专利名称：一种测量齿轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种齿轮的测量技术，特别涉及一种用于齿轮的单面和双面啮合测量的测量齿轮及其测量方法。
背景技术：
齿轮是应用广泛的传动零件，齿轮质量是影响齿轮副传动品质和整机性能的主要因素，齿轮单面啮合测量和齿轮双面啮合测量的测量原理简单、测量过程动态连续且接近于齿轮的使用状态、测量效率高、对环境要求不严格，是齿轮质量的常用检验方式。测量齿 轮指具有理想精确齿廓的测量用标准齿轮，是齿轮单面啮合测量和齿轮双面啮合测量的关键零件。齿轮单面啮合测量通过产品齿轮与测量齿轮在适当的安装中心距情况下的有侧隙单面啮合传动，测量产品齿轮的实际圆周位移(或转角)相对于理论圆周位移(或转角)的变化情况，测量获得的切向综合偏差曲线既能体现几何偏心和运动偏心的影响，又能反映齿廓偏差和齿距偏差的影响，是检验齿轮传动误差的典型方法。齿轮双面啮合测量通过产品齿轮与测量齿轮的无侧隙双面啮合传动，测量产品齿轮与测量齿轮组成的齿轮副的中心距的变化情况，测量获得的径向综合偏差曲线既能体现产品齿轮的径向跳动和齿厚偏差的影响，又能反映齿廓偏差、齿距偏差、毛刺和齿轮局部碰伤等因素的影响，是齿轮质量的一种综合测量方法。目前，齿轮的单面啮合测量和双面啮合测量都通过产品齿轮与测量齿轮的啮合传动实现产品齿轮的检测，且测量过程都动态连续，测量效率高，但在单面啮合测量和双面啮合测量的测量过程中，产品齿轮与测量齿轮的中心距和啮合状态不同，测量机理和测量的物理量也不同，所以齿轮的单面啮合测量和双面啮合测量分别由二种不同的测量仪(单面啮合测量仪和双面啮合测量仪)进行测量，迄今为止，尚无一种测量仪既能实现单面啮合测量又能实现双面啮合测量。另外，用现有的单面啮合测量仪及其测量齿轮，一个测量过程只能获得产品齿轮一侧齿面的切向综合偏差曲线，要获得产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差曲线必须进行二次测量，测量效率依然较低。第三，为了保证测量齿轮在双面啮合测量过程中能与产品齿轮的整个有效齿廓相接触，又不与产品齿轮的非有效齿根部分相接触，双面啮合测量的测量齿轮的齿高及齿厚需精确设计，该测量齿轮一般不能用于单面啮合测量，因为产品齿轮与测量齿轮的单面啮合中心距总不同于双面啮合中心距(外啮合时前者总大于后者，内啮合时前者总小于后者)，若把设计用作双面啮合测量的测量齿轮用于单面啮合测量，将不能保证测量齿轮与产品齿轮的整个有效齿廓相接触。综上所述，齿轮的单面啮合测量和双面啮合测量是两种常用的齿轮测量方法，目前这两种测量必须用两种不同的测量仪来进行；在两种测量中所用的测量齿轮需分别设计，不能通用；并且，目前的单面啮合测量需通过两次单啮传动才能完成一个齿轮的测量，检测效率较低。所以，有必要对现有的测量齿轮及单/双面啮合测量方法进行改进和创新。
发明内容[0005]为了克服现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种能在同一台测量仪上通过与产品齿轮的一整周啮合传动，获得产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差曲线和径向综合偏差曲线的测量齿轮及其测量方法。为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种测量齿轮，包括两个轮齿为单侧齿面的半齿测量齿轮，所述的半齿测量齿轮它们同轴安装，相互配合组成一个全齿测量齿轮，其中的一个为与轴固定连接的固定半齿测量齿轮，另一个与轴活套连接的活动半齿测量齿轮；所述的固定半齿测量齿轮与活动半齿测量齿轮之间具有相对的微角转动量；安装时，在两个半齿测量齿轮之间预加微扭矩；在固定半齿测量齿轮与产品齿轮的一侧齿面单面啮合传动时，活动半齿测量齿轮在微扭矩的作用下与产品齿轮的另一侧齿面保持微力接触。本实用新型所述的半齿测量齿轮，在轴向对称平面的一侧为实体的轮辐和轮毂，另一侧轮辐和轮毂的对应位置为空腔。