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齒輪應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展歷程
閱讀：2016 發(fā)布時間：2013-7-29
齒輪的應(yīng)用有著悠久的歷史，而齒輪的科學(xué)研究卻始于17世紀(jì)M1Camus發(fā)現(xiàn)齒輪傳動的節(jié)點原理； 1765年， LlEuler將漸開線齒形引入齒輪，100多年后， Fellows等人應(yīng)用范成法地生產(chǎn)出漸開線齒輪，從此漸開線齒輪得到了廣泛應(yīng)用。由于制造與安裝等方面的原因，實際齒輪總是存在著誤差。這種誤差對傳動系統(tǒng)的精度與動態(tài)特性（特別是振動與噪聲）有直接的影響。因此，如何表征、測量、分析、利用和控制齒輪誤差一直是不斷探索的課題。齒輪測量的基礎(chǔ)是齒輪精度理論。
齒輪測量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實質(zhì)上反映了人們對齒輪誤差認(rèn)識的深化。迄今，齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運動學(xué)理論和齒輪誤差動力學(xué)理論的發(fā)展過程。其中，齒輪誤差動力學(xué)理論還處在探索中。*種理論將齒輪看作純幾何體，認(rèn)為齒輪是一些空間曲面的組合，任一曲面都可由三維空間中點的坐標(biāo)來描述，實際曲面上點的位置和理論位置的偏差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看作剛體，認(rèn)為齒輪不僅僅是幾何體，也是個傳動件，并認(rèn)為齒輪誤差在嚙合運動中是通過嚙合線方向影響傳動特性的，因此嚙合運動誤差反映了齒面誤差信息。第三種理論將齒輪看作彈性體，對齒廓進行修形，＂有意地＂引入誤差，用于補償輪齒承載后的彈性變形，從而獲取*動態(tài)性能，由此形成了齒輪動態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展，導(dǎo)致了齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)的不斷豐富和更新，如傳動誤差、設(shè)計齒廓的引入等。反過來，齒輪測量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標(biāo)準(zhǔn)的貫徹提供了技術(shù)支撐。齒輪測量技術(shù)及其儀器的研發(fā)已有近百年的歷史。
20世紀(jì)70年代以來，電子展成經(jīng)歷了從NC到CNC的發(fā)展過程。目前的CNC展成根據(jù)實際運動軌跡可分為兩種，一種是展成系統(tǒng)形成一條非常標(biāo)準(zhǔn)的理論軌跡，測頭感受到的示值可直接作為被測齒輪的誤差。這種展成系統(tǒng)可由閉環(huán)控制系統(tǒng)或混合型（半閉環(huán)）控制系統(tǒng)來完成。由于形成理論標(biāo)準(zhǔn)軌跡的系統(tǒng)相對復(fù)雜，因此實際應(yīng)用中還有另一種驅(qū)動系統(tǒng)，即開環(huán)驅(qū)動加誤差補償（即＂粗傳動+補償＂）。由于計算機的計算誤差以及驅(qū)動裝置與傳動裝置等都存在誤差，開環(huán)電子展成系統(tǒng)中測頭運動軌跡不能直接作為測量基準(zhǔn)，此時，測頭示值中既有被測量的成份，也包含展成系統(tǒng)的誤差，因此，必須用位移檢測元件測出各相關(guān)運動的實際位移量，再由計算機將實際位移量和測頭的示值進行合成，補償展成系統(tǒng)的誤差，得到被測齒面上對應(yīng)點的實際坐標(biāo)；然后，計算機將實際坐標(biāo)與被測量的理論模型進行比較，才能得到被測量的誤差，這就是＂非標(biāo)準(zhǔn)軌跡的電子展成法＂。電子展成法一般是按被測齒輪的理論方程進行控制的。
90年代以后， CNC齒輪測量技術(shù)中出現(xiàn)了跟蹤測量法。它是按被測參數(shù)的實際值進行控制的，可采用測頭跟蹤法和軸對軸跟蹤法。測頭跟蹤法是在測量過程中根據(jù)測頭的示值對相應(yīng)坐標(biāo)軸的測量位置進行調(diào)節(jié)，達到測頭跟蹤被測齒面運動，實現(xiàn)對齒輪的測量。軸對軸跟蹤法是根據(jù)一根坐標(biāo)軸的實際測量位置來調(diào)節(jié)其他坐標(biāo)軸的位置，以完成測量工作。跟蹤測量法不僅可以減少控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，而且有較大的測量靈活性，適合參數(shù)未知曲面，或雖然理論方程已知但工件實際誤差超出測頭量程的情況。當(dāng)然，跟蹤法的測量效率相對較低。CNC坐標(biāo)測量技術(shù)在齒輪刀具、蝸輪蝸桿、錐齒輪、小模數(shù)齒輪、大齒輪和齒輪在線測量中也得到廣泛采用。70年代以來，坐標(biāo)測量法是齒輪測量技術(shù)的世界性主要潮流。
