漸開線圓柱齒輪在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，齒輪測(cè)量的誤差也一直受到人們的關(guān)注。通過(guò)描述漸開線圓柱齒輪測(cè)量誤差的來(lái)源，分析了齒輪測(cè)量中誤差的產(chǎn)生過(guò)程，并對(duì)當(dāng)前齒輪測(cè)量中心誤差的修正補(bǔ)償方法進(jìn)行了探討。
    漸開線圓柱齒輪是眾多齒輪種類中最基本、應(yīng)用最廣泛的齒輪。在工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械裝備中，最主要、最基本的零部件之一就是漸開線齒輪，那么漸開線齒輪的設(shè)計(jì)水平與加工精度直接影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，而評(píng)價(jià)齒輪質(zhì)量的重要方法就是測(cè)量齒輪偏差項(xiàng)。隨著齒輪應(yīng)用的日益廣泛，齒輪制造誤差對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的影響逐漸顯露，人們對(duì)于齒輪測(cè)量技術(shù)及其儀器的研究也愈發(fā)深入。
    1.齒輪測(cè)量誤差的來(lái)源分析
    齒輪由于形狀復(fù)雜，所以描述齒輪的參數(shù)很多，因此在測(cè)量中產(chǎn)生誤差的原因也很多。不管是對(duì)齒輪的加工方法要求如何精確，也不管是對(duì)齒輪的加工精度要求如何，造成其儀器測(cè)量誤差中的系統(tǒng)誤差主要來(lái)源是測(cè)量主機(jī)穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)控制、測(cè)球半徑和齒輪安裝。
    1.1.測(cè)量主機(jī)穩(wěn)定性
    測(cè)量主機(jī)是測(cè)量齒輪的主體，測(cè)量主機(jī)對(duì)齒輪測(cè)量誤差的影響主要是主機(jī)工作臺(tái)的基圓盤的回轉(zhuǎn)精度對(duì)齒輪測(cè)量誤差的影響。工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度不高，就是上下頂尖的直線度和垂直度不好，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)中心線不穩(wěn)定，這樣基圓盤回轉(zhuǎn)的同時(shí)被測(cè)齒輪也產(chǎn)生相同的運(yùn)動(dòng)。這樣就會(huì)造成被測(cè)齒輪的回轉(zhuǎn)與測(cè)球回轉(zhuǎn)不同步，齒輪與測(cè)球的接觸就不是連續(xù)接觸，測(cè)量得出來(lái)的齒形不是刀具加工的漸開線齒形，帶有測(cè)量誤差。工作臺(tái)基圓盤的回轉(zhuǎn)精度是由儀器的傳動(dòng)部分決定的，它們的制造和裝配誤差在傳遞過(guò)程中必然要集中反映到傳動(dòng)鏈的末端，而傳動(dòng)鏈的末端就是工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)，所以儀器本身的制造和裝配誤差會(huì)對(duì)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致對(duì)齒輪測(cè)量的精度有所影響。
    1.2.運(yùn)動(dòng)控制的精確性
    齒輪的測(cè)量過(guò)程是齒輪測(cè)量?jī)x各個(gè)軸配合運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，齒輪測(cè)量?jī)x器可以進(jìn)行四軸聯(lián)動(dòng)，由控制器控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，由光柵計(jì)數(shù)反饋測(cè)量數(shù)字信號(hào)。由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)不能精確地達(dá)到理論設(shè)定的位置，得到的反饋數(shù)字信號(hào)不準(zhǔn)確，則測(cè)量結(jié)果的精度就會(huì)降低?？刂茰y(cè)球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于測(cè)球抖動(dòng)，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生測(cè)量誤差。
    1.3.測(cè)球半徑
    齒輪測(cè)量?jī)x器一般采用測(cè)量點(diǎn)的形式來(lái)得到齒輪偏差的結(jié)果，現(xiàn)代儀器采集點(diǎn)位置時(shí)需要采用測(cè)頭。理想情況下采用點(diǎn)測(cè)頭可以得到精確地測(cè)量結(jié)果，但是點(diǎn)測(cè)頭制造技術(shù)較高并且費(fèi)用較大，所以一般采用球測(cè)頭，但是球測(cè)頭在測(cè)量時(shí)由于半徑的存在，給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)一定的誤差，影響了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
    1.4.齒輪安裝偏心
