多功能齿轮样板制造技术

多功能齿轮样板，是一种新颖的渐开线齿轮样板。样板将齿廓误差中的基本误差项鼓形误差、倾斜误差，以及谐波和基节偏差设计在齿轮的齿面上，可以根据设计目的将单个或多个谐波叠加在齿轮齿面上，也可以将上述各项偏差组合叠加到齿轮齿面上，多功能齿轮样板可对齿廓评价过程中滤波对齿廓评定的影响进行检定，对齿轮噪声理论提供全面的测试手段，为齿轮降噪及齿廓修形提供理论依据和设计指南。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与齿轮误差测量技术和装置有关，属于精密测试技术及仪器、机械传动

技术介绍
齿轮是各种机械装备的关键传动零件，广泛应用于汽车、仪器仪表、机床、船舶、工程机械、发电等各个领域。过去20年，中国齿轮工业得到了迅速发展；随着科学技术的发展，齿轮正朝高功率密度、高可靠性、低噪声方向发展。保证齿轮加工精度，控制齿轮质量，是确保齿轮性能的前提。齿轮质量的提高离不开高性能的齿轮测量仪器，现在的齿轮测量仪器(如齿轮测量中心、齿轮单面啮合检查仪、齿轮双面啮合检查仪等)，都是光机电一体化仪器，在测量信号和齿轮误差处理过程中，大量采用了滤波技术(包括硬件和软件滤波)。一些齿轮测量仪器生产厂家，为提高仪器的测量重复性，制造仪器稳定可靠的“假象”，不适当地采用滤波器，将误差中的高频成分过滤掉。对精度不高的齿轮，形状误差和低频误差是主要成分，去掉高频成分对测量结果没什么影响；但对高精度齿轮，形状误差和低频误差与高频误差处在同一数量级，过滤掉高频成分，将直接影响测量结果，实际上是将齿轮误差缩小了。在同样的硬件条件下，齿轮测量仪器的滤波算法的好坏直接决定测量结果的准确性；同一齿轮在机械精度相近的齿轮仪器上测量，其测量结果相差较大，这很大程度也是由不同的滤波算法造成的，不当的滤波算法会将有用的误差信息也滤掉了。而研究表明，齿轮误差中的高频成分对应于齿轮的齿面波度，而齿面波度对齿轮磨损、寿命和噪声都有直接影响。在当今齿轮加工水平下，控制齿轮齿面波度成为控制高精度齿轮质量的关键。另一方面，齿轮噪声产生机理复杂，国内外学者普遍认为齿轮制造误差是主要的激励源。迄今，齿轮工作者对齿轮振动和噪声进行了大量的研究，建立了多种动力学模型，对齿轮噪声得出以下结论:(I)不同齿轮类型对齿轮噪声有不同的影响。(2)在载荷与速度相同的条件下，斜齿轮的噪声可比直齿轮低3 10dB。(3)重合度对齿轮噪声有较大影响。(4)基节偏差对噪声有较大影响。噪声与基节误差成正比例增减，当转速增高或者负荷增大时，噪声增减的梯度也增大，而且，在齿轮一转中，即使只有一个齿距误差较大，则噪声也明显增大。(5)齿形误差对噪声的影响复杂，是研究齿轮振动和噪声的基本问题。齿形误差对齿轮噪声的影响非常复杂，在只给出齿形误差的大小的情况下，并不能判断出其对噪声的影响，重要的是齿形的误差形状。现阶段大量的实验结论表明，不同的齿廓偏差对于齿轮噪声的有不同的影响，但具体影响机理复杂，目前只有简单的实验结论，无法为齿轮降噪提供理论支撑。齿形误差与齿轮振动和噪声的关系问题是研究齿轮振动和噪声的基本问题，弄清他们间的关系，既有理论意义，同时对低噪声齿轮设计具有极大的实际价值。多功能齿轮样板是将设计齿廓波度、基节偏差、齿廓倾斜偏差、齿廓鼓形偏差叠加到标准渐开线齿廓中，可以对齿轮测量仪器的滤波进行评定，同时为齿轮噪声实验提供更加完备的测试手段，为齿轮噪声理论提供实验手段，为齿轮降噪及齿廓修形提供理论依据和设计指南。
技术实现思路
