齿轮测量方法及基本原理

长度计量技术中对齿轮参数的测量。测量圆柱齿轮和圆锥齿轮误差的方法有单项测量和综合测量两种。

单项测量 　主要是测量齿形误差、周节累积误差、周节偏差、齿向误差和齿圈径向跳动等。

齿形测量

图1为齿轮齿形测量的原理。常用的测量方法有展成法和坐标法。

①展成法：基圆盘的直径等于被测渐开线理论基圆直径。当直尺带动与它紧密相切的基圆盘和与基圆盘同轴安装的被测齿轮转动时，与直尺工作面处于同一平面上的测量杠杆的刀口相对于被测齿轮回转运动的轨迹是一理论渐开线。以它与被测渐开线齿形比较，即可由测微仪（见比较仪）指示出齿形误差。利用此法测量齿形误差的工具有单盘渐开线测量仪和万能渐开线测量仪 (见渐开线测量仪)。

②坐标法:按齿形形成原理列出齿廓上任一点的坐标方程式,然后计算出齿廓上若干点的理论坐标值,以此与实际测得的被测齿形上相应点的坐标值比较，即可得到被测齿形误差。有直角坐标法和法线展开角坐标法两种。前者的测量原理是被测齿廓上各点的坐标值(x、y)分别由X 和Y 方向的光栅测量系统(见光栅测长技术)测出，经电子计算机计算后得出齿形误差。此法适用于测量大型齿轮的齿形。法线展开角坐标法用于测量渐开线齿形。当与被测齿轮同轴安装的圆光栅转动一个展开角φ时，由长光栅测量系统测出被测渐开线基圆的展开弧长ρ，由电子计算机按计算式ρ＝r0φ（式中r0为基圆半径）计算出被测弧长与理论弧长之差值。按需要在齿廓上测量若干点，由记录仪记录出齿形误差曲线图。

周节测量

图2为齿轮周节测量的原理。周节测量有绝对测量法和相对测量法。

①绝对测量法：被测齿轮与圆光栅长度传感器同轴安装。测量时，被测齿轮缓慢回转，当电感式长度传感器的测头与齿面达到预定接触位置时，电感式长度传感器发出计数开始信号，利用电子计算机计算由圆光栅长度传感器发出的经过处理后得到的电脉冲数，直至测头与下一齿面达到预定接触位置为止。如此逐齿进行，测出相当于各实际周节的电脉冲数，经电子计算机处理后即可得出周节偏差和周节累积误差。

②相对测量法：利用两电感式长度传感器的测头安置组成相当于被测齿轮任一实际周节，以此逐齿与所有其他各实际周节比较。测得的差值经过电子线路和电子计算机处理，即可得出周节偏差和周节累积误差。

齿向测量

图3为齿轮齿向测量的原理。齿向测量常用的有导程法和基圆螺旋角法。这两种方法都是根据斜齿轮回转一周，与齿面接触的任一点沿轴向移动一个导程的原理。

①导程法：当滑架沿轴线方向移动时，安装在滑架上的正弦尺推动直尺并带动圆盘和与圆盘同轴安装的被测齿轮转动。正弦尺的倾斜角度是按计算导程的方法调整的，测量头相对于被测齿轮作螺旋运动而测出齿向误差。

②基圆螺旋角法：在渐开线测量仪上增加度盘、测角读数显微镜（图中未表示）等进行测量。当直尺带动基圆盘和被测齿轮转动时，电感式长度传感器的测头由固定在直尺上的滑块和滑架圆盘上倾斜的直槽控制着向下移动。利用度盘等使直槽的倾斜角度等于被测齿轮的基圆螺旋角，因此测头相对于被测齿轮作螺旋运动而测出齿向误差。采用此法的齿轮测量工具通常称为渐开线和螺旋线测量仪。

20世纪70年代初，开始利用长光栅（或激光）、圆光栅等组成的测量系统、电子计算机自动控制系统和数据处理系统等组成的自动测量系统，在同一台齿轮量仪上测量齿向误差，齿形误差和周节偏差等。直齿圆柱齿轮的齿向误差也常在具有精密直线导轨的齿圈径向跳动仪上测量。

齿圈径向跳动测量

以被测齿轮轴心线定位，利用带有球形测头或锥角等于 2倍齿形角的圆锥形测头的测微仪，使测头位于齿高中部与齿廓双面接触。测头相对于齿轮轴心线的最大变动量即齿圈径向跳动。测量齿圈径向跳动的仪器是齿圈径向跳动仪。

综合测量

通过测量齿轮与被测齿轮啮合传动来测量齿轮的传动精度。测量齿轮是一种精度比被测齿轮高两级以上的齿轮，也有以测量蜗杆代替测量齿轮的。综合测量有双面啮合法和单面啮合法两种。

①双面啮合法：利用测量齿轮与被测齿轮作双面啮合转动，以被测齿轮转动一转内的中心距最大变动量表示被测齿轮的径向综合误差。利用此法的齿轮测量工具称为齿轮双面啮合检查仪（见齿轮综合检查仪）。

②单面啮合法：利用测量齿轮与被测齿轮在公称中心距下啮合转动，以转角误差形式表示被测齿轮的切向综合误差。采用此法的齿轮测量工具有齿轮单面啮合检查仪和齿轮单面啮合整体误差测量仪（见齿轮整体误差测量技术）。

综合测量还可用于检查齿轮副接触斑点和噪声等。

对于圆锥齿轮，一般采用综合测量，以检验齿轮副的接触斑点为主，也有测量齿轮副径向综合误差、齿轮副切向综合误差和噪声的。单项测量一般是测量周节累积误差和齿圈径向跳动,测量方法与圆柱齿轮的相同,但要保持测量头轴线垂直于圆锥素线。70年代后期，人们开始利用三坐标测量机测量圆锥齿轮的齿形，并用绘图仪描绘出被测齿面的轮廓图形。