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引言
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鑲嵌在**上的齒輪是工業(yè)的象征，在信息化時代仍具有不可替代性。齒輪的質(zhì)量往往直接決定裝備 的運(yùn)行性能、服役壽命、安全性和可靠性。歷經(jīng)幾次工業(yè)**，對齒輪的需求越來越大，對其要求也越來 越高。目前齒輪正朝高精度、高功率密度、高可靠性、 高效率、長壽命、低噪聲等方向發(fā)展，基于齒輪測量 的齒輪評價與工藝分析則是保證齒輪質(zhì)量的主要途徑。齒輪形狀復(fù)雜，表征其質(zhì)量的參數(shù)眾多。20 世紀(jì) 70 年代前，為測量齒輪的繁多參數(shù)，世界上研發(fā)了齒輪齒形、齒向、齒距、單嚙、雙嚙等 10 多種儀器。測量一個齒輪需要多臺儀器，帶來了測量效率低、項(xiàng)目測量精度不一致等諸多問題。1970 年是齒輪測量技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。齒輪整體誤差測量技術(shù)和齒輪測量機(jī) ( 中心) 的出現(xiàn)解決了齒輪測量領(lǐng)域的一個難題，即在一臺儀器上快速獲取齒輪的全部誤差信息。這兩項(xiàng)技術(shù)雖然都基于現(xiàn)代光、機(jī)、 電、計算機(jī)等技術(shù)，但走上了不同的技術(shù)路線。以黃潼年先生為主的我國科技工作者于 1970 年在世界上**了齒輪整體誤差測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在同一臺儀器上快速獲取齒輪的全部綜合和單項(xiàng)誤差信息。經(jīng)過后續(xù) 20 多年的發(fā)展，齒輪整體誤差測量技術(shù)已成為較系統(tǒng)的齒輪整體誤差理論。它主要包括3方面內(nèi)容: 齒輪整體誤差概念及其分析方法、齒輪整體誤差的獲取方法和齒輪整體誤差應(yīng)用。我國曾生產(chǎn)了1000多臺各式齒輪整體誤差測量儀器，并出口到其它國家。齒輪整體誤差技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代以前中國機(jī)械領(lǐng)域的三大原始創(chuàng)新成果之一，得到世界公認(rèn)。其中錐齒輪整體誤差測量技術(shù)的** 1989 年賣給了德國的 Klinglnberg公司，實(shí)現(xiàn)了新中國機(jī)械工程領(lǐng)域的首項(xiàng)高技術(shù)出口。與此同時，自1970年數(shù)控齒輪測量中心**出現(xiàn)以來，由于其具有測量精度高、功能**、通用性 強(qiáng)等特點(diǎn)，基于坐標(biāo)測量法的齒輪測量中心逐漸成為齒輪測量儀器的主要潮流。


尤其是21世紀(jì)以來， CNC齒輪測量中心的應(yīng)用趨于**，齒輪整體誤差測量儀器的市場受到擠壓。同時，由于齒輪整體誤差測量技術(shù)本身有一些**問題長期沒有得到徹底解決，齒輪整體誤差測量的發(fā)展和應(yīng)用在近20多年進(jìn) 入瓶頸期。隨著目前新技術(shù)條件的出現(xiàn)，齒輪整體誤差測量技術(shù)及其應(yīng)用中的一些傳統(tǒng)難題基于全新的解決方案已經(jīng)得以解決，齒輪整體誤差測量原理固有的 “效率高、信息全”的優(yōu)勢更加突出，因此這項(xiàng)技術(shù)在基于快速測量的齒輪高效配對等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。如何發(fā)揮優(yōu)勢、彌補(bǔ)不足，讓中國**的齒輪整體誤差測量技術(shù)重放光彩是擺在中國齒輪行業(yè)科技人員面前的重要課題。本文綜述了齒輪整體誤差測量技術(shù)的基本原理、 發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，分析了整體誤差基礎(chǔ)理論方面存在的難點(diǎn)和**問題，并給出可行的解決途徑、突破方向和未來的研究趨勢，為齒輪整體誤差測量技術(shù)及理論的研究發(fā)展提供參考和依據(jù)。



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發(fā)展歷程
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齒輪整體誤差測量原理 ：齒輪整體誤差測量技術(shù)**性的提出了特殊的標(biāo)準(zhǔn)元件 “跳牙”蝸桿。跳牙蝸桿本質(zhì)上是雙頭或三頭蝸桿，保留其中一個頭作為 “測量頭”，而把其他的齒面都減薄，這樣就實(shí)現(xiàn)了重合度小于1 的 “間齒單 嚙”測量，可以獲得傳統(tǒng)的單嚙測量無法獲得的齒面誤差信息 ( 圖 1、圖 2) 。測量時，跳牙蝸桿帶動被測齒輪旋轉(zhuǎn)，在跳牙蝸桿和被測齒輪的軸線上都裝有圓光柵，跳牙蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，就得到一個整體誤差單元曲線。被測齒輪旋轉(zhuǎn)兩到三周，就可以得到一條截面整體誤差曲線。從齒輪整體誤差曲線可以得到被測齒輪的各種單項(xiàng)誤差和綜合誤差。

