CN115143922B - 一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法 - Google Patents

一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法，首先根据齿轮副参数计算渐开线部分作为测量区域，该区域需包含啮合起始点A。对于待测齿轮在圆周方向均匀的取5个轮齿进行测量，获取测量曲线后，将测量曲线与理论齿廓做最小二乘拟合，去除宏观形状，得到微观形貌曲线。将微观形貌曲线按照啮合特性分为三个评价分段，每个评价段的测量结果为5个轮齿上该评价段粗糙度结果的均值。本发明按照圆柱齿轮副啮合特性，将齿轮齿廓按节点与单啮、双啮过渡点分为四个评定区间，利用粗糙度轮廓仪测量对多个轮齿的齿廓表面进行测量，并分区间对齿轮表面粗糙度进行评定。

Description

一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法
技术领域
本发明属于齿轮精密测量技术领域，具体为渐开线圆柱直齿轮表面粗糙度测量与评定方法。
背景技术
齿轮是传动机构的一种，用于传递运动与动力。齿轮的传动性能，如传动精度、振动、噪声、磨损等，均受齿轮表面粗糙度的影响。目前对齿面粗糙度的评定，在齿廓的工作尺高中进行，不考虑齿面的加工方式和工作状态。由于不同的加工方式齿面在不同区域粗糙度存在差异，而且齿轮在服役过程中，齿面粗糙度的变化也不是均匀发生的。因此，在齿轮润滑、磨损的计算中，采用齿面整体的表面粗糙度的评定结果与实际情况不完全相符，不能满足对于齿轮传动性能分析和研究的需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种齿轮齿廓表面粗糙度测量与评定方法，通过按照啮合传动特性划分轮齿表面区域，分区域对齿廓粗糙度进行评定，使齿轮性能参数评定更贴近实用情况，以更好地满足齿轮传动性能分析的需求。
实现本发明目的的技术解决方案为：首先根据齿轮副参数计算渐开线部分作为测量区域，该区域需包含啮合起始点A。对于待测齿轮在圆周方向均匀的取5个轮齿进行测量，获取测量曲线后，将测量曲线与理论齿廓做最小二乘拟合，去除宏观形状，得到微观形貌曲线。将微观形貌曲线按照啮合特性分为三个评价分段，每个评价段的测量结果为5个轮齿上该评价段粗糙度结果的均值。本发明所采用的方法包括以下步骤：
S1齿廓的获取；
齿廓的获取需使用粗糙度轮廓仪，为准确的获取齿廓信息，在测量时需测得完整的渐开线。将测量曲线与理论渐开线进行最小二乘拟合，并去除形状，得到微观形貌曲线。
S2齿廓分段点的计算；
根据给出的齿轮副设计参数，分别计算主动轮与从动轮的啮入点A、单啮至双啮过度点B、D、啮出点E所对应的半径。
S3齿廓测量曲线的分割；
根据四个分段点的半径，得到每个分段点所对应的展角ξ。根据ξ将不同轮齿上拟合后得到的微观形貌曲线截断分为A～B、B～D、D～E三个评定段。
S4分段粗糙度的计算；
根据表面粗糙度标准计算过程，首先确定粗糙度滤波器的短波截止波长λs与λc。截止波长的选择，应依据不同加工方式估计齿廓面粗糙度等级，并按照标准选用对应的长、短波截止波长。λs与λc选定后，对于不同的轮齿、评定区域进行滤波操作时，使用同一的截止波长。每个评定分段作为一个取样长度单独计算表面粗糙度Ra、Rq。
S5最终评定结果的合成；
对于每个评定区域，将5个轮齿上的取样长度作为评定长度。计算该评定段5个取样长度Ra的平均值，以及Rq的方均根值，作为该评定区域的最终测量结果。
本发明致力于解决齿轮表面粗糙度的测量与评定问题，由于齿轮表面粗糙度对齿轮润滑状态、齿面磨损等传动性能有重要影响，通用的表面粗糙度评定方式不适于研究齿轮表面粗糙度对齿轮传动性能的影响。本发明按照圆柱齿轮副啮合特性，将齿轮齿廓按节点与单啮、双啮过渡点分为四个评定区间，利用粗糙度轮廓仪测量对多个轮齿的齿廓表面进行测量，并分区间对齿轮表面粗糙度进行评定。
附图说明
图1主动轮(左)、从动轮(右)关键点位置示意图。
图2评定过程流程图。
图3齿廓表面粗糙度评定结果表。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明采用的技术方案为一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法，该方法包括如下步骤，确定齿轮副参数；
确定齿轮副参数，本评价方法所使用参数有主动轮齿数z1，从动轮齿数z2，模数m，压力角α，变位系数x，中心距aw。
根据齿轮副设计参数，计算五个评定区域分段点；
根据直齿轮啮合原理，对于每一个轮齿，啮合过程中发生双对啮合区，单对啮合区，双对啮合区的变化过程，在齿廓上的位置如图1所示。主动轮O1的齿廓按照啮入点A、双啮至单啮转换点B、单啮至双啮转换点D、啮出点E四个关键点分为三段。相对的，与其配合的从动轮O2，齿廓按照啮入点A、双啮至单啮转换点B、单啮至双啮转换点D、啮出点E四个关键点分为三段，如图2所示。主动轮与从动轮的4个关键点半径可由齿轮啮合的几何关系计算得(公式1-6)。
选择若干个轮齿进行齿廓表面形貌测量；
为了使评定结果更好的表征整个齿轮的实际齿面质量，应选取5个轮齿进行测量。选用的轮齿在齿轮上应均匀分布，测量应尽可能多的包含评定区域(即A～E)。对选定的轮齿齿廓进行表面形貌测量，通过最小二乘拟合确定与理论渐开线的位置关系，去除形状后得到表面形貌测量结果。
对齿廓测量数据按照4个评定区域进行分割；
根据主动轮与从动轮计算出的5个关键点的半径，可以推导出与每个关键点唯一对应的的展角ξ1-ξ4。齿轮点A、B、D、E的半径计算方法如下式。
ρe＝m×π×cosα#(4)
其中db为基圆直径，为顶隙系数。
展角(deg)计算公式为：
其中r*为任意一点半径，ξ为该点展角。
将测量数据与理论渐开线拟合，得到测量曲线相对于齿轮坐标系的位置，由此可计算出测量数据上每一点所唯一对应的展角ξi。
检索得到与关键点展角ξ1-ξ4相对应的测量数据展角u1～u4，及其在测量数据序列中的序列位置p1～p4，根据p1～p4将主动轮从动轮齿廓分别切分为3个评价段。选用5条轮齿则得到3×5个分段。
分段表面粗糙度的计算；
根据表面粗糙度评价标准分别计算每个分段的粗糙度结果Ra、Rq。
表面粗糙度的计算方法参照规范“GB/T 1031-2009《表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》”和“GB/T 131-2006(ISO 1302:2002)《表面结构的表示法》”,计算公式如下：
评定结果表示；
计算3个评价段在所选用的5个轮齿上的均值。对于Ra使用算术平均值，对于Ra使用方均根值，作为最终的评定结果。
表面粗糙度最终评定结果表示为：带有区域分段标识的粗糙度参数。