为了解决齿轮测量仪器滤波性能的评定，解决齿轮噪声理论研究的实验手段问题，本专利技术提出了多功能齿轮样板。其意义在于实现齿轮波度的量值传递，实现对齿轮测量仪器中滤波算法的评定，实现对齿轮测量仪器齿廓偏差与基节偏差的误差检测精度的评定，实现齿轮振动和噪声的完备实验手段，验证与完善现有齿轮动力学理论，为齿轮降噪及齿廓修行提供理论依据和设计指南。本专利技术采用如下的技术方案:本专利技术“多功能齿轮样板”，基于渐开线齿廓的产生原理，设计一种多功能齿轮样板，将谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差、基节偏差叠加在齿轮样板的齿面上。就多功能齿轮样板的结构和设计原理而言，它是在齿轮啮合原理的基础上，将设计的谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差与基节偏差沿着渐开线的发生线方向叠加到渐开线齿廓上。齿轮啮合过程中，齿轮啮合点将直接反映叠加的谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差与基节偏差。我们可以通过测量传动误差曲线获取叠加的各项误差，理想齿轮副的传动误差曲线图如附附图说明图1所示，有误差的齿轮副传动误差曲线图如附图2所示，而本专利技术设计的多功能齿轮样板的传动误差曲线如附图3至5所示。本专利技术的多功能齿轮样板示意图如附图6所示，其在所有齿面上叠加第一个谐波的同时，在第2个齿的右齿面叠加第二个谐波，在第4个齿的右齿面叠加向内倾斜的齿廓误差，在第6个齿的右齿面叠加向外倾斜的齿廓倾斜误差,在第8个齿的右齿面叠加向外鼓的齿廓鼓形误差，在第10个齿的右齿面叠加向内鼓的齿廓鼓形误差，在第12个齿的右齿面叠加向外鼓，向外倾的齿廓倾斜误差与齿廓鼓形误差,在第14个齿面叠加向外鼓，向内倾的齿廓 倾斜误差与齿廓鼓形误差。齿廓误差形式如附图7所示，最终样板图如附图8所示。多功能齿轮样板的误差叠加的数学模型如附图9所示。1、多功能齿轮样板的特征是在齿轮的齿面上加工出带有谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差、基节偏差的特殊齿轮样板。误差叠加的步骤分别如下:(I)叠加谐波到齿面上:步骤1:首先给定谐波波长、幅值和初始相位；谐波波长计算公式如下:Ii1X 入 sin= Ji XmXz X cos α其中λ sin为叠加谐波的波长，Ji为圆周率,m为齿轮模数，z为齿数，α为压力角，ki为谐波波长系数，Ic1=I, 2，3…η ；幅值根据用户设计目的给定，从几微米到几十微米。初始相位设计原则为:任何时刻，参与啮合的各齿在同侧齿面所叠加谐波相位在啮合线方向相等，保证齿轮在双啮区波形一致，相邻同侧齿没有基节偏差；仅需要考虑相邻同侧齿啮合方向齿面叠加谐波的初始相位差，第一个叠加谐波的齿面初始相位可以取任意值，然后根据相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位公式计算其它齿面叠加谐波的初始相位。相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位差计算公式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
多功能齿轮样板的特征是在齿轮的齿面上加工出带有谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差、基节偏差的特殊齿轮样板；对于需要在一个齿面叠加多种偏差，需要根据叠加的偏差类型决定叠加的顺序；叠加偏差的优先级如下：最先叠加谐波，其次叠加齿廓鼓形偏差，再其次叠加倾斜偏差，最后叠加基节偏差，即谐波>齿廓鼓形偏差>齿廓倾斜偏差>基节偏差；各类误差叠加的步骤分别如下：(1)叠加谐波到齿面上:步骤1：首先给定谐波波长、幅值和初始相位；谐波波长计算公式如下：k1×λsin=π×m×z×cosα其中λsin为叠加谐波的波长，π为圆周率，m为齿轮模数，z为齿数，α为压力角，k1为谐波波长系数，k1=1,2,3…n；初始相位设计原则为：任何时刻，参与啮合的各齿在同侧齿面所叠加谐波相位在啮合线方向相等，保证齿轮在双啮区波形一致，相邻同侧齿没有基节偏差；仅需要考虑相邻同侧齿啮合方向齿面叠加谐波的初始相位差，第一个叠加谐波的齿面初始相位可以取任意值，然后