漸開線圓柱齒輪在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，齒輪測量的誤差也一直受到人們的關(guān)注。通過描述漸開線圓柱齒輪測量誤差的來源，分析了齒輪測量中誤差的產(chǎn)生過程，并對當(dāng)前齒輪測量中心誤差的修正補償方法進行了探討。
漸開線圓柱齒輪是眾多齒輪種類中最基本、應(yīng)用最廣泛的齒輪。在工業(yè)生產(chǎn)的機械裝備中，最主要、最基本的零部件之一就是漸開線齒輪，那么漸開線齒輪的設(shè)計水平與加工精度直接影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，而評價齒輪質(zhì)量的重要方法就是測量齒輪偏差項。隨著齒輪應(yīng)用的日益廣泛，齒輪制造誤差對齒輪機構(gòu)傳動性能的影響逐漸顯露，人們對于齒輪測量技術(shù)及其儀器的研究也愈發(fā)深入。
1.齒輪測量誤差的來源分析
齒輪由于形狀復(fù)雜，所以描述齒輪的參數(shù)很多，因此在測量中產(chǎn)生誤差的原因也很多。不管是對齒輪的加工方法要求如何精確，也不管是對齒輪的加工精度要求如何，造成其儀器測量誤差中的系統(tǒng)誤差主要來源是測量主機穩(wěn)定性、運動控制、測球半徑和齒輪安裝。
1.1.測量主機穩(wěn)定性
測量主機是測量齒輪的主體，測量主機對齒輪測量誤差的影響主要是主機工作臺的基圓盤的回轉(zhuǎn)精度對齒輪測量誤差的影響。工作臺的回轉(zhuǎn)精度不高，就是上下頂尖的直線度和垂直度不好，也就是說運動中心線不穩(wěn)定，這樣基圓盤回轉(zhuǎn)的同時被測齒輪也產(chǎn)生相同的運動。這樣就會造成被測齒輪的回轉(zhuǎn)與測球回轉(zhuǎn)不同步，齒輪與測球的接觸就不是連續(xù)接觸，測量得出來的齒形不是刀具加工的漸開線齒形，帶有測量誤差。工作臺基圓盤的回轉(zhuǎn)精度是由儀器的傳動部分決定的，它們的制造和裝配誤差在傳遞過程中必然要集中反映到傳動鏈的末端，而傳動鏈的末端就是工作臺的回轉(zhuǎn)，所以儀器本身的制造和裝配誤差會對工作臺的回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致對齒輪測量的精度有所影響。
1.2.運動控制的精確性
齒輪的測量過程是齒輪測量儀各個軸配合運動的過程，齒輪測量儀器可以進行四軸聯(lián)動，由控制器控制電機運動，由光柵計數(shù)反饋測量數(shù)字信號。由于運動過程中，各個軸的運動不能精確地達到理論設(shè)定的位置，得到的反饋數(shù)字信號不準(zhǔn)確，則測量結(jié)果的精度就會降低。控制測球運動的過程中，由于測球抖動，測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也會對測量結(jié)果產(chǎn)生測量誤差。
1.3.測球半徑
齒輪測量儀器一般采用測量點的形式來得到齒輪偏差的結(jié)果，現(xiàn)代儀器采集點位置時需要采用測頭。理想情況下采用點測頭可以得到精確地測量結(jié)果，但是點測頭制造技術(shù)較高并且費用較大，所以一般采用球測頭，但是球測頭在測量時由于半徑的存在，給測量結(jié)果帶來一定的誤差，影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
1.4.齒輪安裝偏心
