平面二次包络环面蜗杆测量方法
【专利摘要】一种平面二次包络环面蜗杆测量方法，属于精密测试技术与仪器、机械传动【技术领域】。该方法基于齿轮空间啮合原理，建立了蜗杆的齿面方程，这种建模方法与平面二次包络环面蜗杆的加工方法相符合。然后根据蜗杆误差项的定义，建立蜗杆误差项的数学模型，对其进行坐标变换，将其转化成蜗杆测量机三个运动轴的坐标，利用数值求解方法，获取三坐标数值解。计算机依据坐标值进行采样路径规划，将坐标值输入数控系统控制测量机运动，数据采集系统同步采集三轴光栅值和测头数据，对采集的数据进行数据处理，从而实现对平面二次包络环面蜗杆的螺旋线误差、轴向齿形误差、法向齿形误差、分度误差及轴向齿厚偏差的高精度测量。
【专利说明】平面二次包络环面蜗杆测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平面二次包络环面蜗杆测量方法，属于精密测试技术与仪器、机械传动【技术领域】。
【背景技术】
[0002]环面蜗杆是一种基于砂轮面包络而成的磨削型蜗杆。与圆柱蜗杆传动相比，环面蜗杆传动具有啮合齿数多、蜗轮齿面呈双线接触、承载能力强、传动效率高、使用寿命长及可以进行符合修型原理的磨削等优点，应用日益广泛。
[0003]随着科学技术的发展，对环面蜗杆传动系统的精度提出了越来越高的要求，而其精密测量一直是制约其发展的瓶颈问题。
[0004]目前，对平面二次包络环面蜗杆的检测研究主要从两方面展开:一是采用通用三坐标测量机或齿轮测量中心对蜗杆单项误差进行测量的研究；二是研发专用测量仪，进行综合测量。如，在齿轮测量中心上对平面包络环面蜗杆齿形和螺旋线误差进行测量的研究已有报道。国内某研究所为首钢机械厂研制了世界上第一台平面二次包络环面蜗杆误差检查仪，该仪器使用平面测头，可以测量综合螺旋线误差、综合圆周齿距误差和综合分度误差，利用直线刃测头测量可以获得整体误差曲线。从本质上说，该仪器属于综合测量。
[0005]迄今，对环面蜗杆检测的研究，都没有真正解决该类蜗杆生产中的实际测量问题。检测技术的落后阻碍了环面蜗杆传动的推广应用。

【发明内容】

[0006]为了实现平面二次包络环面蜗杆的测量，本发明提供了一种专用蜗杆测量机上的平面二次包络环面蜗杆测量方法，可以对平面二次包络环面蜗杆的螺旋线误差、轴向齿形误差、法向齿形误差、分度误差及轴向齿厚偏差进行高精度测量。该方法既可以应用在卧式测量机上，也可以应用在立式测量机上。
[0007]本发明所采用的方法包括如下步骤:
[0008]S1:建立蜗杆误差项的数学模型
[0009]i)根据空间啮合原理建立齿面数学模型:
[0010]
【权利要求】
1.平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:根据空间啮合原理，建立蜗杆齿面数学模型，以螺旋线误差、轴向齿形误差、法向齿形误差、分度误差及轴向齿厚偏差的定义为约束，得出误差项的数学模型，将误差项的数学模型进行坐标变换，用(χ，ζ，Θ)来表示，X轴是沿着蜗杆径向方向，Z轴是沿着蜗杆轴向方向，Θ轴为绕着蜗杆转轴Z轴的转动轴，即为c轴，求出(χ，ζ，Θ)三个坐标的数值解，编辑成数组输入到数控系统，控制测量机沿着X轴、Z轴移动和绕Z轴转动，对误差进行扫描测量，同步获取(χ，ζ，θ)三轴光栅读数及测头数据，通过对数据采集系统获得的测量数据进行误差修正，得到误差项，并绘制误差曲线，完成误差测量。
2.根据权利要求1所述平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:所述测量方法使用的测头为扫描式测头，对扫描路径上各点坐标值与理论值对比，得出误差项。
3.根据权利要求1所述平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:所述测量方法可以应用在卧式测量机或立式测量机上。
4.根据权利要求1所述平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:所述齿面数学模型的建立，根据空间哨合原理建立齿面数学模型:
5.根据权利要求2所述平面二次包络环面蜗杆齿面数学模型，其特征是:所述螺旋线误差数学模型的建立，蜗杆分度圆环面方程为
6.根据权利要求2所述平面二次包络环面蜗杆齿面数学模型，其特征是:所述轴向齿形误差数学模型的建立，被测量的齿形为对称平面上喉平面位置的轴向齿形，需确定对称平面位置的轴向截面，对称平面位置的轴向截面对应的角度φ{为
7.根据权利要求2所述平面二次包络环面蜗杆齿面数学模型，其特征是:所述法向齿形误差数学模型的建立，喉平面处左右齿面的法向量平行反向，在喉平面处，取过坐标原点且与此法向量垂直的平面与齿面的交线为法向齿形，该平面方程为 AX+BY+CZ=0 (7) 其中(A，B，C)为法向量g的方向向量，由公式(2)和(7)联立得到法向齿形误差数学模型:
8.根据权利要求1所述平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:利用蜗杆测量机确定蜗杆喉平面位置: i)将被测蜗杆安装在蜗杆测量机上，然后利用测头确定端平面位置，以该端平面位置为基准拟定蜗杆喉平面初始位置，以初始喉平面位置为基础，对蜗杆进行螺旋线误差测量； ii)轴向移动5~10μ m或-5~-10 μ m,并将移动后位置定为蜗杆喉平面位置,再次对蜗杆进行螺旋线误差测量； iii)重复步骤ii)10次，使得10次测量的蜗杆喉平面位置均匀分布在初始喉平面位置左右，以螺旋线误差最小时的位置作为被测量蜗杆喉平面位置。
9.根据权利要求1所述平面二次包络环面蜗杆测量方法，其特征是:所述的误差修正方法为，在测量过程中，各点处的法向量沿着Y方向的投影△ Y是变化的，而蜗杆测量机测头在测量过程中沿着Y方向是不动的，测头半径在Y方向投影的变化导致Z方向引入测量误差ΛΖ，利用公式⑵求出齿面上各点的法向量
【文档编号】G01B21/00GK103791870SQ201410054901
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】石照耀, 于渤, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:北京工业大学