小模數(shù)齒輪測(cè)量的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，小模數(shù)齒輪越來越多的應(yīng)用到機(jī)械生產(chǎn)中，并且還有向微小尺寸發(fā)展的趨勢(shì)，隨著齒輪尺寸的變小，對(duì)其進(jìn)行的測(cè)量工作將會(huì)越來越難，在測(cè)量精度和準(zhǔn)確度方面要求越來越嚴(yán)。我國(guó)在這方面的測(cè)量技術(shù)也在不斷的發(fā)展，但是以目前傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)無法滿足實(shí)際的需要，所以在技術(shù)上呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過技術(shù)改革，各種新的測(cè)量方法應(yīng)運(yùn)而生，在小模數(shù)齒輪測(cè)量中發(fā)揮了顯著的作用，為我國(guó)的工業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：小模數(shù)齒輪；漸開線；齒輪測(cè)量?jī)x器

1 齒輪測(cè)量概述

齒輪測(cè)量一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量；以綜合測(cè)量（雙面嚙合、單面嚙合測(cè)量）為基礎(chǔ)的功能式測(cè)量；將單項(xiàng)和綜合集成于一體的齒輪整體誤差測(cè)量。齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有近百年的歷史，從整體上考察，其發(fā)展主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：①在測(cè)量原理方面，實(shí)現(xiàn)了由“比較測(cè)量”到“嚙合運(yùn)動(dòng)測(cè)量”，直至“模型化測(cè)量”的發(fā)展；②在實(shí)現(xiàn)測(cè)量原理的技術(shù)手段上，歷經(jīng)了“以機(jī)械為主”到“機(jī)電結(jié)合”。直至當(dāng)今的“光一機(jī)一電”與“信息技術(shù)”綜合集成的演變；③在測(cè)量結(jié)果的表述與利用方面，歷經(jīng)了“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”。直至“計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析并將測(cè)量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。

2 對(duì)小模數(shù)齒輪測(cè)量現(xiàn)狀的分析

對(duì)于小模數(shù)來講主要是指模數(shù)小于1mm的齒輪，目前在機(jī)械制造中應(yīng)用的比較廣泛。我國(guó)對(duì)于齒輪的測(cè)量主要是集中在中模數(shù)齒輪上，對(duì)于大模數(shù)和微小模數(shù)齒輪都是屬于絕端測(cè)量范疇的，對(duì)于小模數(shù)齒輪的測(cè)量在技術(shù)上還比較落后，需要不斷的改進(jìn)。測(cè)量技術(shù)的落后遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足科學(xué)的發(fā)展速度，在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)展的速度非常快，這就需要齒輪的標(biāo)準(zhǔn)要完全符合工業(yè)生產(chǎn)需求，以便更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)。但是現(xiàn)在的測(cè)量技術(shù)還不能夠完全符合工業(yè)生產(chǎn)的需求，究其原因，主要是因?yàn)樾∧?shù)齒輪的結(jié)構(gòu)造成的，齒輪間的齒槽間隙小，輪齒剛性較差，這些都是造成測(cè)量難度的因素。在對(duì)其進(jìn)行測(cè)量的過程中，由于齒槽間隙較小，所以測(cè)頭很難進(jìn)入到齒槽內(nèi)，加之測(cè)桿的剛性較差，在測(cè)量的過程中，對(duì)于精度和反復(fù)度就無法真實(shí)的保證，有時(shí)候甚至無法進(jìn)行測(cè)量。

3 小模數(shù)齒輪的分析式測(cè)量

小模數(shù)齒輪的齒槽小，使分析式測(cè)量難以進(jìn)行，因此在美國(guó)等國(guó)家的小模數(shù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)中，曾經(jīng)只規(guī)定了綜合誤差項(xiàng)目，而對(duì)齒廓、螺旋線和齒距誤差項(xiàng)目沒作規(guī)定，小模數(shù)齒輪的功能性測(cè)量也因此是唯一的測(cè)量方式。隨著分析式齒輪測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，小模數(shù)齒輪的分析式測(cè)量才漸漸被覆蓋。目前，齒輪分析式測(cè)量的主要手段是齒輪測(cè)量中心，它采用坐標(biāo)測(cè)量原理，實(shí)際上是圓柱（極）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，通常由主機(jī)、CNC數(shù)控單元、數(shù)據(jù)采集單元、機(jī)電通訊接口、計(jì)算機(jī)及外設(shè)、測(cè)量軟件和數(shù)據(jù)處理軟件等部分組成.從原理上講，小模數(shù)齒輪測(cè)量中心與常見的中大模數(shù)齒輪測(cè)量中心是完全一樣的，只是針對(duì)小模數(shù)齒輪的特點(diǎn)，在儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、特別是測(cè)頭方面，進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，測(cè)頭的關(guān)鍵技術(shù)是微小測(cè)量力的控制與微細(xì)測(cè)桿的加工，在功能上。

4 小模數(shù)齒輪測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)

