超精密齿轮齿距偏差测量理论与技术研究

当前齿轮测量仪器的测量精度不足以满足1级(GB/T10095.1-2001)精度齿轮的测量。大连理工大学在国家自然科学基金的支持下已对1级精度渐开线圆柱齿轮齿形的测量开展了研究工作，解决了1级精度渐开线齿形测量的难题。本项申请针对超精密齿轮齿距偏差的测量理论与技术开展研究，搭建能够测量1级精度渐开线圆柱齿轮齿距偏差的测量装置。采用程控多齿分度台作为自动分度基准，通过研究多齿分度台啮合牙齿在分度过程的动力响应，及其对动态分度精度的影响，分析提高多齿分度台动态分度精度的方法。综合考虑齿形偏差、齿向偏差等因素，分析测头定位误差对超精密齿轮齿距偏差测量的影响，研究测头自动精确定位技术。研究被测齿轮与多齿分度台啮合中心同轴的精密调整方法，及其它组件的精密装配方法。分析测量装置中所有测量误差源，并对主要测量误差进行补偿，最终使该测量装置达到1级精度齿轮齿距偏差的测量要求。

当前齿轮测量仪器的测量精度不足以满足1级(GB/T10095.1-2001)精度齿轮的测量。项目组前期在国家自然科学基金的支持下已对1级精度渐开线圆柱齿轮齿廓偏差测量理论与技术开展了研究工作，解决了1级精度渐开线圆柱齿轮齿廓偏差测量难题。本项目针对超精密齿轮齿距偏差测量理论与技术开展研究工作。项目组通过采用程控多齿分度台作为角度分度基准，采用可调芯轴结构对测量芯轴进行精密调整，设计高精度测头重复定位装置等，研制出超精密齿轮齿距偏差测量仪；该仪器在测量齿轮（m=2，z=60）齿距累积偏差时的测量不确定度U95=0.58µm，满足1级精度齿轮齿距偏差的测量要求。项目组提出采用“全组合测量法”测量多齿分度台上齿盘外端面相对于上下齿盘啮合面的变动量，该方法可消除啮合平面倾斜误差对测量结果的影响；通过多次测量与研磨，将多齿分度台上齿盘外端面相对于啮合平面的平行度最大偏差由4µm减小到0.29µm，极大提高齿轮安装基准面的定位精度。根据动力学的相关理论，对多齿分度台上下齿盘啮合过程建立弹性动力学模型，研究啮合牙齿的弹性体动力响应，分析多齿分度台动态分度精度；根据分析结果对多齿分度台上齿盘下落位置进行有效调整，进一步提高多齿分度台的分度精度。提出“多步测量法”对齿距偏差进行测量，即使齿轮绕轴线转动一个或几个齿距角，分别对齿距偏差进行多次测量，采用特定的算法对测量结果进行处理，将测量过程中的系统误差进行分离，极大提高齿距偏差测量精度；采用该方法可以在一般精度仪器上实现齿距偏差高精度的测量。项目组利用齿廓偏差测量结果分析齿轮加工过程中的定位误差，进而分析加工过程中齿轮定位误差对齿距偏差的影响，并将此作用误差从齿轮齿距偏差测量结果中剔除，最终得到加工系统中分度机构分度误差对齿距偏差的影响值；根据分析结果可对齿轮加工机床系统分度机构进行调整，提高齿轮加工中的齿距精度。通过本项目的研究工作，结合已完成的基准级渐开线测量平台及本研究室多年的研究成果，项目组掌握了1级精度标准齿轮测试的完整技术，可为我国齿轮高水准的检验做出一点贡献。