基于统计分析的齿轮精度评价方法技术

基于统计分析的齿轮精度评价方法，该评价方法由四个步骤组成：第一，齿面误差三维模型的建立；第二，从齿面误差的三维模型中抽取特征数据集；第三，由特征数据集统计计算得到齿轮精度评价指标；第四、由评价指标组成齿轮精度评价体系。无论是制造误差还是测量误差，其中都既包含确定性的系统误差，又包含非确定性的随机误差。把这些实际齿面的测得数据看作一个随机过程后，就可以运用统计分析的方法，对加工过程和测量过程中引入误差的确定性成分和随机成分进行分析，从而达到更加理想的评价齿轮的使用性能和加工工艺过程的目的。

Gear precision evaluation method based on statistical analysis

The gear accuracy evaluation method based on statistical analysis, the evaluation method consists of four steps: first, establish the three-dimensional model of tooth surface errors; second, drawn from the characteristic data of 3D model of tooth surface errors in the set; third, calculate the gear accuracy evaluation index by data set statistics; fourth, the evaluation index of gear the accuracy of the evaluation system. Both the manufacturing error and the measurement error, both of which contain the deterministic system error, and the uncertainty of the random error. The actual tooth surface measured data as a random process, you can use the method of statistical analysis of component and random component to determine the error processing and measurement in the process of analysis, so as to achieve a more ideal evaluation of gear performance and machining process of purpose.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了基于统计分析的齿轮精度评价新方法，属于精密测试技术及仪器

