[发明专利]基于点云数据的接触线-展开线齿轮齿面误差表述方法

说明书

本发明提供一种基于点云数据的接触线‑展开线齿轮齿面误差表述方法，其主要解决方案是：建立基于接触线和展开线的齿轮齿面GKD坐标系；2)基于宽度为w的矩形接触面进行微小接触区域划分，w由齿轮承载状态、材料及其几何尺寸确定；3)基于微小平面剖分和特征接触点的计算方法快速实现点云数据的分割与特征提取。4)实现接触线和展开线误差曲线的绘制。本发明提出的评定方法比传统的螺旋线‑齿廓线更能直观反映齿轮的接触性能、重合度及平稳性等齿轮服役性能；解决了现有技术存在的对齿轮齿面服役性能表述不准确的问题。

技术领域

本发明涉及齿轮检测技术领域，具体涉及一种基于点云数据的接触线-展开线齿轮齿面误差表述方法。

背景技术

随着科学技术的发展，对齿轮的要求越来越高、越来越精准。为了降低噪声、减少振动、提高齿轮服役寿命，各种复杂的修形齿面成为齿面常态。目前，齿轮测量主要采用接触式测头扫描齿面的方法进行。然而，接触式测量效率低，测量精度已达到极限。为应对制造业持续增长的高性能、高可靠性和高效率的齿轮测量要求，光学测量方法测量齿轮逐步展开。光学测量方法可获取齿轮齿面点云数据，带来海量的信息。如何利用这些信息对齿轮齿面质量进行精确描述就成为研究的一个热点和重点。

目前，齿轮齿面的精度评估主要是基于齿廓线和螺旋线两条特征线来评估齿轮的几何形状误差。齿廓线和螺旋线更多的是反应齿轮加工过程中的特征，常用来进行加工机床调整或工艺分析。

为了实现更全面的齿面评估，Litvin等提出了在齿廓表面划分网格，用4×5或更多个齿面网格点上的实际坐标点与理论坐标点之差表述齿面的面形精度，或采取多个截面齿廓线和螺旋线的误差评定方法。

王笑一等提出了全齿信息的整体误差测量评价方法，采用了误差曲线簇和平均齿廓、平均螺旋线的概念，来表述齿面制造过程中的已加工面的加工精度。

Goch G等提出了基于齿轮齿面点云数据的齿面参数评估策略，提出了基于螺旋线-齿廓线的二维齿面误差表示方法。

在啮合过程中两齿轮的瞬时接触线充分反映齿轮传动过程中的齿面瞬时接触状态，是齿轮服役性能的直接反映。由于在很多情况下(比如斜齿轮传动)接触线与螺旋线并不重合，所以现有研究中基于螺旋线与齿廓线来进行齿轮齿面质量的表述方法主要反映了齿轮的加工性能，对齿轮的服役性能表述不准确。

发明内容

本发明提供一种基于点云数据的接触线-展开线齿轮齿面误差表述方法，以解决现有技术存在的对齿轮齿面服役性能表述不准确的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的解决方案是：

一种基于点云数据的接触线-展开线齿轮齿面误差表述方法，包括以下步骤：

步骤1)、建立基于接触线-展开线的GKD坐标系，K向与接触线方向一致，G向与齿面展开线方向一致，D向与齿面法矢方向一致；

步骤2)、设定齿面沿展开线方向的展长起点为Ls，展长终点为Le，沿接触线方向的长度为C，齿轮承载后接触处会发生弹性变形，接触线会变为宽度为w的矩形接触面，w由齿轮承载状态、材料及其几何尺寸确定；

步骤3)、根据测量获得的齿面点云数据，将整个齿面剖分成M*N个微小区域：沿接触线方向M等分，沿展开线方向N等分，M＝[C/w]，N＝[(Le-Ls)/w]；

步骤4)、进行齿面点云数据分割：计算每个点云数据所在微小区域，各区域对应的接触线与展长范围由以下公式计算：

其中i＝0,1,…N-1，j＝0,1,…M-1；