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齿轮特征线统一模型及在齿轮三维误差评定中的应用

石照耀 赵保亚 于渤 孙衍强

石照耀, 赵保亚, 于渤, 孙衍强. 齿轮特征线统一模型及在齿轮三维误差评定中的应用[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 1-9. doi: 10.3901/JME.2022.24.001
引用本文: 石照耀, 赵保亚, 于渤, 孙衍强. 齿轮特征线统一模型及在齿轮三维误差评定中的应用[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 1-9. doi: 10.3901/JME.2022.24.001
SHI Zhaoyao, ZHAO Baoya, YU Bo, SUN Yanqiang. Unified Model of Gear Characteristic Lines and Its Application in the Evaluation of Gears 3D Deviation[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 1-9. doi: 10.3901/JME.2022.24.001
Citation: SHI Zhaoyao, ZHAO Baoya, YU Bo, SUN Yanqiang. Unified Model of Gear Characteristic Lines and Its Application in the Evaluation of Gears 3D Deviation[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 1-9. doi: 10.3901/JME.2022.24.001

齿轮特征线统一模型及在齿轮三维误差评定中的应用

doi: 10.3901/JME.2022.24.001
基金项目: 

国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”资助项目 2018YFB2001400

详细信息
    作者简介:

    赵保亚,女,1978年出生,副教授。主要研究方向为精密测试技术及仪器。E-mail:baoya_yg@126.com

    于渤,男,1987年出生,博士,副教授。主要研究方向为精密测试技术及仪器。E-mail:dr_yubo@126.com

    通讯作者:

    石照耀(通信作者),男,1964年出生,博士,长江学者特聘教授,博士研究生导师。主要研究方向为精密测试技术及仪器、齿轮工程和机器人精密减速器。E-mail:shizhaoyao@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: TH71

Unified Model of Gear Characteristic Lines and Its Application in the Evaluation of Gears 3D Deviation

  • 摘要: 表征渐开螺旋齿轮的特征线有多种,广为熟知的是几何意义明确的渐开线和螺旋线。其实齿面上还有法向啮合齿形、接触线等工程价值突出的其他特征线。但特征线增多带来了两个问题,一是复杂的特征线方程彼此不关联,数学上缺乏统一性;二是除了渐开线和螺旋线,其他特征线没有测量手段,缺乏可测性。据渐开线齿轮传动的特点,将齿面特征线映射到啮合平面里,发现齿面上各条特征线在啮合平面里都有各自对应的二维直线,以此建立直线模型统一表达了齿面各种特征线;基于齿轮三维误差测量数据和特征线统一模型,提出了各种特征线偏差的提取方法,应用于测量实践,通过与通用齿轮仪器测量的渐开线偏差和螺旋线偏差作比对,证明了特征线统一模型及特征线偏差提取方法的有效性和实用性,解决了齿面复杂特征线的可测性问题。同时,齿轮特征线统一模型在齿轮工艺误差溯源、传动性能预报等方面也有重要应用价值。

     

    表征渐开螺旋齿轮的特征线有多种,广为熟知的是几何意义明确的渐开线和螺旋线。其实齿面上还有法向啮合齿形、接触线等工程价值突出的其他特征线。但特征线增多带来了两个问题,一是复杂的特征线方程彼此不关联,数学上缺乏统一性;二是除了渐开线和螺旋线,其他特征线没有测量手段,缺乏可测性。据渐开线齿轮传动的特点,将齿面特征线映射到啮合平面里,发现齿面上各条特征线在啮合平面里都有各自对应的二维直线,以此建立直线模型统一表达了齿面各种特征线;基于齿轮三维误差测量数据和特征线统一模型,提出了各种特征线偏差的提取方法,应用于测量实践,通过与通用齿轮仪器测量的渐开线偏差和螺旋线偏差作比对,证明了特征线统一模型及特征线偏差提取方法的有效性和实用性,解决了齿面复杂特征线的可测性问题。同时,齿轮特征线统一模型在齿轮工艺误差溯源、传动性能预报等方面也有重要应用价值。
  • 图  渐开螺旋面的特征线

    图  齿轮坐标系

    图  啮合面坐标系

    图  齿面特征线与啮合坐标系下特征线

    图  齿面特征线偏差提取

    图  齿轮三维误差点云图

    图  齿面拓扑误差与渐开线偏差提取

    图  齿面拓扑误差与螺旋线偏差提取

    图  齿面拓扑误差与法向啮合齿形偏差提取

    图  10  齿面拓扑误差与接触线偏差提取

    图  11  齿轮测量中心P26与齿面测量线布置

    图  12  1号齿测量结果

    表  1  测量结果对比

    名称 序号 统一模型评定数值/μm P26测量值/ μm
    渐开线倾斜偏差f 1 -18.5 -18.7
    2 -2.5 -3.0
    3 13.9 14.1
    渐开线形状偏差f 1 12.0 11.7
    2 12.4 13.3
    3 12.3 12.0
    渐开线总偏差Fα 1 19.8 20.8
    2 11.7 12.2
    3 18.8 21.2
    螺旋线倾斜偏差f 1 40.3 43.5
    2 25.8 24.2
    3 4.5 4.4
    螺旋线形状偏差f 1 12.0 11.3
    2 12.0 12.1
    3 11.5 12.1
    螺旋线总偏差Fβ 1 34.8 35.9
    2 24.3 23.9
    3 15.9 14.0
    法向齿形倾斜偏差fHan 1 5.8
    法向齿形形状偏差ffan 1 20.1
    法向齿形总偏差Fan 1 22.8
    接触线倾斜偏差fHc 1 16.5
    接触线形状偏差ffc 1 16.9
    接触线总偏差Fc 1 26.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-05
  • 修回日期:  2022-10-25
  • 网络出版日期:  2024-03-07
  • 刊出日期:  2022-12-20

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