在早期的齒輪測量中，人工讀指示表（如千分表等）獲
齒輪測量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實質(zhì)上反映了人們對齒輪誤差認(rèn)識的深化。迄今，齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運動學(xué)理論和齒輪誤差動力學(xué)理論的發(fā)展過程。其中，齒輪誤差動力學(xué)理論還處在探索中。*種理論將齒輪看作純幾何體，認(rèn)為齒輪是一些空間曲面的組合，任一曲面都可由三維空間中點的坐標(biāo)來描述，實際曲面上點的位置和理論位置的偏差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看作剛體，認(rèn)為齒輪不僅僅是幾何體，也是個傳動件，并認(rèn)為齒輪誤差在嚙合運動中是通過嚙合線方向影響傳動特性的，因此嚙合運動誤差反映了齒面誤差信息。第三種理論將齒輪看作彈性體，對齒廓進行修形，＂有意地＂引入誤差，用于補償輪齒承載后的彈性變形，從而獲取*動態(tài)性能，由此形成了齒輪動態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展，導(dǎo)致了齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)的不斷豐富和更新，如傳動誤差、設(shè)計齒廓的引入等。反過來，齒輪測量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標(biāo)準(zhǔn)的貫徹提供了技術(shù)支撐。齒輪測量技術(shù)及其儀器的研發(fā)已有近百年的歷史。
20世紀(jì)70年代以來，電子展成經(jīng)歷了從NC到CNC的發(fā)展過程。目前的CNC展成根據(jù)實際運動軌跡可分為兩種，一種是展成系統(tǒng)形成一條非常標(biāo)準(zhǔn)的理論軌跡，測頭感受到的示值可直接作為被測齒輪的誤差。這種展成系統(tǒng)可由閉環(huán)控制系統(tǒng)或混合型（半閉環(huán)）控制系統(tǒng)來完成。由于形成理論標(biāo)準(zhǔn)軌跡的系統(tǒng)相對復(fù)雜，因此實際應(yīng)用中還有另一種驅(qū)動系統(tǒng)，即開環(huán)驅(qū)動加誤差補償（即＂粗傳動+補償＂）。由于計算機的計算誤差以及驅(qū)動裝置與傳動裝置等都存在誤差，開環(huán)電子展成系統(tǒng)中測頭運動軌跡不能直接作為測量基準(zhǔn)，此時，測頭示值中既有被測量的成份，也包含展成系統(tǒng)的誤差，因此，必須用位移檢測元件測出各相關(guān)運動的實際位移量，再由計算機將實際位移量和測頭的示值進行合成，補償展成系統(tǒng)的誤差，得到被測齒面上對應(yīng)點的實際坐標(biāo)；然后，計算機將實際坐標(biāo)與被測量的理論模型進行比較，才能得到被測量的誤差，這就是＂非標(biāo)準(zhǔn)軌跡的電子展成法＂。電子展成法一般是按被測齒輪的理論方程進行控制的。
90年代以后， CNC齒輪測量技術(shù)中出現(xiàn)了跟蹤測量法。它是按被測參數(shù)的實際值進行控制的，可采用測頭跟蹤法和軸對軸跟蹤法。測頭跟蹤法是在測量過程中根據(jù)測頭的示值對相應(yīng)坐標(biāo)軸的測量位置進行調(diào)節(jié)，達到測頭跟蹤被測齒面運動，實現(xiàn)對齒輪的測量。軸對軸跟蹤法是根據(jù)一根坐標(biāo)軸的實際測量位置來調(diào)節(jié)其他坐標(biāo)軸的位置，以完成測量工作。跟蹤測量法不僅可以減少控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，而且有較大的測量靈活性，適合參數(shù)未知曲面，或雖然理論方程已知但工件實際誤差超出測頭量程的情況。當(dāng)然，跟蹤法的測量效率相對較低。CNC坐標(biāo)測量技術(shù)在齒輪刀具、蝸輪蝸桿、錐齒輪、小模數(shù)齒輪、大齒輪和齒輪在線測量中也得到廣泛采用。70年代以來，坐標(biāo)測量法是齒輪測量技術(shù)的世界性主要潮流。
在早期的齒輪測量中，人工讀指示表（如千分表等）獲
取齒輪誤差，得到的是誤差幅值，僅僅能用來評判被檢項目合格與否；電動記錄器的出現(xiàn)，靠人工讀曲線，使工藝誤差分析成為可能；計算機的采用使自動處理測量結(jié)果、分析工藝誤差并將分析結(jié)果反饋到加工系統(tǒng)進而修正加工參數(shù)成為現(xiàn)實。集專家系統(tǒng)、知識工程于一體的齒輪誤差智能分析系統(tǒng)也開始得到應(yīng)用。迄今，在齒輪測量數(shù)據(jù)處理方面，廣泛使用的是zui小二乘法，同時數(shù)字濾波技術(shù)也得到應(yīng)用。雖然現(xiàn)代信號處理的一些方法已逐漸應(yīng)用于齒輪測量數(shù)據(jù)處理中，但尚未實用化。
原載自：www.tzxchm.com