大型齿轮在机测量原理及技术的研究

【摘要】： 本论文研究的课题属于原机械工业部技术基金资助的攻关课题，并 得到了辽宁省自然科学基金资助，主要研究了大尺寸齿轮在机测量原理 及技术。 论文首先从大型齿轮的特点入手，由于大型齿轮齿数多、外径及重 量大，使其精度测量方法发生了从量到质的突变，表现为量仪的结构尺 寸大，量仪的安装、对正困难，测量中的惯性问题突出以及测量效率低 等，给其精度测量带来了很大难度。有鉴于此，本论文定位于在机测量 方案，以便有效利用精密加工设备的良好资源，显著降低测量仪器的成 本，同时又克服了传统的台式测量方法和上置式测量方法的局限及不 足，是一种符合我国国情的选择。尽可能利用所依托的加工设备的资源， 采用先进的机电一体化技术，发挥软件功能、“以柔补刚”，并有针对 性地解决大型齿轮测量中的各项关键问题，成为了本论文工作的总的指 导思想。 在测量原理研究中，注意到渐开线廓面存在四族特征线，即渐开线 族、螺旋线族、直母线族及接触迹族。它们的两两组合所构成的特征线 网络都可作为考察渐开线廓面精度特征的依据。文中指出渐开线族与直 母线族的组合无论对直齿轮还是对斜齿轮测量都是正确有效的。在此基 础上，本论文创造性地提出了齿条形刃边测头在机测量方案，该方案不 仅原理正确，而且可以显著减少仪器的结构尺寸，操作方便，符合大型 齿轮测量的特点，构成本论文的重要特色之一。文中还对大型齿轮点测 头测量方案、单面啮合综合测量方案进行了探讨。 作为本论文的理论工作之一，针对齿条形刃边测头方案的测量过 程，建立了误差读数系统及误差与变异关系方程。指出被测齿轮的各项 误差，所依托机床的原始误差及测量装置的制造、安装对正误差均会引 起啮合过程的变异，而测量正是通过检测变异量来最终了解齿轮的各项 误差。实践表明，误差与变异关系方程不仅揭示了被测齿轮误差与测量 数据的联系，而且还给出了机床及测量装置误差对测量数据的干扰，使 得这部分工作成为测量数据处理，原型机设计、制造，安装对正，精度 分析等方面的重要基础。 为了实施大型齿轮齿条形刃边测头在机测量方案，文中针对测量装 置在机床上的精密安装与定位、精密角度测量、齿轮安装偏心补偿及测 量数据处理等，这些对于大型齿轮测量具有共性特征的关键技术进行了 系统分析，其中有代表性的工作如：为解决精密测角的线值放大问题， 采用了大传动比的摩擦盘方案，分析了摩擦副的原始几何误差、弹性蠕 滑等因素对角度测量精度的影响，设计并研制了相关测量装置，经实践 证明，效果良好。为了实现测量装置在机床上的精确安装与定位，采用 了高精度电子水平仪作媒介调整工具，并借助于水平面与铅垂线这一自 然绝对坐标系作为中间转换基准，使测量装置的安装、调整既方便简单， 又可达到较高精度。 最后，本文进行了测量系统原型机的设计、制造与试验。结果表明， 测量原理正确，测量技术可行，显示出齿条形刃边测头方案在大型齿轮 在机测只中具有令人鼓舞的前景。