柱齒輪拓?fù)涓脑斓募庸ず蜏y(cè)量技術(shù)已投入實(shí)際應(yīng)用。因此，用于修形圓柱齒輪的基于測(cè)量的機(jī)床參數(shù)自動(dòng)反調(diào)技術(shù)已具有了實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。齒輪整體誤差測(cè)量具有效率高、信息全的優(yōu)點(diǎn)，是最適用于該應(yīng)用場(chǎng)合的齒輪測(cè)量原理，未來在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的研究必將取得豐碩的成果。

（三）齒輪配對(duì)方面

在齒輪整體誤差概念提出伊始就已經(jīng)有了對(duì)批量生產(chǎn)齒輪進(jìn)行基于測(cè)量的配對(duì)使用，從而在不提高加工質(zhì)量的前提下改善齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的構(gòu)想。齒輪副的整體誤差理論在主齒輪和從動(dòng)齒輪的幾何誤差與齒輪副的運(yùn)動(dòng)誤差之間建立了橋梁。為基于齒輪測(cè)量的有誤差齒輪嚙合過程分析和傳動(dòng)質(zhì)量預(yù)報(bào)提供了理論基礎(chǔ)?；邶X輪副總誤差的新動(dòng)力學(xué)模型為分析和控制齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提供了理論依據(jù)。它提供了一種通過齒輪選擇減少齒輪振動(dòng)和噪音的新方法。隨著汽車齒輪快速測(cè)量機(jī)和齒輪振動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)機(jī)相繼投入試用，在大量整體誤差測(cè)量數(shù)據(jù)和齒輪傳動(dòng)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持下，基于齒輪整體誤差測(cè)量的齒輪分選與配對(duì)理論研究勢(shì)必取得突破性進(jìn)展。有望在短期內(nèi)得到實(shí)際應(yīng)用。未來，隨著在機(jī)測(cè)量裝置及數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化工作的不斷發(fā)展，以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)

等使能條件的完善，齒輪配對(duì)將突破一廠、一地的限制，最終趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)全領(lǐng)域齒輪的全局智能調(diào)配使用。

三、結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)控系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等使能技術(shù)的不斷發(fā)展，齒輪加工和檢測(cè)領(lǐng)域出現(xiàn)了全新的技術(shù)條件。在新的技術(shù)條件下，齒輪整體誤差測(cè)量中的一些傳統(tǒng)問題得到了新的解決方案，高測(cè)量效率和綜合信息的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加突出。

【參考文獻(xiàn)】

[1]石照耀.齒輪整體誤差與齒輪傳動(dòng)噪聲的關(guān)系研究[D].西安：陜西機(jī)械學(xué)院，2016.

[2]康焱.齒輪副整體誤差及其在齒輪配對(duì)中的應(yīng)用[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]舒贊輝.齒輪高效配對(duì)原理及試驗(yàn)研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2017.