[发明专利]基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法

说明书

本发明公开了基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法，包括：建立齿轮特征线统一模型；基于齿轮特征线统一模型测量法向啮合齿廓；定义法向啮合齿廓的评价指标；法向啮合齿廓偏差计算及齿面质量评定。该方法无需复杂公式的推导和复杂的坐标变化，根据齿轮特征线统一模型中齿轮特征线类型指示参数为3的情况下即可实现法向啮合齿廓的测量，简单、方便、易操作。该方法定义法向啮合齿廓的评价指标和符号：法向啮合齿廓总偏差、法向啮合齿廓形状偏差、法向啮合齿廓倾斜偏差。该方法可以计算得到齿面上测得法向啮合齿廓的各项偏差值；并依据上述偏差值来计算左右齿面的偏差允许的公差等级，进而评定齿面质量。

技术领域

本发明涉及一种齿轮测量方法，特别涉及一种基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法。

背景技术

齿轮齿面是渐开螺旋面，上面有四条具有特殊意义的特征线：渐开线、螺旋线、法向啮合齿廓和接触线，如图1所示。渐开线和螺旋线因几何意义明确而成为人们熟知的齿面特征线。其实，法向啮合齿廓(Profile of the Path of Contact,PPC)，作为齿面上另一条极具意义的特征线，更应值得关注。

交叉轴渐开螺旋圆柱齿轮传动，属于点接触传动，接触点在齿面上留下的轨迹即为法向啮合齿廓。因此，交叉轴渐开螺旋圆柱齿轮是通过法向啮合齿廓来传动运动的，法向啮合齿廓就是齿轮齿面的工作曲线，能反映齿轮的实际运动状况。在滚齿加工、剃齿加工、蜗杆砂轮磨等展成法加工中，理论上其展成运动也是基于交叉轴渐开螺旋圆柱齿轮啮合原理，刀具与工件齿轮的接触轨迹也是法向啮合齿廓。因此，在展成法齿轮加工中，齿轮法向啮合齿廓就是齿面形成的加工曲线，控制法向啮合齿廓对控制齿轮加工质量具有独特的优势。

法向啮合齿廓，作为齿面上的形成曲线和和工作曲线，具有独特性。本质上，是渐开线和螺旋线综合作用的结果，更能表征齿轮的质量，不仅可用于齿轮工艺误差分析与溯源，也可用于齿轮动态性能预报。

但目前，在现行的国际标准、国家标准中，评价齿轮的齿面质量均是采用测量渐开线和螺旋线来实现的。不论是三坐标测量机还是齿轮测量中心，对于齿轮齿面的测量均是采用渐开线和螺旋线测量的方式，该测量方式有时无法有效反映齿轮传动质量和加工质量的真实信息。在运动方式上，都是采用一个回转轴和一个直线轴的方式，其他轴的运动控制不会对用户开放。

专利(申请号：202110092932.3)提出一种齿轮三维误差的特征线统一表征方法，将齿面上的三维测量误差二维化表征，分析得出齿面上的四条特征线在啮合面坐标系中均为直线，实现在啮合面坐标系各特征线的统一数学表征。齿轮特征线统一模型的提出，将齿面上四条特征线有机统一起来，并能表达齿面上任意一条轮廓曲线。但是，上述专利的前提是已获取到齿轮的三维齿面，然后根据统一模型的特性在三维齿面上提取相应的特征线，并不是对特征线的直接测量。同时，齿轮三维齿面的获取存在一定的难度，并且根据评价标准，往往对齿面的质量评价，同一类型的特征线大多数情况仅需要测量一条即可；并且评价标准仍是依据传统的渐开线和螺旋线评价标准，重新明确评价指标的定义亟待解决。

专利(申请号：202011542413.4)提出一种渐开螺旋圆柱齿轮的法向啮合齿形测量方法，并可以通过齿轮测量中心实现测量。但上述专利需要通过复杂的数学推导和坐标变换，并且采用四轴法和三轴法测量法向啮合齿廓时对坐标系的建立与齿轮初始角位置的要求比较高。同时，上述专利仅在齿轮测量设备上实现了复杂的测量，并没有涉及到齿面质量评定和评价指标的确定。

基于上述现状和问题，提出了基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法，可实现法向啮合齿廓的快速测量，并定义法向啮合齿廓的评价指标，完善齿面质量评价体系。

发明内容

本发明的目的在于利用齿轮特征线统一模型可表达齿面上任意一条轮廓曲线的优势，提供一种齿轮齿面上法向啮合齿廓的测量与评价方法，可测量齿面上实际参与啮合和实际参与加工的工作曲线，反映齿轮传动质量和加工质量的真实信息，通过定义法向啮合齿廓的评价指标确定齿轮质量情况。