小模數齒輪測量的現狀與趨勢

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，在工業生產中，小模數齒輪越來越多的應用到機械生產中，并且還有向微小尺寸發展的趨勢，隨著齒輪尺寸的變小，對其進行的測量工作將會越來越難，在測量精度和準確度方面要求越來越嚴。我國在這方面的測量技術也在不斷的發展，但是以目前傳統的測量方法已經無法滿足實際的需要，所以在技術上呈現出新的發展趨勢。經過技術改革，各種新的測量方法應運而生，在小模數齒輪測量中發揮了顯著的作用，為我國的工業發展做出了貢獻。

關鍵詞：小模數齒輪；漸開線；齒輪測量儀器

1 齒輪測量概述

齒輪測量一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距測量為基礎的分析式測量；以綜合測量（雙面嚙合、單面嚙合測量）為基礎的功能式測量；將單項和綜合集成于一體的齒輪整體誤差測量。齒輪測量技術的發展有近百年的歷史，從整體上考察，其發展主要表現在3個方面：①在測量原理方面，實現了由“比較測量”到“嚙合運動測量”，直至“模型化測量”的發展；②在實現測量原理的技術手段上，歷經了“以機械為主”到“機電結合”。直至當今的“光一機一電”與“信息技術”綜合集成的演變；③在測量結果的表述與利用方面，歷經了“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”。直至“計算機自動分析并將測量結果反饋到制造系統”的飛躍。

2 對小模數齒輪測量現狀的分析

對于小模數來講主要是指模數小于1mm的齒輪，目前在機械制造中應用的比較廣泛。我國對于齒輪的測量主要是集中在中模數齒輪上，對于大模數和微小模數齒輪都是屬于絕端測量范疇的，對于小模數齒輪的測量在技術上還比較落后，需要不斷的改進。測量技術的落后遠遠不能滿足科學的發展速度，在工業生產中，發展的速度非常快，這就需要齒輪的標準要完全符合工業生產需求，以便更好的服務于工業生產。但是現在的測量技術還不能夠完全符合工業生產的需求，究其原因，主要是因為小模數齒輪的結構造成的，齒輪間的齒槽間隙小，輪齒剛性較差，這些都是造成測量難度的因素。在對其進行測量的過程中，由于齒槽間隙較小，所以測頭很難進入到齒槽內，加之測桿的剛性較差，在測量的過程中，對于精度和反復度就無法真實的保證，有時候甚至無法進行測量。

3 小模數齒輪的分析式測量

小模數齒輪的齒槽小，使分析式測量難以進行，因此在美國等國家的小模數齒輪標準中，曾經只規定了綜合誤差項目，而對齒廓、螺旋線和齒距誤差項目沒作規定，小模數齒輪的功能性測量也因此是唯一的測量方式。隨著分析式齒輪測量儀器的發展，小模數齒輪的分析式測量才漸漸被覆蓋。目前，齒輪分析式測量的主要手段是齒輪測量中心，它采用坐標測量原理，實際上是圓柱（極）坐標測量機，通常由主機、CNC數控單元、數據采集單元、機電通訊接口、計算機及外設、測量軟件和數據處理軟件等部分組成.從原理上講，小模數齒輪測量中心與常見的中大模數齒輪測量中心是完全一樣的，只是針對小模數齒輪的特點，在儀器的機械結構、特別是測頭方面，進行了專門設計，測頭的關鍵技術是微小測量力的控制與微細測桿的加工，在功能上。

4 小模數齒輪測量的發展趨勢

在齒輪的發展史中，因為工業生產的發展而在機械制造方面也在不斷的提高，那么對于齒輪的技術也就不斷的有所改進，越來越多的小模數齒輪應用到了工業生產中，那么對于這些小模數齒輪的測量就成了研究的熱點。因為小模數齒輪的齒槽間隙較小，測桿很難進入，并且測桿的剛性較差，由此在測量的過程中會產生一定的誤差影響到測量精度。微小模數齒輪的出現，對于小模數齒輪來講是一種挑戰。傳統的測量方法根本不能夠滿足現有齒輪使用狀況，分析式測量在模數上始終不能夠突破0.2mm，而雙嚙綜合測量突破不了模數0.1mm，使用雙嚙測量技術對小模數齒輪進行測量是不得已的辦法。所以在近些年來研究小模數齒輪的測量技術成為了業界研究的重點，并且呈現出了良好的發展勢頭。其主要測量技術表現為：基于視覺測量的齒輪并聯測量技術、基于光纖測頭的齒輪分析測量技術以及齒輪單面嚙合測量技術。

4.1 基于視覺測量的齒輪并聯測量技術

傳統的測量方法是通過對齒輪表面采點來獲取相應的信息，屬于串聯式的測量，而基于視覺的測量技術是非接觸法，是對于串聯式測量的一種改進手段，對于齒輪可以同時獲取所需的信息，稱之為并聯測量。在串聯測量中，需要對齒輪的表面進行逐個采點，然后將每一個點綜合聯系起來，這種測量方法存在的不足就是對于齒輪表面獲取的信息不夠豐富，從而影響到測量的效率，而并聯測量就很好的解決了這個問題。

4.2 基于光纖測頭的齒輪分析測量技術

光纖測頭是近幾年精密測頭的研究熱點，將該測頭應用到微小齒輪測量中已取得實質性進展。光纖測頭種類較多，比較成熟的工作原理為采用光纖頭進行定位、使用光學測頭進行位置測量.目前，世界上最小的接觸式光纖測頭，最小直徑為25m，最小測力為1N。這種測頭在精密測量機上測量微小齒輪，其測量不確定度可達0.5m。

4.3 齒輪單面嚙合測量技術

“齒輪單面嚙合測量”是符合齒輪使用狀態的高效精密測量方式，這一概念從提出至今已有80余年，人們逐漸認識到了它在齒輪誤差測量中的重要地位。基于齒輪單面嚙合測量原理，在不同時期，人們構建了不同的測量系統，產生了基于不同傳感器原理的齒輪單面嚙合檢查儀。目前，中模數齒輪單嚙儀是非常成熟的技術；已有針對模數0.2～1mm齒輪的單嚙儀，但在齒輪直徑上有非常嚴格的限制。

由于小模數齒輪（特別是微小模數塑料齒輪）的尺寸小、剛度小、慣性小、受力易變形，而常規齒輪單面嚙合測量儀的主軸系統（包括軸系、光柵傳感器、聯軸器、電機等）的慣性大、阻力大，致使“單面嚙合測量”原理未能在微小模數齒輪的測量中得到應用。因此，微小模數齒輪的單嚙測量技術一直是世界性技術難題。

5 結論

以上對于小模數齒輪測量的現狀、發展趨勢和測量技術都進行了相應的分析，小模數齒輪的測量精度將關系到機械制造的質量，所以要對測量技術給予足夠的重視。隨著科學技術的進步，各項新測量技術在不斷的應用到齒輪測量中，促進了測量技術的發展。在信息處理技術和數字技術方面將會不斷的進行改進，光纖測頭也應用到了微小齒輪測量中，對于測量的精度和準確性有了很大程度的提高，在齒輪測量技術方面有所提高。在未來的發展過程中，隨著技術的不斷進步，測量技術還會有新的改進，對于齒輪的測量也將會更加的精密，準確，為機械制造的質量創造了更加有利的條件。

參考文獻

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