根据相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位公式计算其它齿面叠加谐波的初始相位；相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位差计算公式为：Δθsin=k2×λsin-pbλsin×2π其中Δθsin为相邻同侧齿谐波相位差，λsin为叠加谐波的波长，pb为基圆齿距，k2为谐波相位系数，且k2=1,2,3…n，π为圆周率；步骤2：建立齿轮坐标系，以基圆圆心为原点，以原点至任一个需要叠加谐波的齿面渐开线起始点为Y轴，正方向为原点至渐开线起始点方向；以渐开线发生线内侧为X轴正方向，根据齿面谐波叠加公式将步骤:1中的谐波叠加到渐开线齿廓上；X=flank×(rbcos(α)×sin(θ)-A×sin(2×π×rb×(α+θ)λsin+θsin)×cos(α+θ))Y=rbcos(α)×cos(θ)+A×sin(2×π×rb×(α+θ)λsin+θsin)×sin(α+θ)上式中rb为基圆半径；α为渐开线压力角，单位：弧度；θ为渐开线角，单位：弧度；flank为齿面参数，左齿面时值为1，右齿面时值为?1；λsin为叠加谐波的波长；θsin为叠加谐波的初始相位，单位：弧度；X为齿面X轴坐标；Y为齿面Y轴坐标；A为叠加谐波的幅值；步骤3：根据坐标系变换可以得到需要叠加谐波的任意一个齿的齿面坐标数据；(2)叠加齿廓倾斜偏差到齿面上：叠加齿廓倾斜偏差的步骤如下：步骤1：计算齿廓倾斜偏差对应的基圆半径，设齿顶渐开线展开角为θ1（单位：弧度），rb为标准齿轮基圆半径，叠加的倾斜误差为e,则叠加倾斜误差对应 新的基圆半径rb1为：rb1=rb+etan(θ1)步骤2：建立齿轮坐标系，以基圆圆心为原点，以原点至任一个需要叠加齿廓倾斜偏差的齿面渐开线起始点为Y轴，正方向为原点至渐开线起始点方向；以渐开线发生线内侧为X轴正方向，计算在标准渐开线齿廓上叠加齿廓倾斜偏差的坐标值，公式如下：X=flank×(rb1cos(α)×sin(θ))Y=rb1cos(α)×cos(θ)上式中rb1为基圆半径，α为渐开线压力角（单位：弧度），θ为渐开线展角（单位：弧度），flank为齿面参数，左齿面时值为1，右齿面时值为?1，X为齿面X轴坐标，Y为齿面Y轴坐标；计算在叠加了谐波的渐开线齿廓的基础上再叠加齿廓倾斜偏差的坐标值，公式如下：X=flank×(rb1cos(α)×sin(θ)-A×sin(2×π×rb×(α+θ)λsin+θsin)×cos(α+θ))Y=rb1cos(α)×cos(θ)+A×sin(2×π×rb×(α+θ)λsin+...

【技术特征摘要】
1.多功能齿轮样板的特征是在齿轮的齿面上加工出带有谐波、齿廓鼓形偏差、齿廓倾斜偏差、基节偏差的特殊齿轮样板；对于需要在一个齿面叠加多种偏差，需要根据叠加的偏差类型决定叠加的顺序；叠加偏差的优先级如下:最先叠加谐波，其次叠加齿廓鼓形偏差，再其次叠加倾斜偏差，最后叠加基节偏差，即谐波 > 齿廓鼓形偏差 > 齿廓倾斜偏差 > 基节偏差；各类误差叠加的步骤分别如下: (I)叠加谐波到齿面上: 步骤1: 首先给定谐波波长、幅值和初始相位； 谐波波长计算公式如下:Ii1 X 入 sin= Ji XmXz X cos α 其中λ sin为叠加谐波的波长，31为圆周率，m为齿轮模数，z为齿数，α为压力角，Ii1为谐波波长系数，Ii1=I, 2，3...η ； 初始相位设计原则为:任何时刻，参与啮合的各齿在同侧齿面所叠加谐波相位在啮合线方向相等，保证齿轮在双啮区波形一致，相邻同侧齿没有基节偏差；仅需要考虑相邻同侧齿啮合方向齿面叠加谐波的初始相位差，第一个叠加谐波的齿面初始相位可以取任意值，然后根据相邻同侧齿齿面叠加谐波的初始相位公式计算其它齿面叠加谐波的初...

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