齿距量值标定方法、齿距模拟标准器及其设计与制备方法技术

本发明专利技术属于齿距标准器技术领域，为解决传统齿距样板难以加工制造的技术问题，提供了一种齿距量值标定方法、齿距模拟标准器及其设计与制备方法，能够通过标准球模拟出具有齿距量值的标准器，假设采用的标准球的部分圆弧代替目标齿距样板中单齿的渐开线轮廓，根据标准球的水平投影圆与目标齿距样板的分度圆之间的几何关系，计算出水平投影圆的半径以及水平投影圆到坐标原点的距离分别作为标准球的设计半径与标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离；通过高精度旋转台的旋转角度对设计齿距角进行模拟，得到模拟齿距角；目标齿距样板的分度圆半径作为齿距模拟标准器的分度圆半径；模拟齿距角在分度圆上所对应的弧长即为齿距。即为齿距。即为齿距。

【技术实现步骤摘要】
齿距量值标定方法、齿距模拟标准器及其设计与制备方法


[0001]本专利技术属于齿距标准器
，具体涉及一种用于模拟高精度标准齿轮 的齿距模拟标准器及其设计方法，还涉及一种齿距量值标定方法。

技术介绍

[0002]齿距样板是用于数控齿轮测量仪器进行高精度校准和齿距量值传递的标准 器，故又称为齿距标准器。现有技术中采用高精度标准齿轮作为传统齿距样板， 存在如下缺陷：(1)传统齿距样板加工工艺十分复杂，制造价格昂贵，其齿面 容易被测头划伤，并不易修复；(2)传统齿距样板难以加工出大尺寸，因此校 准范围受限制，难以满足较大的齿轮测量中心的要求；(3)针对高精度齿轮测 量仪器，由于加工精度的限制，传统齿距样板的精度往往难以达到设备要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种齿距模拟标 准器的设计方法，以解决传统齿距样板难以加工制造的技术问题，能够通过标 准球模拟出具有齿距量值的标准器。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种齿距模拟标准器的设计方法，包 括以下步骤：
[0005]获取目标齿距样板的参数，包括分度圆半径、压力角、模数与齿数；
[0006]建立目标齿距样板的坐标系O
w
X
w
Y
w
：以目标齿距样板的中心为坐标原点 O
w
，沿两个互相垂直的半径方向分别为X
w
轴、Y
w
轴；
[0007]在目标齿距样板的坐标系O
w
X
w
Y
w
下，假设采用位于目标齿距样板的渐开线 凹侧的标准球的部分圆弧代替目标齿距样板中单齿的渐开线轮廓：以目标齿距 样板的分度圆与渐开线的交点，作为标准球在坐标系O
w
X
w
Y
w
下的水平投影圆的 切点；
[0008]根据所述水平投影圆的半径与目标齿距样板的分度圆半径之间的几何关 系，计算出水平投影圆的半径以及水平投影圆到坐标原点的距离；
[0009]所述水平投影圆的半径作为标准球的设计半径，所述水平投影圆的圆心到 坐标原点的距离作为标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离，从 而获得齿距模拟标准器的设计参数；
[0010]通过高精度旋转台的旋转角度对设计齿距角进行模拟，得到模拟齿距角； 设计齿距角θ
′
＝2π/z，z表示目标齿距样板的齿数；目标齿距样板的分度圆半径 作为齿距模拟标准器的分度圆半径；所述模拟齿距角在分度圆上所对应的弧长 即为齿距。
[0011]进一步的，所述标准球的设计半径，即水平投影圆的半径，按如下公式计 算：
[0012][0013]所述设计距离，即水平投影圆的圆心到坐标原点的距离，按如下公式计算：
[0014][0015]式中，r
c
表示标准球的设计半径；r
f
表示目标齿距样板的分度圆半径；r
d
表 示标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离；l
PN
表示目标齿距样板 的齿厚，l
PN
＝π
·
m
n
/2，m
n
表示模数；α表示目标齿距样板的压力角。
[0016]本专利技术还提供一种齿距模拟标准器的制备方法，采用本专利技术的齿距模拟标 准器的设计方法获取齿距模拟标准器的设计参数；按照所述设计半径选择单个 标准球并按照所述设计距离布置标准球与高精度旋转台的相对位置，从而制备 得到齿距模拟标准器。
[0017]本专利技术还提供一种齿距模拟标准器，采用本专利技术的齿距模拟标准器的制备 方法制备得到。
[0018]进一步的，标准球按所述设计距离布置在高精旋转台上。
[0019]进一步的，标准球座布置在高精度旋转台外侧，并通过激光光路确定标准 球与高精度旋转台之间的相对位置。
[0020]进一步的，激光干涉仪设置在高精度旋转台上，正交分光棱镜设置在高精 度旋转台中央，正交分光棱镜顶部设置全反射镜，标准球通过支撑座固定在高 精度旋转台外，支撑座相对于正交分光棱镜的区域设有测量面镜；测量面镜的 反射表面所在平面为所述标准球的切平面；
