专利名称：渐开线齿轮波度样板的制作方法
技术领域：
本发明与齿轮误差测量技术和装置有关，属于精密测试技术及仪器、机械传动技术领域。
背景技术：
齿轮是各种机械装备的关键传动零件，广泛应用于汽车、仪器仪表、机床、船舶、工程机械、发电设备等各个领域。随着科学技术的发展，齿轮正朝高功率密度、高可靠性、低噪声长寿命方向发展。保证加工精度，控制齿轮质量，是确保齿轮性能的 基础。齿轮误差可分为两大类单项几何误差和综合误差。单项几何误差包括齿廓偏差、齿向(螺旋线)偏差和齿距偏差；综合误差包括切向综合偏差和径向综合偏差。现代齿轮加工设备的精度越来越高，作为精密零件的齿轮，其齿廓、螺旋线和齿距的精度可达到微米级。目前国际上的普遍观点认为齿轮误差测量结果的主要成分来源于仪器的测量误差，而不是机床的加工误差。因此，对齿轮仪器的测量精度提出了更高的要求，亟需研究新的齿轮仪器检定理论和技术。在表征齿轮精度的误差项目中，齿廓偏差和螺旋线偏差通常包含形状误差、低频误差和高频误差成分；而齿轮切向综合误差和径向综合误差都包含高频成分和低频成分。现在的齿轮测量仪器(如齿轮测量中心、齿轮单面啮合检查仪、齿轮双面啮合检查仪等)，都是光机电一体化仪器，在测量信号和齿轮误差处理过程中，大量采用了滤波技术(包括硬件和软件滤波)。一些齿轮仪器生产厂家，为提高仪器的测量重复性，制造仪器稳定可靠的“假象”，不适当地采用滤波器，将误差中的高频成分过滤掉。对精度不高的齿轮，形状误差和低频误差是主要成分，去掉高频成分对测量成果没什么影响；但对高精度齿轮，形状误差和低频误差与高频误差处在同一数量级，过滤掉高频成分，将影响测量结果，实际上是将齿轮误差缩小了。在同样的硬件条件下，齿轮测量仪器的滤波算法的好坏直接决定测量结果的准确性；同一齿轮在机械精度相近的齿轮仪器上测量，其测量结果相差较大，这很大程度也是由不同的滤波算法造成的，不当的滤波算法会将有用的误差信息也滤掉了。而研究表明，齿轮误差中的高频成分对应于齿轮的齿面波度，而齿面波度对齿轮磨损、寿命和噪声都有直接影响。在当今齿轮加工水平下，控制齿轮齿面波度成为控制齿轮质量的重要方面。目前，控制齿轮仪器质量、保证量值传递的样板体系有渐开线样板、螺旋线样板、齿距样板。现有齿轮计量体系中，没有检定齿轮测量仪器滤波算法的计量手段，更不能实现齿轮波度的量值传递。因此，研制齿轮波度样板、研究齿轮波度的标准分析算法；通过齿轮波度样板来标定齿轮测量仪器，特别是针对齿轮测量仪器的滤波性能的评定，实现齿轮波度的量值传递，在齿轮加工和测量领域具有重大意义。同时，齿轮噪声产生机理复杂，但齿轮制造误差被认为是主要的激励源。齿轮各单项误差的综合作用的结果是齿轮的传动误差，传动误差是产生齿轮振动和噪声的主要激励源。迄今，对齿轮振动和噪声有大量的研究，建立了多种动力学模型，齿轮传动误差以激励项的形式出现在各种模型中。通过数值求解，可以对齿轮传动系统进行仿真研究。虽然齿轮传动误差构成复杂，但这种周期性信号可以通过付氏级数分解成一系列单频成分，进而可以仿真研究各单频成分对振动和噪声的影响。这种仿真分析虽然能得到一些有价值的结论，但迄今缺乏实验验证，即实验中用具有单频传动误差或多种单频传动误差组合的齿轮进行实际振动噪声测试，验证理论分析的正确性。单频传动误差实质上是由齿轮波度误差产生的。齿轮波度误差与齿轮振动和噪声的关系问题是研究齿轮振动和噪声的基本问题，弄清他们间的关系，既有理论意义，对低噪声齿轮设计又具有极大的实际价值。所以设计一种齿轮波度样板，可以评定齿轮测量仪器的滤波性能，实现齿轮波度的量值传递，同时为齿轮噪声理论研究提供更完整的验证条件
发明内容
为了解决齿轮测量仪器滤波性能的评定，解决齿轮噪声理论研究的实验手段问题，本发明提出了渐开线齿轮波度样板。本发明采用如下的技术方案本发明“渐开线齿轮波度样板”，基于渐开线齿廓的生成原理，在齿轮的每个齿的渐开线齿廓上有意叠加特定设计谐波，同时通过特定的设计，保证各齿面的谐波保持一定的相位关系，使该齿轮的切向综合误差与齿廓具有相同的谐波即产生同步的传动误差。本发明“渐开线齿轮波度样板”最终实现对齿轮测量仪器的滤波性能的评定，同时为齿轮啮合噪声分析提供实验验证手段。就渐开线齿轮波度样板的结构和设计的原理而言，根据渐开线的生成原理，将特定的谐波等沿着渐开线的发生线方向叠加到渐开线齿廓上。由渐开线齿廓的特点可知，齿轮啮合线就是渐开线的发生线，所以将谐波沿着渐开线的发生线方向叠加到齿廓上，则在齿轮啮合过程中，齿轮啮合点将按该谐波运动，即将谐波引入到啮合运动中，可以通过测量传动误差曲线获取此谐波信号，理想齿轮副的传动误差曲线图如附图