技术介绍
齿轮是重要的传动元件,齿轮的质量直接影响主机的运动精度、振动、噪声、寿命等指标,因此对齿轮进行科学的检测和评价十分重要。批量生产齿轮的齿形一般都根据工况进行了各种优化设计，齿轮测量的根本目的是通过评价实际齿形和设计齿形的一致性分析齿轮加工误差及预测齿轮使用性能。为了评价实际齿形与设计齿形的一致性，现行的齿轮精度国际标准中提出了多项指标和要求，如国际标准化组织(ISO)提出的齿轮精度国际标准ISO1328.1给出了齿轮齿面偏差的定义值和允许值，在ISO/TR10064-1中给出了适当的测量方法的建议。目前市场上的齿轮测量设备，包括齿轮测量中心、三坐标测量机、齿轮滚动检查仪、齿轮整体误差测量仪等，多数是按照现行的齿轮精度标准对被测齿轮进行检测和评价的。但现有的齿轮精度评价方式存在一些不足之处。按照现行齿轮精度标准，齿轮单项误差项目和综合误差项目的数值均按极值法进行等级评定,检测结果用于齿轮加工工艺过程分析和齿轮使用性能的分析时具有以下不足:第一，测量数据中的大部分信息在测量结果中没有得到体现，测得数据的利用不够充分，未能充分利用统计分析的方法发掘有价值信息；第二，由于采用极值法进行评价，测量结果对测量不确定度非常敏感。现代产品几何量技术规范(GPS)国际标准体系也针对齿轮的评价方法进行了相关研究。但由于GPS本身的理论发展还不完善，在实际应用中还存在一些困难。目前在齿轮方面实际生产中GPS应用较少，齿轮精度检验仍以ISO1328标准为主。传统的SPC也用于对加工过程进行监控，但仅限于预测和评价误差变化的趋势，对误差来源分析以及齿轮精度评价关注较少。此外，过去也有一些研究通过齿轮测量分析和评价齿轮生产工艺。但测量方法和检查齿轮的工具今天都发生了变化，有必要在新的条件下进行新的研究。当前，齿轮的加工技术、测量技术、使用方式都发生了巨大的变化。加工技术的发展集中体现在数控设备的大量使用，而数控机床与传统机床的误差产生原因和产生的误差的形式并不相同，需要新的测量和评价方法来适应这个发展。测量技术的发展体现在自由曲面测量技术和非接触测量技术发展，测量时间缩短而得到数据量大大增加，测量精度也不断提高。齿轮的使用方式也发生了改变，由于测量技术的迅速发展，在大批量生产的齿轮中配对选用的技术条件已经成熟，这就带来了齿轮的使用方式的发展，选配对于提高齿轮实际使用性能的作用会越来越大。这些新的发展和变化为研究新的齿轮精度评价体系提供了技术条件，也提出了新的需求。
技术实现思路
本专利技术提出的基于统计分析的齿轮精度评价方法的原理是：为了对齿轮精度进行统计分析，需要采用一个新的思路，即把同一齿轮的或连续加工的同批齿轮的多个实际齿面的测量过程看作一个随机过程，测得数据就是按照同一个理论齿形进行多次连续测量得到的结果序列，评价是基于测量数据进行的。这些测得数据与设计齿面之间的差异主要由制造误差和测量误差两个方面组成。实际齿面与设计齿面之间的差异即制造误差，测量结果与实际齿面之间的差异即测量误差。无论是制造误差还是测量误差，其中都既包含确定性的系统误差，又包含非确定性的随机误差。把这些实际齿面的测得数据看作一个随机过程后，就可以运用统计分析的方法，对加工过程和测量过程中引入误差的确定性成分和随机成分进行分析，从而达到更加理想的评价齿轮的使用性能和加工工艺过程的目的。本专利技术提出了一种基于统计分析的齿轮精度评价方法，该评价方法由四个步骤组成：第一，齿面误差三维模型的建立；第二，从齿面误差的三维模型中抽取特征数据集；第三，由特征数据集统计计算得到齿轮精度评价指标；第四、由评价指标组成齿轮精度评价体系。第一、齿面误差三维模型的建立为了运用统计分析的原理对齿面误差进行分析和评价，需要建立起一个三维数学模型用于表达齿面误差，也即对上述随机过程的离散化的采样值进行数学表达。该模型是对测量得到的随机过程的离散数据进行表达和处理的基础。基于图1所示的齿面U-V-W坐标系，齿面误差离散数据组成一个三维结构(如图2所示)。用下标i，j，k分别表示u，v，w三个方向的离散化后的数据点的序号，用ei,j,k表示齿面上(i,j,k)点的误差值，i＝{1,2,…,m本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于统计分析的齿轮精度评价方法，本方法提出的基于统计分析的齿轮精度评价方法的原理是为了对齿轮精度进行统计分析，需要采用一个新的思路，即把同一齿轮的或连续加工的同批齿轮的多个实际齿面的测量过程看作一个随机过程，测得数据就是按照同一个理论齿形进行多次连续测量得到的结果序列，评价是基于测量数据进行的；这些测得数据与设计齿面之间的差异主要由制造误差和测量误差两个方面组成；实际齿面与设计齿面之间的差异即制造误差，测量结果与实际齿面之间的差异即测量误差；无论是制造误差还是测量误差，其中都既包含确定性的系统误差，又包含非确定性的随机误差；把这些实际齿面的测得数据看作一个随机过程后，就可以运用统计分析的方法，对加工过程和测量过程中引入误差