[0021]通过激光光路确定标准球与高精度旋转台之间的相对位置：所述激光干涉 仪沿水平方向发射的激光光束到达正交分光棱镜后，分成水平光束与竖向光束； 竖向光束与高精度旋转台的中心轴线重合；所述竖向光束到达所述全反射镜后 被反射回正交分光棱镜，再被正交分光棱镜反射回激光干涉仪；所述水平光束 到达所述测量面镜后，被反射回激光干涉仪；
[0022]通过调节所述支撑座的位置，使得两路反射光束的距离差加上标准球的半 径等于所述设计距离。
[0023]进一步的，标准球通过磁定位装置固定在支撑座上。
[0024]本专利技术还提供一种齿距量值标定方法，采用三坐标测量机对本专利技术所提供 的齿距模拟标准器的齿距量值进行标定：
[0025]根据齿数z确定高精度旋转台在同一初始位置下的旋转次数n＝z
‑
1，以所 述设计齿距角作为每次旋转的目标角度；
[0026]对初始位置的标准球进行采样，然后标准球与高精度旋转台同步旋转，每 旋转一次就对标准球进行采样，通过采样点拟合出标准球在各个位置的球心坐 标；
[0027]通过各个位置的标准球的球心坐标拟合出齿距模拟标准器的中心坐标；
[0028]计算齿距模拟标准器的中心坐标分别与两相邻位置的球心坐标的连线的夹 角作为模拟齿距角；
[0029]计算各个模拟齿距角在分度圆上对应的弧长，从而实现齿距量值的标定。
[0030]进一步的，对齿距量值进行误差修正：
[0031]设置至少两个不同的初始位置，测量每个初始位置下各个模拟齿距角所对 应的齿距量值；第j个初始位置下的第i个齿距量值表示为第j个初始位置 下的第i个齿距量值的仪器测量误差表示为量值的仪器测量误差表示为l表示理论齿距值， l＝πm
n
，由此建立误差修正矩阵M：
[0032][0033]根据误差修正矩阵M计算各齿距量值的修正值：
[0034][0035]式中，表示误差修正矩阵M中第i行第j列元素，i∈{1,2,.....,z}，z表示齿 数，j∈{1,2,......,N}，N表示初始位置的总个数。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0037]1、本专利技术的齿轮模拟标准器所需要设计的参数仅需标准球的设计半径与标 准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离，不仅使得设计过程简洁高 效，而且设计参数越少，那么制备标准器所引入的制备误差就会越少，有利于 提高标准器的精度。
[0038]2、本专利技术十分巧妙的通过高精度旋转台的旋转角度对设计齿距角进行模 拟，再通过模拟齿距角在分度圆上所对应的弧长就模拟得到齿距，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿距模拟标准器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标齿距样板的参数，包括分度圆半径、压力角、模数与齿数；建立目标齿距样板的坐标系O
w
X
w
Y
w
：以目标齿距样板的中心为坐标原点O
w
，沿两个互相垂直的半径方向分别为X
w
轴、Y
w
轴；在目标齿距样板的坐标系O
w
X
w
Y
w
下，假设采用位于目标齿距样板的渐开线凹侧的标准球的部分圆弧代替目标齿距样板中单齿的渐开线轮廓：以目标齿距样板的分度圆与渐开线的交点，作为标准球在坐标系O
w
X
w
Y
w
下的水平投影圆的切点；根据所述水平投影圆的半径与目标齿距样板的分度圆半径之间的几何关系，计算出水平投影圆的半径以及水平投影圆到坐标原点的距离；所述水平投影圆的半径作为标准球的设计半径，所述水平投影圆的圆心到坐标原点的距离作为标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离，从而获得齿距模拟标准器的设计参数；通过高精度旋转台的旋转角度对设计齿距角进行模拟，得到模拟齿距角；设计齿距角θ
′
＝2π/z，z表示目标齿距样板的齿数；目标齿距样板的分度圆半径作为齿距模拟标准器的分度圆半径；所述模拟齿距角在分度圆上所对应的弧长即为齿距。2.根据权利要求1所述的齿距模拟标准器的设计方法，其特征在于，所述标准球的设计半径，即水平投影圆的半径，按如下公式计算：所述设计距离，即水平投影圆的圆心到坐标原点的距离，按如下公式计算：式中，r
c
表示标准球的设计半径；r
f
表示目标齿距样板的分度圆半径；r
d
表示标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离；l
PN
表示目标齿距样板的齿厚，l
PN
＝π
·
m
n
/2，m
n
表示模数；α表示目标齿距样板的压力角。3.一种齿距模拟标准器的制备方法，其特征在于，采用权利要求1或2中任一所述的齿距模拟标准器的设计方法获取齿距模拟标准器的设计参数；按照所述设计半径选择或制备单个标准球并按照所述设计距离布置标准球与高精度旋转台的相对位置，从而制备得到齿距模拟标准器。4.一种齿距模拟标准器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森，徐建，陶磊，丁跃清，周进，岳翀，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：