技术

 1 概述

    锥齿轮传动机构在汽车、直升飞机、机床及电动工具制造业中，得到了广泛的应用。不同的用途对锥齿轮性能质量的要求也不同，归纳起来包括：①有良好的接触区，能可靠的传递动力扭矩；②有良好匹配的几何形状，能平稳的传递运动，从而保证载荷均匀、传动平稳、振动小、噪音低。工厂通常采用双啮仪及检测接触斑点的滚动检查仪来控制锥齿轮的质量，但实际上很难精确判定锥齿轮的使用性能。
    锥齿轮的精度测量方法和圆柱齿轮类同，通常可分为三种：①坐标式几何解析测量法。即把锥齿轮作为一个几何实体，对其几何元素分别进行单项几何精度的测量；齿轮测量中心是其主要测量仪器。②啮合式综合精度测量法。即把锥齿轮作为一个传动元件，对其传动精度、接触斑点、振动噪音进行综合测量。其测量仪器主要有锥齿轮单面啮合检查仪、锥齿轮双面啮合测量仪及锥齿轮滚动检验机。③锥齿轮整体误差测量法。它将锥齿轮作为一个用于实现传动功能的几何实体，或用坐标测量法按单项几何精度测量方式测量出锥齿轮的整体误差，实现锥齿轮单项几何误差和传动精度、质量之间内在联系的分析研究；或按单面啮合测量方式、采用啮合点扫描测量方法，对锥齿轮的整体误差进行测量，得到锥齿轮的综合运动精度、接触斑点以及各单项几何精度。因此，锥齿轮整体误差测量法是前两种测量方法的集成和发展。
    随着坐标测量技术、计算机控制与测量技术的发展，近年来对锥齿轮整体误差测量技术的研究得到很快的发展。由于齿轮测量中心等圆柱式多坐标多功能测量仪器的测量性能、数据处理能力的提高，锥齿轮的坐标式几何解析测量技术，已由单项几何误差测量发展到锥齿轮整体误差测量，提高了锥齿轮设计、加工、精度质量的检测判定以及使用性能的预测等整个锥齿轮制造技术的水平。由我国自行开发、基于“可控点运动—几何测量原理”的锥齿轮单面啮合点扫描测量技术及基于该技术开发的锥齿轮整体误差测量仪，也正在更多地走向生产第一线，使我国锥齿轮测量理论、测量技术的实际应用得到了进一步的提高和发展。

    2 锥齿轮精度主要测量方法及仪器

    2．1坐标式几何解析测量方法及仪器
    机械展成坐标式直锥齿轮测量仪较早就有产品，以瑞士马格KP42型为代表，精度很高但结构复杂。自1990年前后，CNC齿轮测量中心推向市场，坐标式弧锥齿轮几何形状误差测量方法才有了迅速发展并得到推广应用。现今市场上国外的齿轮测量中心，无论是德国克林伯格的P63，还是美国格里森/马尔的GMX275、M＆M的西格马3，都已具备了测量锥齿轮的功能。这些仪器都达到VDI/VDE等级规定的1级，空间测量不确定度在2微米以上；可对锥齿轮的单项几何误差进行检测，如齿距偏差（包括单个齿距偏差、齿距累计偏差、齿距累计总偏差）、齿廓偏差（包括齿廓总偏差、齿廓形状偏差、齿廓倾斜偏差）、齿向偏差（包括齿向总偏差、齿向形状偏差、齿向倾斜偏差）并可输出三维齿面形状偏差形貌图等。

    2．2 单面啮合滚动检验综合测量方法及仪器
    锥齿轮单面啮合滚动检测方法在生产中已经使用多年。以美国格里森N0.513滚动检验机为例，在被测锥齿轮副单面啮合的情况下，模拟其工作状态，加以一定的速度和载荷，调整V/H，进行着色接触区（斑点）的检测，以判定该被测锥齿轮副的接触状况；借助于加速度传感器、拾音器测量其振动和噪音，对齿频谐波进行扫描检测。这种方法属于“准动态”测量方法，它对于锥齿轮的精度检测是不够完整、不够准确的。而采用光电编码器作为角度基准、用于锥齿轮切向综合精度检测的锥齿轮单面啮合检查仪，如德国克林伯格公司的PSKE900，因其检测项目单一，尤其难以根据检测结果对锥齿轮加工机床参数的调整给以指导、以改进锥齿轮加工质量。性价比较差，故生产中不多采用。
    近年来格里森公司推出的凤凰500HCT数控锥齿轮滚动检验机则同时具备了滚动检验机和单面啮合检查仪的测量功能，既能测量锥齿轮的切向综合误差，又能数字化测量锥齿轮接触区、进行三维结构噪音分析等。该机型功能先进，代表了该类产品当代的发展水平，虽价格昂贵，但在国内已有个别用户。与此类似的还有克林伯格GKC60、奥立孔T50等数控锥齿轮检验机。

    2．3 整体误差测量方法及仪器
    锥齿轮整体误差测量是在同一个回转角度位移坐标上按啮合顺序将锥齿轮工作齿面上各检测点所测得的所有单项几何误差集成为一个锥齿轮整体误差图，<