一种接触式渐开线蜗杆齿形的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密测量技术领域，特别涉及一种接触式渐开线蜗杆齿形的测量方 法。
【背景技术】
[0002] 蜗杆分为线性蜗杆和非线性蜗杆。渐开线蜗杆属于线性蜗杆，其端面截形为渐开 线，轴向截形为空间曲线，在实际检测中轴向截形无法进行误差计算和误差评定。传统的接 触式渐开线蜗杆齿形检测位置是在基圆柱切平面上，基圆柱切平面与轮齿齿面形成的交线 为渐开线蜗杆的直母线，与端截面的夹角为基圆柱螺旋升角。具体的测量包括以下步骤：① 进行工件定位，建立测量坐标系。②计算渐开线蜗杆基圆半径rb，将微位移传感器置于基圆 偏置位置。③根据测量起点rs计算起始测量点的轴向高度zs，将微位移传感器调整到Zs， 进入测量起点rs，微位移传感器触碰齿面。④微位移传感器按基圆柱螺旋升角进行测量运 动，由测量起点向测量终点移动，回转轴Θ与Z轴联动完成齿形测量。⑤计算齿形偏差。
[0003] 渐开线蜗杆具有传动平稳、传动效率高的特点。为了提高蜗杆传动机构的传动效 率，渐开线蜗杆的设计头数较多，其螺旋升角也相应增大。在基圆柱切平面内，渐开线蜗杆 的齿形测量起点与同齿槽另一侧齿面之间的轴向距离较小。极端情况下，该轴向距离仅有 2-3mm，造成齿形接触式测量干涉现象的发生，导致测量失败。渐开线蜗杆齿形接触测量发 生干涉的情况有两种：在微位移传感器进入测量起点过程中，①测球与齿槽内另一侧齿面 发生干涉，造成微位移传感器超量程。②测杆与另一侧齿面发生干涉。这两种情况都将导 致渐开线蜗杆齿形测量无法完成。上述情况，对于单头、小螺旋升角的渐开线蜗杆也同样存 在。
【发明内容】
[0004] 本发明在不增加任何硬件设施的基础上，旨在解决干涉情况下渐开线蜗杆齿形接 触式测量无法完成的问题。
[0005] 本发明的具体解决方案如下：
[0006] -种接触式渐开线蜗杆齿形的测量方法，包括以下步骤：
[0007] 1)根据渐开线蜗杆基本参数对渐开线蜗杆轴向理论截形和基圆柱切平面理论截 形进行建模；
[0008] 2)在渐开线蜗杆轴向截面位置测量渐开线蜗杆的轴向截形；
[0009] 3)通过测头半径补偿将测球中心轨迹点转换为测球接触轨迹点，即为渐开线蜗杆 齿面上的实测轴向截形；
[0010] 4)根据实测轴向截形的采样点径向坐标对渐开线蜗杆轴向理论截形和基圆柱切 平面理论截形进行离散化，计算两种理论截形之间的轴向距离差；
[0011] 5)依据离散化后的轴向理论截形与基圆柱切平面位置理论截形对应点之间的轴 向差值，将实测轴向截形转化到基圆柱切平面位置，获得渐开线蜗杆基圆柱切平面处的实 测齿形；
[0012] 6)对渐开线蜗杆齿形进行偏差计算、评价。
[0013] 2、根据权利要求1所述的一种接触式渐开线蜗杆齿形的测量方法，其特征在于： 所述步骤4)中，根据实测轴向截形接触点轨迹（Xl，Zl)，按其X轴坐标值^的分布对轴向理 论截形和基圆柱切平面理论截形进行离散化，得到轴向理论截形离散点坐标（AXl，AZl)，基
圆柱切平面理论截形离散点坐标（Rxi,Rzi)，其中Axi=X 截形的对应点轴向坐标差值向量Δζ;，Δζ?=ΚΖ?-ΑΖ?;所述步骤5)中，渐开线蜗杆基圆柱 切平面处的实测齿形坐标i，Z'J可由下式计算：
