大齒輪測(cè)量：現(xiàn)狀與趨勢(shì)
發(fā)布時(shí)間：
2015-04-28 09:42
齒輪通常分為車輛齒輪和工業(yè)齒輪。約定成俗，把直徑大于500mm 的齒輪稱為大齒輪；進(jìn)一步細(xì)分，直徑介于500～3000mm 的稱為大型齒輪，直徑大于3000mm 的稱為特大型齒輪。大齒輪通常屬于工業(yè)齒輪。大齒輪是大型裝備的關(guān)鍵零部件，廣泛應(yīng)用于發(fā)電、建材、船舶、礦山機(jī)械等重要領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中具有不可替代性。隨著關(guān)鍵裝備對(duì)大齒輪的性能要求不斷提高，其加工裝備的水平也快速提升，目前國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了可加工直徑達(dá)18m、模數(shù)60mm 以上的特大型滾齒機(jī)，齒輪加工精度得到了較大提高。與加工設(shè)備相比，大齒輪測(cè)量設(shè)備，特別是特大齒輪測(cè)量設(shè)備，相對(duì)落后，甚至缺乏必要手段[1]。原因是隨著大齒輪參數(shù)、尺寸和重量不斷增加并達(dá)到超常規(guī)程度，其精度測(cè)量技術(shù)發(fā)生了從量到質(zhì)的突變。造成大齒輪測(cè)量成為難題的主要因素如下所述。
齒輪尺寸大。如按常規(guī)的測(cè)量方法，測(cè)量?jī)x器 的結(jié)構(gòu)、體積將相應(yīng)增大，給儀器制造和裝配帶來(lái)很大困難。例如，用傳統(tǒng)的展成法測(cè)量大齒輪齒廓 偏差，首先遇到的問(wèn)題是切向長(zhǎng)導(dǎo)軌的制造。對(duì)于模數(shù)25mm、齒數(shù)200、壓力角20°、外徑5m多的齒輪，其基圓小于齒根圓，為了確保測(cè)量點(diǎn)在基圓切線上，測(cè)頭要從偏置位置開(kāi)始測(cè)量，按進(jìn)入圓方法計(jì)算偏置量為775mm，加上齒廓展成長(zhǎng)度為148mm，考慮到左右齒廓，則切向?qū)к壍男谐桃笥?846mm，這種高精度長(zhǎng)導(dǎo)軌的制造是非常困難的(圖1)。
大齒輪測(cè)量時(shí)是否需要轉(zhuǎn)臺(tái)是值得斟酌的。采用轉(zhuǎn)臺(tái)可減少測(cè)量復(fù)雜度；但就大齒輪而言，其重量也帶給轉(zhuǎn)軸很大的作用力，造成儀器幾何變形；并且齒輪慣性大，轉(zhuǎn)動(dòng)和停止難以精確控制，微小的角度偏差θ所引起的測(cè)量誤差會(huì)隨著被測(cè)齒輪尺寸r 的增大而增大，即存在所謂的"誤差放大"效應(yīng)(圖1)。
齒輪的測(cè)量基準(zhǔn)應(yīng)該與其設(shè)計(jì)、制造基準(zhǔn)相一致。齒輪的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般為定位芯軸或內(nèi)孔(圖1)， 大齒輪尺寸較大，用常規(guī)測(cè)量?jī)x器找定位孔具有一定難度。測(cè)量基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、制造基準(zhǔn)不統(tǒng)一，儀器的測(cè)量精度難以保證。
大齒輪自身的變形常常被忽略。實(shí)際上，大齒輪內(nèi)外溫度分布不均勻及其在儀器上的定位和安裝方式都會(huì)引起自身的變形量，這會(huì)影響測(cè)量不確定度，但卻很難定量估計(jì)[2]。
目前，大齒輪測(cè)量缺少相應(yīng)的樣板，所以即使開(kāi)發(fā)了測(cè)量?jī)x器，其量值傳遞也是個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量不確定度無(wú)法確定[3]，可以說(shuō)測(cè)量的結(jié)果是不可信的。因此，大齒輪樣板的開(kāi)發(fā)及儀器標(biāo)定技術(shù)也是大齒輪測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。
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