本实用新型技术方案还包括在两个半齿测量齿轮之间安装微扭矩扭簧，使两个半齿测量齿轮组成的全齿测量齿轮的齿槽宽为最小。·采用上述测量齿轮进行齿轮单/双面啮合测量的方法是，采用一次单面啮合测量，得到产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差及径向综合偏差，具体包括如下步骤(I)将测量齿轮中的固定半齿测量齿轮采用微力接触缓速转动的单面啮合传动，驱使产品齿轮转动一周，测量并记录传动中固定半齿测量齿轮和产品齿轮的转角值，得到产品齿轮一侧齿面的切向综合偏差；(2)步骤(I)中，活动半齿测量齿轮随固定半齿测量齿轮转动的同时，受预加微扭矩作用，在与产品齿轮保持微力接触的状态下相对于固定半齿测量齿轮转动，测量并记录传动中活动半齿测量齿轮与固定半齿测量齿轮之间的相对转角值，得到产品齿轮另一侧齿面的切向综合偏差；(3)依据齿轮副的无侧隙传动原理及步骤(2)测得的活动半齿测量齿轮与固定半齿测量齿轮之间的相对转角值，得到产品齿轮的径向综合偏差。本实用新型技术方案所述的半齿测量齿轮的结构特点是在齿轮的横剖面内，齿轮轮齿仅具有传统测量齿轮轮齿对称中线一侧的半个轮齿，对称中线另一侧的半个轮齿及其与之相连的部分轮缘被切去，形成半齿槽；在齿轮的轴剖面内，齿轮仅具有传统测量齿轮轴向对称平面一侧的轮辐和轮毂，轴向对称平面另一侧的轮辐和轮毂被切去，形成空腔；沿齿轮轴线方向，轮齿的半个齿宽与轮辐和轮毂相连，另半个齿宽悬伸。将一个半齿测量齿轮轮齿的悬伸端插入另一个半齿测量齿轮的半齿槽组成“全齿”测量齿轮后，两半齿测量齿轮能绕公共轴线微角转动，使得所组成的测量齿轮成为齿槽宽(或齿厚)可变的测量齿轮。本实用新型技术方案所述的两半齿测量齿轮之间的相对微角转动的转角范围由两半齿测量齿轮的形状、尺寸及其偏差决定，其值应使得两半齿测量齿轮的两个齿面能与产品齿轮考虑制造偏差及可能的毛剌或局部损伤情况下的轮齿两侧齿面相接触。由于上述技术方案的运用，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点I、本实用新型提供的测量齿轮由两个半齿测量齿轮组成，该两个半齿测量齿轮组合成测量齿轮后再进行最终精加工，既能维持现有传统测量齿轮的加工精度，又不存在额外的加工难度，也不会明显增加测量齿轮的制造成本。[0017]2、本实用新型提供的组成测量齿轮的半齿测量齿轮，其轮齿沿齿宽方向一半与轮辐和轮毂相连、一半悬伸，由于测量齿轮与产品齿轮在单面或双面啮合测量过程中仅需保持微力接触，所以上述结构不存在强度和刚度问题。3、本实用新型提供的由两个半齿测量齿轮组成的测量齿轮，其实质相当于一个齿厚(或齿槽宽)可变的测量齿轮，由于该齿轮在适当的固定中心距下能与产品齿轮保持双面接触，设计时仅需保证该齿轮能与产品齿轮的整个有效齿廓相接触，而无需考虑齿厚的影响，所以，设计和制造相对于现有测量齿轮而言更简单。4、本实用新型提供的测量齿轮的轮齿两侧齿面分别属于两个半齿测量齿轮，两个半齿测量齿轮同轴安装，其中一个与轴固定连接，另一个与轴活动连接，且两者之间能微角转动。这种结构的优点，一是使与轴固连的半齿测量齿轮通过单面啮合传动，驱使产品齿轮转动一周，测量并记录与轴固连的半齿测量齿轮和产品齿轮的转角变化情况，能获得产品齿轮一侧齿面的切向综合偏差(这相当于传统的单面啮合测量)；二是能通过预加在两个半齿测量齿轮之间的微扭矩，使与轴活套的半齿测量齿轮与产品齿轮的另一侧齿面保持 微力接触，测量并记录上述情况下与轴活套和与轴固连的两个半齿测量齿轮之间的相对转角，据此能导出产品齿轮另一侧齿面的切向综合偏差；三是根据齿轮副无侧隙传动原理及上述获得的两个半齿测量齿轮之间的相对转角，能导出产品齿轮的径向综合偏差。也就是说，采用本实用新型技术方案，通过一次单面啮合测量，能获得产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差和径向综合偏差，从而明显提高测量效率。5、本实用新型技术方案所要求的测量仪与传统的单面啮合测量仪结构相仿，仅需在传统单面啮合测量仪的基础上增加测量和记录两半齿测量齿轮相对转角的功能，这是比较容易实现的，不会明显增加测量仪的结构复杂性和制造成本。