Claims (1)

1.一种面向传动性能分析的齿轮齿面粗糙度测量与评定方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1齿廓的获取；
齿廓的获取需使用粗糙度轮廓仪，为准确的获取齿廓信息，在测量时需测得完整的渐开线；将测量曲线与理论渐开线进行最小二乘拟合，并去除宏观形状，得到微观形貌曲线；
S2齿廓分段点的计算；
根据给出的齿轮副设计参数，齿轮副设计参数有主动轮齿数z1，从动轮齿数z2，模数m，压力角α，变位系数x，中心距aw，齿廓按照啮入点A、双啮至单啮转换点B、单啮至双啮转换点D、啮出点E四个分段点分为三段；分别计算主动轮与从动轮的啮入点A、双啮至单啮转换点B、单啮至双啮转换点D、啮出点E所对应的半径；
S3齿廓测量曲线的分割；
根据主动轮与从动轮的啮入点A、主动轮与双啮至单啮转换点B、主动轮与单啮至双啮转换点D、主动轮与啮出点E的半径，得到每个分段点所对应的展角ξ；根据ξ将不同轮齿上拟合后得到的微观形貌曲线截断分为A～B、B～D、D～E三个评定段；选用5条轮齿则得到3×5个评定段；
S4分段粗糙度的计算；
根据表面粗糙度标准计算过程，首先确定粗糙度滤波器的短波截止波长λs与λc；截止波长的选择，应依据不同加工方式估计齿廓面粗糙度等级，并按照标准选用对应的长、短波截止波长；λs与λc选定后，对于不同的轮齿、评定区域进行滤波操作时，使用同一的截止波长；每个评定段作为一个取样长度单独计算表面粗糙度平均值Ra、均方根值Rq；
S5最终评定结果的合成；
对于每个评定段，将5个轮齿上的取样长度作为评定长度；计算该评定段5个取样长度的粗糙度平均值Ra，以及粗糙度均方根值Rq，作为该评定区域的最终测量结果。
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