的确定性成分和随机成分进行分析，从而达到更加理想的评价齿轮的使用性能和加工工艺过程的目的；其特征在于：该评价方法由四个步骤组成：第一，齿面误差三维模型的建立；第二，从齿面误差的三维模型中抽取特征数据集；第三，由特征数据集统计计算得到齿轮精度评价指标；第四、由评价指标组成齿轮精度评价体系；第一、齿面误差三维模型的建立为了运用统计分析的原理对齿面误差进行分析和评价，需要建立起一个三维数学模型用于表达齿面误差，也即对上述随机过程的离散化的采样值进行数学表达；该模型是对测量得到的随机过程的离散数据进行表达和处理的基础；基于齿面U‑V‑W坐标系，齿面误差离散数据组成一个三维结构；用下标i，j，k分别表示u，v，w三个方向的离散化后的数据点的序号，用ei,j,k表示齿面上(i,j,k)点的误差值，i＝{1,2,…,m},j＝{1,2,…,n},k＝{1,2,…,p}，m，n，p分别代表三个方向的数据点个数；则离散化后的齿轮误差信息组成的三维数组可记为：E(i,j,k)={{e1,1,1,e2,1,1,...,em,1,1},{e1,2,1,e2,2,1,...,em,2,1},...,{e1,n,1,e2,n,1,...,em,n,1}},{{e1,1,2,e2,1,2,...,em,1,2},{e1,2,2,e2,2,2,...,em,2,2},...,{e1,n,2,e2,n,2,...,em,n,2}},...,{{e1,1,p,e2,1,p,...,em,1,p},{e1,2,p,e2,2,p,...,em,2,p},...,{e1,n,p,e2,n,p,...,em,n,p}},---(1)]]>为了使用齿面误差的三维表示进行统计分析，需要给出齿面误差的统一定义：在评价齿距偏差、齿廓偏差和螺旋线偏差时，所述齿面误差均为端截面内实际齿廓沿理论齿廓(即设计齿廓)的法线方向的偏差值；所有偏差定义均以偏向实体外部为正，以进入实体内部为负；第二、从齿面误差的三维模型中抽取特征数据集基于齿面误差三维模型抽取特征数据集的原理如下：考虑三维误差空间中的一个点，该点沿三个坐标轴的运动可形成三条直线，这三条直线上的数据定义为特征数据集；这三条线中的任何一条的统计量都能够沿另两个坐标方向发生变化，形成随机过程，这个随机过程的数据能够定义为特征数据集；如果考虑两个坐标方向形成的一个面，则这个面的数据也能够定义为特征数据集，这个面的特征数据集的统计量沿第三个坐标方向发生变化，形成随机过程，这个随机过程的数据也能够定义为特征数据集；以上方法得到的特征数据集称为简单特征数据集，或称为基本特征数据集；如果选择的线或面不是沿着坐标轴方向，或采样点不是均匀连续的选取，或进行统计时给予不同点不同的权重，则能够得到更多不同的特征数据集，称为复杂特征数据集；特征数据集的统计分析的结果也能够定义为特征数据集；这样，基于齿面误差三维表达方式，可定义的特征数据集的总数是无穷多的；本方法列出基于齿廓偏差的特征数据集，如表1所示；表1 基于齿廓偏差的特征数据集按照使用的数据集合的不同，特征数据集的图形可为下列类型之一：一个点，或一条曲线，或一簇曲线，或一条综合曲线，或一个曲面，或一个实体；其中，综合曲线是由几条特征曲线组成的；从表1中特征数据集的定义可知，从齿面误差三维数据中可以得到传统的各项评价指标；因此，新建立的齿轮精度统计指标体系，包含了传统体系的全部信息，可看作是传统齿轮精度体系的扩展；第三、由特征数据集统计计算得到齿轮精度评价指标应用统计分析的方法处理齿轮测量数据可以得到很多有用信息，本方法采用基本的统计分析方法，即计算测量结果的均值和标准差，得到非常有价值的统计指标；定义所研究的随机误差均满足高斯分布，对于一个被测量X的一系列测量值x1,x2,…,xn，其均值定义为：μX=1nΣi=1nxi---(2)]]>其标准差定义为：σX=1n-1Σi=1n(xi-μX)2---(3)]]>此外，还定义最大值MA...

【技术特征摘要】
1.基于统计分析的齿轮精度评价方法，本方法提出的基于统计分析的齿轮
精度评价方法的原理是为了对齿轮精度进行统计分析，需要采用一个新的思路，
即把同一齿轮的或连续加工的同批齿轮的多个实际齿面的测量过程看作一个随
机过程，测得数据就是按照同一个理论齿形进行多次连续测量得到的结果序列，
评价是基于测量数据进行的；这些测得数据与设计齿面之间的差异主要由制造
误差和测量误差两个方面组成；实际齿面与设计齿面之间的差异即制造误差，
测量结果与实际齿面之间的差异即测量误差；无论是制造误差还是测量误差，
其中都既包含确定性的系统误差，又包含非确定性的随机误差；把这些实际齿
面的测得数据看作一个随机过程后，就可以运用统计分析的方法，对加工过程
和测量过程中引入误差的确定性成分和随机成分进行分析，从而达到更加理想...

【专利技术属性】
技术研发人员：石照耀，王笑一，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11