齒輪安裝在齒輪測量中心上時需要三個機械構(gòu)件對其固定，自下向上的順序它們分別是基圓盤、下頂尖和上頂尖。基圓盤是安裝在工作臺上的，下頂尖是安裝在基圓盤上，上頂尖是安裝在立柱上并可以上下移動。安裝齒輪時，將齒輪安裝在基圓盤上，對于帶芯軸的齒輪則使用上下頂尖固定住，對于孔齒輪則是套在下頂尖與基圓盤基礎(chǔ)面全面接觸，如果孔齒輪的直徑小于下頂尖的直徑則需要利用三爪卡盤固定。齒輪的安裝偏心一般分為三種情況，第一種情況是下頂尖與上頂尖中心偏移，第二種情況是帶芯軸齒輪安裝時中心線與上頂尖和下頂尖的測量基準(zhǔn)中心線偏移，第三種情況是孔齒輪與三爪卡盤的中心偏移，上述三種情況都會使得測量儀器的測量基準(zhǔn)中心與齒輪的基準(zhǔn)中心不重合。
如果齒輪的安裝存在誤差，齒輪在測量過程中儀器的基圓盤的旋轉(zhuǎn)中心與齒輪基準(zhǔn)孔中心就會偏離一段距離，這段距離就是安裝的偏心距離。由于安裝誤差的存在，齒輪的測量基準(zhǔn)中心相對于儀器測量基準(zhǔn)中心有一定的偏離。在測量過程中，齒輪基準(zhǔn)中心圍繞著儀器測量基準(zhǔn)中心轉(zhuǎn)動。那么，由于儀器工作臺的回轉(zhuǎn)中心的頂尖軸線與齒輪測量基準(zhǔn)中心線不重合，齒輪的轉(zhuǎn)動與工作臺的旋轉(zhuǎn)運動并不是相同的圓周運動，測球與齒輪的相對運動軌跡不是按照預(yù)先設(shè)定的軌跡執(zhí)行，這樣就會產(chǎn)生齒輪測量誤差。
2.漸開線圓柱齒輪測量誤差的修正方法
儀器穩(wěn)定性能給齒輪測量結(jié)果帶來的誤差屬于系統(tǒng)誤差，一般不去修正，只是在設(shè)計儀器時注意機械機構(gòu)的組成、直線導(dǎo)軌的材質(zhì)的選擇以及儀器工作臺的加工精度。如果機械加工精度與組裝精度符合要求，主軸回轉(zhuǎn)精度高，則儀器穩(wěn)定性對測量結(jié)果的影響可以忽略不計。
當(dāng)前測量中心的誤差修正補償按照其實現(xiàn)機構(gòu)可分為：軟件誤差補償法和硬件誤差補償法。硬件誤差補償法是指，用精度更高的儀器或標(biāo)準(zhǔn)樣件檢測出測量中心的各項誤差參數(shù)以后，通過修正測量機的導(dǎo)軌、滑塊、主軸等部件或者引入壓電陶瓷通過調(diào)整電壓來減小測量中心測量誤差的方法。該方法實現(xiàn)成本較高，適應(yīng)性差，要求工作條件嚴(yán)格，有較大的局限性，并沒有得到廣泛的應(yīng)用。軟件誤差補償和硬件誤差補償相比，不對設(shè)備部件運動做任何修正，而只是對它的測量結(jié)果進行誤差補償運算。軟件誤差補償又分為:非實時誤差補償和實時誤差補償。實時誤差補償是指成本太高，對測量環(huán)境要求比較苛刻，目前在國內(nèi)還不可能得到廣泛的應(yīng)用。非實時誤差補償方法，首先對齒輪測量中心結(jié)構(gòu)和運動方式進行分析，基于多體運動學(xué)理論建立測量中心的誤差數(shù)學(xué)模型；然后，用更高精度的儀器設(shè)備檢測出它的各項運動誤差，并將檢測的結(jié)果以一定的方式存入它的計算機中；在測量齒輪時，把各項誤差參數(shù)和測量結(jié)果一起代入誤差數(shù)學(xué)模型中進行誤差補償運算，從而對它的測量結(jié)果進行誤差補償。這種方法的優(yōu)點是:成本低，誤差補償效果明顯，適用范圍廣，目前在國內(nèi)的應(yīng)用比較廣泛。
3. 結(jié)束語
修正齒輪測量儀器的測量誤差是評價齒輪測量結(jié)果的重要因素，近年來，針對怎樣分析、測量、建模和控制齒輪測量誤差等問題，研究者一直在不斷研究和探索，而能夠準(zhǔn)確并精確的評價齒輪的加工精度的主要途徑就是提高齒輪測量技術(shù)，所以，研究齒輪測量誤差修正技術(shù)具有重要的意義。