I所示是一条直线；有误差的齿轮副传动误差曲线图如附图2所示；而本发明设计的渐开线波度样板的传动误差曲线如附图3至5所示。为不同的测试目的可设计不同的谐波。可以在同一齿形上叠加多种谐波，以实现复杂测试的要求。在对齿廓进行谐波叠加时，因为需要考虑实际齿轮啮合时,齿轮重合系数大于I,所以叠加的谐波初始相位需要通过齿轮的基圆齿距与叠加的谐波的波长来计算。本发明的渐开线齿轮波度样板示意图如附图6所示，作为定位基准，齿轮波度样板可以是带轴的，也可以是带孔的，可以是对单个齿的齿面叠加谐波，也可以对多个齿的齿面叠加谐波，可以对齿轮一侧齿面叠加谐波，也可以两侧齿面同时叠加谐波，可以对每个齿的齿面叠加相同的谐波，也可以对每个齿的齿面叠加不同的谐波。带轴的齿轮波度样板如附图7所示。渐开线齿轮波度样板，其特征在于在渐开线齿轮的齿面上加工出带有波度的特殊齿面，即将设计的波长、幅值的谐波沿着渐开线的发生线方向叠加到渐开线齿轮齿廓上。叠加的方法如下步骤I:首先给定谐波波长、幅值和初始相位；
谐波波长计算公式如下kxX λ sin = Ji XmXz X cos α其中λ sin为叠加谐波的波长，Ji为圆周率为齿轮模数，z为齿数，α为压力角，ki为谐波波长系数，Ic1 = 1，2，3…η ；幅值根据用户设计目的给定，从几微米到几十微米；初始相位设计原则为任何时刻，参与啮合的各齿在同侧齿面所叠加谐波相位在啮合线方向相等，保证齿轮在双啮区波形一致，相邻同侧齿没有基节偏差；仅需要考虑相邻同侧齿啮合方向齿面叠加谐波的初始相位差，第一个叠加谐波的齿面初始相位可以取任意值，然后根据相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位公式计算其它齿面叠加谐波的初始相位。相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位差计算公式为
权利要求
1.渐开线齿轮波度样板，其特征在于在渐开线齿轮的齿面上加工出带有波度的特殊齿面，即将设计的波长、幅值和初始相位的谐波沿着渐开线的发生线方向叠加到渐开线齿轮齿廓上；叠加的方法如下 步骤I: 首先给定谐波波长、幅值和初始相位； 谐波波长计算公式如下kx X A sin = Ji XmXz X cos a 其中X sin为叠加谐波的波长，Ji为圆周率，m为齿轮模数，z为齿数，a为压力角，Ic1为谐波波长系数，k: = 1，2，3吣11 ； 幅值根据用户设计目的给定，从几微米到几十微米； 初始相位设计原则为任何时刻，参与啮合的各齿在同侧齿面所叠加谐波相位在啮合线方向相等，保证齿轮在双啮区波形一致，相邻同侧齿没有基节偏差；仅需要考虑相邻同侧齿啮合方向齿面叠加谐波的初始相位差，第一个叠加谐波的齿面初始相位可以取任意值，然后根据相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位公式计算其它齿面叠加谐波的初始相位；相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位差计算公式为
2.根据权利要求I所述的渐开线齿轮波度样板，其特征在于其定位方式为轴定位或孔定位。
3.根据权利要求I所述的渐开线齿轮波度样板，其特征在于对齿轮每个齿的齿面叠加谐波后，在整个齿轮传动误差曲线上，将设计波度叠加到理论齿轮传动误差曲线上，即传动误差曲线为一条设计的波度曲线。
4.根据权利要求I所述的渐开线齿轮波度样板，其特征在于所述渐开线齿轮波度样 板为仅对单个齿的齿面叠加谐波，或对多个齿的齿面叠加谐波；对一侧齿面叠加谐波，或对左右两侧齿面同时叠 加谐波；对每个齿面叠加相同的谐波，也可以对每个齿面叠加不同的谐波。
全文摘要
本发明“渐开线齿轮波度样板”，基于渐开线齿廓的产生原理，设计一种新颖的渐开线齿轮波度样板。它是在齿轮啮合原理的基础上，根据渐开线的生成原理，将设计波度沿着渐开线的发生线方向叠加到渐开线齿廓上，每个齿面可以根据设计目的叠加数个谐波，谐波的波长与初始相位需要根据齿轮波度理论计算。渐开线齿轮波度样板，将特定谐波叠加在标准齿轮传动误差曲线中，最终实现对齿轮测量仪器滤波算法的评定，对齿轮噪声理论提供完备的测试手段，完善齿轮标准样板体系。
文档编号G01M13/02GK102706306SQ20121005109
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者张白, 石照耀 申请人:北京工业大学