图I是本实用新型实施例提供的测量齿轮中一个半齿测量齿轮的横剖面示意图；图2是本实用新型实施例提供的测量齿轮中一个半齿测量齿轮的轴剖面示意图；图3是本实用新型实施例提供的测量齿轮用于对产品齿轮进行单/双面啮合测量的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步的阐述。实施例I参见附图I和附图2，本实施例组成测量齿轮的半齿测量齿轮结构的具体实施方案如下在垂直于齿轮轴线的横剖面内，半齿测量齿轮的轮齿I仅具有单侧齿面，即为传统测量轮齿对称中线2 —侧的半个轮齿，对称中线另一侧的半个轮齿及其与之相连的部分轮缘被切去，形成半齿槽3 ;在通过齿轮轴线的轴剖面内，半齿测量齿轮的轮辐6和轮毂7仅具有轴向对称平面4 一侧的实体，轴向对称平面4另一侧的材料被切去，形成空腔5 ;沿齿轮轴线方向，半齿测量齿轮轮齿的半个齿宽与轮辐6和轮毂7相连，另半个齿宽悬伸；半齿测量齿轮的轮齿采用保留部分轮缘8的结构可提高轮齿悬伸部分的强度和刚度。参见附图3，它为本实施例提供的测量齿轮用于对产品齿轮9进行单/双面啮合测量的原理示意图。本实用新型提供的测量齿轮由两个如图I和图2所示的半齿测量齿轮组成，其中一个半齿测量齿轮轮齿的悬伸部分插在另一半齿测量齿轮的半齿槽中，通过适当设计半齿测量齿轮的半齿槽的形状、尺寸及其偏差，使得两半齿测量齿轮组成全齿测量齿轮后能相对微角转动。测量齿轮与轴的安装方式为其中的一个半齿测量齿轮11 (设为齿轮A)与轴固连，另一个半齿测量齿轮10 (设为齿轮B)与轴活套，后者相对于前者能绕安装轴轴线灵活转动；安装时，齿轮B上预加一个微扭矩(如在齿轮B与轴之间安装一根微力扭簧)，使得齿轮B与齿轮A组成的“测量齿轮”趋向于齿槽宽较小(或轮齿齿厚较大)的状态；并且，当齿轮B相对于齿轮A微角转动时，所组成的“测量齿轮”就成了一个齿槽宽(或齿厚)能在一定范围内变化的可变齿槽宽(或齿厚)齿轮。测量齿轮与产品齿轮9以适当的固定中心距安装，测量齿轮的轮齿齿廓能与产品齿轮9的整个有效齿廓相接触，测量齿轮的齿槽宽变化范围能啮入考虑制造偏差、毛刺及可能的局部损伤等因素后的产品齿轮9的轮齿。在测量齿轮与产品齿轮单面啮合传动测量时，测量齿轮中与轴固定连接的半齿测量齿轮A以转角Φ逆时针转动，通过微力接触缓速转动的单面啮合传动，驱使产品齿轮以转角￥ = ^(0)顺时针转动一周。由于测量齿轮制造精度高，传动误差可认为完全源于产品齿轮，所以可得到产品齿轮右侧齿面(与半齿测量齿轮A相接触的一侧齿面)以转角表示的切向综合偏差δA为δΑ = ψ{φ)-^·φ逆、^ )(Ο
Z2U <φ<φΜ α<ψ<2π式中，Z1和Z2分别是测量齿轮和产品齿轮的齿数。仿上，令测量齿轮顺时针转动，通过单面啮合，驱使产品齿轮逆时针转动一周，可获得产品齿轮左侧齿面以转角表示的切向综合偏差δΒ。但对于本实用新型测量齿轮，无需进行再一次的单面啮合测量，直接根据上述单面啮合测量的结果即可导出切向综合偏差
δ B。在上述单面啮合测量过程中，半齿测量齿轮B —边随半齿测量齿轮A转动，一边受微扭矩作用在与产品齿轮左侧齿面保持微力接触的情况下相对于半齿测量齿轮A转动，相对转角〃BA = 〃ΒΑ(0)，且规定齿轮B相对于齿轮A逆时针转动时相对转角〃ΒΑ取正，反之取负。于是，半齿测量齿轮B在上述测量过程中的实际转角Φ,为·.φ = φ+θΜ{φ)(2)由于半齿测量齿轮B与半齿测量齿轮A是相对独立的，且Φ ,转角位置的半齿测量齿轮B和Φ转角位置的半齿测量齿轮A分别与同一个产品齿轮的左、右两侧齿面单面啮合，所以，在考虑半齿测量齿轮B与产品齿轮左侧齿面的单面啮合时，与半齿测量齿轮B的转角Φ ,相对应的产品齿轮的转角为Ψ (0)。于是，产品齿轮左侧齿面(与半齿测量齿轮B相接触的一侧齿面)以转角表示的切向综合偏差δβ^ :4 = ￥.'φ) - i Φ = δΑ(φ、- i - θΜ(φ、⑶