在齒輪的發(fā)展史中，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而在機(jī)械制造方面也在不斷的提高，那么對(duì)于齒輪的技術(shù)也就不斷的有所改進(jìn)，越來越多的小模數(shù)齒輪應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中，那么對(duì)于這些小模數(shù)齒輪的測(cè)量就成了研究的熱點(diǎn)。因?yàn)樾∧?shù)齒輪的齒槽間隙較小，測(cè)桿很難進(jìn)入，并且測(cè)桿的剛性較差，由此在測(cè)量的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差影響到測(cè)量精度。微小模數(shù)齒輪的出現(xiàn)，對(duì)于小模數(shù)齒輪來講是一種挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法根本不能夠滿足現(xiàn)有齒輪使用狀況，分析式測(cè)量在模數(shù)上始終不能夠突破0.2mm，而雙嚙綜合測(cè)量突破不了模數(shù)0.1mm，使用雙嚙測(cè)量技術(shù)對(duì)小模數(shù)齒輪進(jìn)行測(cè)量是不得已的辦法。所以在近些年來研究小模數(shù)齒輪的測(cè)量技術(shù)成為了業(yè)界研究的重點(diǎn)，并且呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢(shì)頭。其主要測(cè)量技術(shù)表現(xiàn)為：基于視覺測(cè)量的齒輪并聯(lián)測(cè)量技術(shù)、基于光纖測(cè)頭的齒輪分析測(cè)量技術(shù)以及齒輪單面嚙合測(cè)量技術(shù)。

4.1 基于視覺測(cè)量的齒輪并聯(lián)測(cè)量技術(shù)

傳統(tǒng)的測(cè)量方法是通過對(duì)齒輪表面采點(diǎn)來獲取相應(yīng)的信息，屬于串聯(lián)式的測(cè)量，而基于視覺的測(cè)量技術(shù)是非接觸法，是對(duì)于串聯(lián)式測(cè)量的一種改進(jìn)手段，對(duì)于齒輪可以同時(shí)獲取所需的信息，稱之為并聯(lián)測(cè)量。在串聯(lián)測(cè)量中，需要對(duì)齒輪的表面進(jìn)行逐個(gè)采點(diǎn)，然后將每一個(gè)點(diǎn)綜合聯(lián)系起來，這種測(cè)量方法存在的不足就是對(duì)于齒輪表面獲取的信息不夠豐富，從而影響到測(cè)量的效率，而并聯(lián)測(cè)量就很好的解決了這個(gè)問題。

4.2 基于光纖測(cè)頭的齒輪分析測(cè)量技術(shù)

光纖測(cè)頭是近幾年精密測(cè)頭的研究熱點(diǎn)，將該測(cè)頭應(yīng)用到微小齒輪測(cè)量中已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。光纖測(cè)頭種類較多，比較成熟的工作原理為采用光纖頭進(jìn)行定位、使用光學(xué)測(cè)頭進(jìn)行位置測(cè)量.目前，世界上最小的接觸式光纖測(cè)頭，最小直徑為25m，最小測(cè)力為1N。這種測(cè)頭在精密測(cè)量機(jī)上測(cè)量微小齒輪，其測(cè)量不確定度可達(dá)0.5m。

4.3 齒輪單面嚙合測(cè)量技術(shù)

“齒輪單面嚙合測(cè)量”是符合齒輪使用狀態(tài)的高效精密測(cè)量方式，這一概念從提出至今已有80余年，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了它在齒輪誤差測(cè)量中的重要地位。基于齒輪單面嚙合測(cè)量原理，在不同時(shí)期，人們構(gòu)建了不同的測(cè)量系統(tǒng)，產(chǎn)生了基于不同傳感器原理的齒輪單面嚙合檢查儀。目前，中模數(shù)齒輪單嚙儀是非常成熟的技術(shù)；已有針對(duì)模數(shù)0.2～1mm齒輪的單嚙儀，但在齒輪直徑上有非常嚴(yán)格的限制。

由于小模數(shù)齒輪（特別是微小模數(shù)塑料齒輪）的尺寸小、剛度小、慣性小、受力易變形，而常規(guī)齒輪單面嚙合測(cè)量?jī)x的主軸系統(tǒng)（包括軸系、光柵傳感器、聯(lián)軸器、電機(jī)等）的慣性大、阻力大，致使“單面嚙合測(cè)量”原理未能在微小模數(shù)齒輪的測(cè)量中得到應(yīng)用。因此，微小模數(shù)齒輪的單嚙測(cè)量技術(shù)一直是世界性技術(shù)難題。

5 結(jié)論

以上對(duì)于小模數(shù)齒輪測(cè)量的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和測(cè)量技術(shù)都進(jìn)行了相應(yīng)的分析，小模數(shù)齒輪的測(cè)量精度將關(guān)系到機(jī)械制造的質(zhì)量，所以要對(duì)測(cè)量技術(shù)給予足夠的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各項(xiàng)新測(cè)量技術(shù)在不斷的應(yīng)用到齒輪測(cè)量中，促進(jìn)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。在信息處理技術(shù)和數(shù)字技術(shù)方面將會(huì)不斷的進(jìn)行改進(jìn)，光纖測(cè)頭也應(yīng)用到了微小齒輪測(cè)量中，對(duì)于測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性有了很大程度的提高，在齒輪測(cè)量技術(shù)方面有所提高。在未來的發(fā)展過程中，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，測(cè)量技術(shù)還會(huì)有新的改進(jìn)，對(duì)于齒輪的測(cè)量也將會(huì)更加的精密，準(zhǔn)確，為機(jī)械制造的質(zhì)量創(chuàng)造了更加有利的條件。

參考文獻(xiàn)

[1]GoCH G.Gear metrology[J].Annals of the CIRP，2003，52（2）：659.695.

[2]姚福生，石照耀.張兆龍.中國(guó)特色的齒輪測(cè)量—齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù).中國(guó)科學(xué)技術(shù)前沿[M].上海：上海教育.1997：398-413.

[3]小島秀芳，小笠原真智.精密工學(xué)會(huì)志[M].東京：精密工學(xué)會(huì)志編輯委員會(huì)，2003：47.60.