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圖 1 普通蝸桿得到的傳動誤差曲線



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圖 2 跳牙蝸桿得到的傳動誤差曲線 ( 即 GIE 曲線)



齒輪整體誤差測量儀器： 齒輪整體誤差測量方法的應(yīng)用，解決了單面嚙合 法測不出全齒形的難題 ( 圖 1) ，使單面嚙合測量儀從 只能測出運(yùn)動誤差曲線一躍而能測出整體誤差曲線， 從而成為一種應(yīng)用范圍更廣的齒輪儀器。國內(nèi)出現(xiàn)*早的齒輪整體誤差測量儀器是 1970 年代北京量具刃具廠生產(chǎn)的 CD320G 型蝸桿式光柵單嚙儀，可測出截面整體誤差曲線。從一條截面整體誤差曲線*能獲得齒輪一個截面 上的誤差信息，這對于寬齒輪和斜齒輪仍然是不夠的。因此1975 年成都工具所開發(fā)了一次測出全齒寬整體誤差曲線的 “齒輪單面嚙合整體誤差測量儀”，這種儀器 增加了標(biāo)準(zhǔn)蝸桿沿齒輪軸向精密移動的機(jī)構(gòu)。用這種 儀器可以測得四種不同用途的整體誤差曲線: 截面整體誤差曲線、全齒寬整體誤差曲線、雙向截面整體誤 差曲線和雙向全齒寬整體誤差曲線。在這些曲線上 不但可以得到所有誤差項(xiàng)目的誤差值，還可以清楚地 看到各種誤差的變化狀況、誤差之間的定量關(guān)系、各 種誤差與傳動質(zhì)量的關(guān)系以及不同切齒工藝誤差的特 殊規(guī)律。國內(nèi)使用*多的整體誤差測量儀器是成都工具所 1980 年代末開始生產(chǎn)的 CZ450 型齒輪整體誤差測量儀 ( 圖3) ，采用計算機(jī)處理測量數(shù)據(jù)，曾是 1990 年代我 國齒輪測量的主導(dǎo)儀器。成都工具所還開發(fā)了能測量 錐齒輪整體誤差曲線的 CSZ500 型錐齒輪整體誤差測量 儀。成都工具所和北京量具刃具廠一共生產(chǎn)了 1000 多臺蝸桿式整體誤差測量儀器。蝸桿式單面嚙合間齒 測量儀器目前仍是整體誤差測量儀器的主流。



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圖 3 齒輪整體誤差測量儀 CZ450



2010 年，成都工具研究所研發(fā)了一種基于差動式嚙合滾動點(diǎn)掃描的微小齒輪測量新技術(shù)，采用雙主軸驅(qū)動的測量方式，使被測微小齒輪和精密測量元件 保持單面嚙合傳動，可得到微小齒輪的整體誤差，并*終實(shí)現(xiàn)微小齒輪的單項(xiàng)幾何精度和綜合傳動精度指標(biāo)的測量。德國 Frenco 公司于 2000 年前后推出了一種基于測量棱線式跳牙齒輪的單面嚙合測量儀，可實(shí)現(xiàn)齒面拓?fù)湫畔y量。Frenco 公司還推出了使用薄片式跳牙 齒輪作為測量元件的整體誤差式測量儀器，其測量元件可沿被測齒輪軸向相對運(yùn)動，測量被測齒輪多個截 面的整體誤差曲線。 

齒輪整體誤差理論：齒輪整體誤差測量技術(shù)除了發(fā)展出各種實(shí)用性的 新儀器外，在齒輪誤差理論方面也取得進(jìn)展，提出了 齒輪整體誤差理論。新的誤差理論把齒輪所有工作齒面上的誤差視為一個整體，并把各齒面點(diǎn)的誤差按嚙合順序統(tǒng)一在嚙合線上反映，從而與齒輪的傳動質(zhì)量 和切齒工藝緊密地聯(lián)系在一起。這個誤差的整體可形象地呈現(xiàn)在整體誤差曲線圖上。新的整體誤差理論借助于齒輪整體誤差曲線，闡明和解釋了各種齒輪誤差的變化規(guī)律和相互關(guān)系、各種誤差產(chǎn)生的原因和對傳 動質(zhì)量的影響，在齒輪嚙合機(jī)理、齒輪誤差反映傳動質(zhì)量、齒輪傳動質(zhì)量控制、齒面修形、齒輪各種誤差的相互關(guān)系和切齒工藝誤差分析等多個方面澄清了一 系列與齒輪精度有關(guān)的問題。齒輪整體誤差有幾個鮮明的特點(diǎn): 一是反映了齒輪的全部誤差信息; 二是精確地揭示了齒輪各單項(xiàng)誤差的變化規(guī)律和彼此間的關(guān)系; 三是形象地反映了誤 差齒輪的嚙合過程。特別適合齒輪工藝誤差分析和動態(tài)性能預(yù)報。對包含了豐富誤差信息并揭示了嚙合過程的齒輪整體誤差曲線進(jìn)行剖析，研究與之相關(guān)的齒輪副整體誤差、齒輪修形、承載變形、振動與 噪聲、齒輪配對等問題，取得了一系列理論成果并得到具體應(yīng)用。