[0015] 本发明有效地解决了干涉情况下渐开线蜗杆齿形接触式测量的难题。本发明相对 于现有技术，具有如下优点：
[0016] 1)本发明将渐开线蜗杆齿形测量位置由传统的基圆柱切平面转换为轴向截面位 置，解决了干涉情况下渐开线蜗杆齿形无法测量的问题；
[0017] 2)本发明提供的渐开线蜗杆齿形轴向测量方法，即可对干涉情况也可对非干涉情 况下的渐开线蜗杆齿形进行测量，尤其对小模数渐开线蜗杆齿形的接触式测量提供了一种 可行方案；
[0018] 3)本发明在不增加硬件设施的条件下，解决了现有技术无法检测多头、大升角渐 开线蜗杆齿形的问题，测量效率高，结果可靠，简化测量动作且实现过程简单；
[0019] 4)本发明可用于解决干涉情况下渐开线蜗杆的齿形测量，也可用于蜗杆任意截面 处的齿形测量，为复杂刀具测量技术提供了一种新的思路。
【附图说明】：
[0020] 图1是渐开线蜗杆轴向截形1以及基圆柱切平面截形2位置关系示意图。
[0021 ] 图2是渐开线蜗杆齿形测量干涉实例。
[0022] 图3是渐开线蜗杆轴向理论截形与基圆柱切平面理论截形间的转换关系。
[0023] 图4是渐开线蜗杆测量坐标系示意图。
[0024] 图5是渐开线蜗杆实测基圆柱切平面截形。
[0025] 图6是渐开线蜗杆实测轴向截形。
[0026] 图7是轴向理论截形与基圆柱切平面理论截形对应离散点间的轴向距离曲线。图 8是上齿面基圆柱切平面测量方法与轴向测量方法的截形误差对比曲线。
[0027] 图9是下齿面基圆柱切平面测量方法与轴向测量方法的截形误差对比曲线。 具体实施例：
[0028] 下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。
[0029]参见图1和图2。图1中截形1位于蜗杆轴截面上，截形2位于基圆柱切平面上。 图2为某一渐开线蜗杆上侧齿面测量干涉示意图，在测量坐标系下，上侧齿面测量起点处 的Z向坐标为65. 07mm，而基圆柱切平面内同齿槽下齿面最低Z向坐标为67. 52mm，两点的 轴向距离为2. 45mm。由于微位移传感器有量程限制，在进入齿形测量起点时需要保留一定 的余量。若测球直径大于2_，微位移传感器在进入测量起点时，测球与齿面会发生干涉，造 成传感器超量程现象。若测杆最大直径大于2_，则微位移传感器在进入测量起点时，测杆 与齿面会产生干涉，测针无法正确接触齿面，甚至造成测杆损坏。
[0030] 参见图3。图中，rb为渐开线蜗杆基圆半径，rf为渐开线蜗杆齿根圆半径，ru为渐 开线蜗杆齿顶圆半径。传统齿形测量方法的测量位置在基圆柱切平面位置DE处，该位置处 的测量截形称为基圆柱切平面截形，即图中双点划线段DC;本发明陈述的齿形轴向测量方 法的测量位置在轴截面位置0B处，该位置处的测量截形称为轴向截形，即图中线段AB;轴 向截形向基圆柱切平面截形转换就是将轴向截形AB线段上的测量点，通过理论建模计算 转换到基圆柱切平面截形上，如轴向截形测量点Pa与其对应的基圆柱切平面截形测量点 Pb〇
[0031] 本发明提出在渐开线蜗杆的轴向截面位置进行齿形测量，消除干涉根源，提高了 测量效率。本发明的检测原理为：1、按渐开线蜗杆基本参数对渐开线蜗杆轴向理论截形 (非线性）和基圆柱切平面理论截形（线性）进行建模。2、在渐开线蜗杆的轴向截面