齿轮齿圈径向跳动误差自动检测系统的设计.doc

济南大学毕业设计

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1前言

1.1齿轮齿圈径向跳动误差

齿圈径向跳动误差△Fr是指在齿轮一转范围内，测头在齿槽内或在轮齿上，于齿高中部双面接触，测头相对齿轮轴线的最大变动量.

1.2国内外研究现状

1.2.1发展过程

近年来我国汽车、摩托车制造业的迅速发展，汽摩齿轮制造业也得到了空前快速的发展。我国齿轮制造业的总体发展战略是尽快成为汽摩齿轮的全球制造与供应基地，并已经成为我国众多齿轮制造商的共识。齿轮在汽车行业中的需求量很大，且精度要求较高，尤其是用于汽车驱动桥的弧齿锥齿轮的加工工艺复杂，加工难度较大，以至于产品的啮合精度常常达不到要求，从而延误汽车制造的工期。因此，研究齿轮齿圈径向跳动误差的自动检测系统十分迫切，对于适应现代工业零件制造精度检测需求、促进现代工业的发展显得格外重要，具有齿轮测量中心在汽车等行业中具有极其广阔的市场。

目前，国内对齿轮测量中心的研究还较少，仅有成都工具研究所（CV450齿轮测量中心）、哈尔滨量具刃具集团有限责任公司（39系列的齿轮测量中心）、哈尔滨精达公司（JA系列齿轮测量中心）、西安爱德华测量设备有限公司等少数几个企业单位能生产，虽然某些公司的产品在精度和测量速度方面已经接近或达到国外先进水平，但在仪器的稳定性、重复性、测量精度，尤其是在软件功能方面还有待进一步的提高，而且大部分公司的齿轮测量中心尚不能实现对螺旋锥齿轮的测量。

随着计算机与机器的紧密结合，国产CNC齿轮测量中心有了长足的发展，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司、哈尔滨精达公司都先后成功开发出了系列产品。哈尔滨精达公司作为后起之秀，其发展同样引人瞩目，其JD、JDS系列齿轮测量中心，目前在国内产品中具有一定的市场占有率。其中，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司研制的具有锥齿轮测量功能的3903A齿轮测量中心，经过研发人员几年的努力，仪器的精度和测量速度已达到或接近齿轮测量领域的权威——KLINGELNBERG公司的水平，并且在CCMT2008中国数控机床展会（CHINACNCMACHINETOOLFAIR）上荣获“春燕奖”。随着CNC齿轮测量中心市场以及需求量的不断扩大，国产齿轮测量中心的质量和性能不断提高，已经具有和国外产品竞争的实力，但在仪器精度、稳定性，尤其在测量软件、仪器故障诊断功能等方面，和国外同类产品还有一定差距。

令人欣慰的是国内齿轮测量仪制造商已形成共识，随着市场的日益扩大，社会需求量的不断增长，国内的齿轮测量中心的功能在不断扩展，性能与精度在不断提高，参与市场竞争能力逐渐增强。与国外（KLINGELNBERG公司、MM公司、德国温泽等）的齿轮测量中心相比，由于国内产品的价位比较低，很容易被客户接受，国外的齿轮测量中心价格昂贵，且超精密级产品对我国实行严格的禁运。其中哈尔滨量具刃具集团有限责任公司的39系列的齿轮测量中心已经具有了测量直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮以及弧齿锥齿轮的功能，并且早已经投放市场。因此，国产齿轮测量中心在国内市场占有相当大的比重，并且随着产品性能与精度的不断提高，其国内市场也会越来越广阔。

相比之下，国外的齿轮测量技术发展较快，以瑞士马格KP42型为代表，精度很高但结构复杂。1990年前后，CNC齿轮测量中心开始推向市场，目前有美国、德国、日本、瑞士、意大利等几个工业发达国家能够生产CNC齿轮测量中心，其中典型产品有克林贝尔格公司的P系列、MM公司的3000系列以及Mahr公司GMX275型齿轮测量中心。这些产品都具备测量直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮以及螺旋锥齿轮的功能，测量精度都达到VDI/VDE等级规定的1级，空间测量不确定度达到2微米，可对锥齿轮的各单项几何误差进行检测，包括：

1)齿距偏差：包括单个齿距偏差、k个齿距累积偏差与齿距累积总偏差；

2)齿廓偏差：包括齿廓总偏差、齿廓形状偏差与齿廓倾斜偏差；

3)螺旋线偏差：包括螺旋线总偏差、螺旋线形状偏差与螺旋线倾斜偏差。而且，同时具有输出三维齿面形状偏差形貌图等功能。

齿轮测量中心一般由主机、CNC数控单元、数据采集单元、通讯接口、计算机及外设、测量软件和数据处理软件等部分组成。各国的齿轮测量中心虽然在原理上大同小异、功能相近，但实现方式却存在一定差异。主要表现在四个方面：

1）在数控系统方面，目前已有采用交流伺服系统或直线电机的；70年代基本为NC开环控制，80年代后全是CNC控制，采用直流伺服电机或步进电机；

2）在测量传感器方面，精度要求很高的齿轮或很长的工件，一般采用双频（或单频）激光干涉仪作为长度基准，其它情况则采用高精度光栅尺。角度测量一般采用高精度圆光栅，但长度测量因被测对象的不同而有差异；

3）在测头方面，也有光栅式的，有电感式的；也有三维的，有一维的，甚至有