Z2Z2按圆柱齿轮检验实施规范(GB/Z 18620. 2-2008)，齿轮的径向综合偏差用双面啮合测量仪测量，而现有的双面啮合测量仪和单面啮合测量仪是工作机理和所测物理量完全不同的两种检测仪，通过现有的单面啮合测量仪不能获得产品齿轮的径向综合偏差。但对于本实用新型“测量齿轮”，无需双面啮合测量仪，也无需进行产品齿轮的双面啮合测量，直接根据上述单面啮合测量的结果即可导出径向综合偏差Zl a如下设上述单面啮合测量开始(B卩0=0)时，测量齿轮与产品齿轮的中心距为a，啮合角为α，测量齿轮和产品齿轮的节圆半径分别为，测量齿轮的节圆齿槽宽(指在分别与产品齿轮两侧齿面相接触状态下两半齿测量齿轮沿节圆的齿槽宽)为A(O)，产品齿轮的节圆齿厚为S2 (O)。显然
Ie1(O) = S3(O) i(4)式中，/7为两轮的节圆齿距。在上述单面啮合测量过程中的Φ转角位置，两半齿测量齿轮在保持中心距不变及分别与产品齿轮两侧齿面接触的情况下相对转动了 〃BA(0)角，所以，测量齿轮的节圆齿槽宽4(0)及产品齿轮的节圆齿厚S2 (0)为βχ(φ) = S2 O) = S2 (O) + F1' θ‘φ)(5)式(5)表示的节圆齿厚S2 (0)由产品齿轮的偏心、制造偏差、毛刺及局部损伤等因素的确定，是产品齿轮的一个确定物理量。若产品齿轮与齿厚^1=S1 (0)=/712 (O)保持不变的传统测量齿轮进行双面啮合测量，则由于产品齿轮的节圆齿厚s2(0)随转角Φ变化，所以两轮的实际中心距a,也必定随转角0变化，即= (0)。根据双面啮合(即无侧隙啮合)条件S1 z{Φ),
=5/ {Φ),ρ/ =e^ (0)+5/ (0)= 5/ +5/ (0)，可导出两轮的无侧隙传动的啮合角α ζ计算式如下= ~— ! V a(6)
2( + )由式(6)求得a f =α , ( 0 )，即可确定产品齿轮的径向综合偏差Zl a (0 )如下
r π , , . ,cos α _,、= C--1)' a(7)
COSfff式中，a和α分别是0 时的中心距和啮合角。本实用新型技术方案依据齿轮副的无侧隙传动原理及测得的固定半齿测量齿轮与活动半齿测量齿轮之间的相对转角变化量，通过一次单面啮合测量，能获得产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差和径向综合偏差，测量精度高，结果可靠，明显提高了测量效率。
权利要求1.一种测量齿轮，其特征在于包括两个轮齿为单侧齿面的半齿测量齿轮，所述的半齿测量齿轮它们同轴安装，相互配合组成一个全齿测量齿轮，其中的一个为与轴固定连接的固定半齿测量齿轮，另一个与轴活套连接的活动半齿测量齿轮；所述的固定半齿测量齿轮与活动半齿测量齿轮之间具有相对的微角转动量；安装时，在两个半齿测量齿轮之间预加微扭矩；在固定半齿测量齿轮与产品齿轮的一侧齿面单面啮合传动时，活动半齿测量齿轮在微扭矩的作用下与产品齿轮的另一侧齿面保持微力接触。
2.根据权利要求I所述的测量齿轮，其特征在于所述的半齿测量齿轮，在轴向对称平面的一侧为实体的轮辐和轮毂，另一侧轮辐和轮毂的对应位置为空腔。
3.根据权利要求I所述的测量齿轮，其特征在于在两个半齿测量齿轮之间安装微扭矩扭簧，使两个半齿测量齿轮组成的全齿测量齿轮的齿槽宽为最小。
专利摘要本实用新型提供了一种测量齿轮。包括两个轮齿为单侧齿面的半齿测量齿轮，它们同轴安装，相互配合组成一个全齿测量齿轮，其中的一个为与轴固定连接的固定半齿测量齿轮，另一个与轴活套连接的活动半齿测量齿轮，它们之间具有相对的微角转动量。测量时，当固定半齿测量齿轮与产品齿轮的一侧齿面单面啮合传动，活动半齿测量齿轮在微扭矩的作用下与产品齿轮的另一侧齿面保持微力接触。依据齿轮副的无侧隙传动原理及测得的固定半齿测量齿轮与活动半齿测量齿轮之间的相对转角变化量，通过一次单面啮合测量，能获得产品齿轮两侧齿面的切向综合偏差和径向综合偏差，测量精度高，结果可靠，明显提高了测量效率，减少测量设备的投资。
文档编号G01B3/12GK202676056SQ201220357440
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者钱志良 申请人:苏州大学