    齒輪安裝在齒輪測(cè)量中心上時(shí)需要三個(gè)機(jī)械構(gòu)件對(duì)其固定，自下向上的順序它們分別是基圓盤、下頂尖和上頂尖?；鶊A盤是安裝在工作臺(tái)上的，下頂尖是安裝在基圓盤上，上頂尖是安裝在立柱上并可以上下移動(dòng)。安裝齒輪時(shí)，將齒輪安裝在基圓盤上，對(duì)于帶芯軸的齒輪則使用上下頂尖固定住，對(duì)于孔齒輪則是套在下頂尖與基圓盤基礎(chǔ)面全面接觸，如果孔齒輪的直徑小于下頂尖的直徑則需要利用三爪卡盤固定。齒輪的安裝偏心一般分為三種情況，第一種情況是下頂尖與上頂尖中心偏移，第二種情況是帶芯軸齒輪安裝時(shí)中心線與上頂尖和下頂尖的測(cè)量基準(zhǔn)中心線偏移，第三種情況是孔齒輪與三爪卡盤的中心偏移，上述三種情況都會(huì)使得測(cè)量?jī)x器的測(cè)量基準(zhǔn)中心與齒輪的基準(zhǔn)中心不重合。
    如果齒輪的安裝存在誤差，齒輪在測(cè)量過(guò)程中儀器的基圓盤的旋轉(zhuǎn)中心與齒輪基準(zhǔn)孔中心就會(huì)偏離一段距離，這段距離就是安裝的偏心距離。由于安裝誤差的存在，齒輪的測(cè)量基準(zhǔn)中心相對(duì)于儀器測(cè)量基準(zhǔn)中心有一定的偏離。在測(cè)量過(guò)程中，齒輪基準(zhǔn)中心圍繞著儀器測(cè)量基準(zhǔn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。那么，由于儀器工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心的頂尖軸線與齒輪測(cè)量基準(zhǔn)中心線不重合，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并不是相同的圓周運(yùn)動(dòng)，測(cè)球與齒輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡不是按照預(yù)先設(shè)定的軌跡執(zhí)行，這樣就會(huì)產(chǎn)生齒輪測(cè)量誤差。
    2.漸開線圓柱齒輪測(cè)量誤差的修正方法
    儀器穩(wěn)定性能給齒輪測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的誤差屬于系統(tǒng)誤差，一般不去修正，只是在設(shè)計(jì)儀器時(shí)注意機(jī)械機(jī)構(gòu)的組成、直線導(dǎo)軌的材質(zhì)的選擇以及儀器工作臺(tái)的加工精度。如果機(jī)械加工精度與組裝精度符合要求，主軸回轉(zhuǎn)精度高，則儀器穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)。
    當(dāng)前測(cè)量中心的誤差修正補(bǔ)償按照其實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)可分為：軟件誤差補(bǔ)償法和硬件誤差補(bǔ)償法。硬件誤差補(bǔ)償法是指，用精度更高的儀器或標(biāo)準(zhǔn)樣件檢測(cè)出測(cè)量中心的各項(xiàng)誤差參數(shù)以后，通過(guò)修正測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌、滑塊、主軸等部件或者引入壓電陶瓷通過(guò)調(diào)整電壓來(lái)減小測(cè)量中心測(cè)量誤差的方法。該方法實(shí)現(xiàn)成本較高，適應(yīng)性差，要求工作條件嚴(yán)格，有較大的局限性，并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。軟件誤差補(bǔ)償和硬件誤差補(bǔ)償相比，不對(duì)設(shè)備部件運(yùn)動(dòng)做任何修正，而只是對(duì)它的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償運(yùn)算。軟件誤差補(bǔ)償又分為:非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償和實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償。實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償是指成本太高，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求比較苛刻，目前在國(guó)內(nèi)還不可能得到廣泛的應(yīng)用。非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償方法，首先對(duì)齒輪測(cè)量中心結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行分析，基于多體運(yùn)動(dòng)學(xué)理論建立測(cè)量中心的誤差數(shù)學(xué)模型；然后，用更高精度的儀器設(shè)備檢測(cè)出它的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)誤差，并將檢測(cè)的結(jié)果以一定的方式存入它的計(jì)算機(jī)中；在測(cè)量齒輪時(shí)，把各項(xiàng)誤差參數(shù)和測(cè)量結(jié)果一起代入誤差數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行誤差補(bǔ)償運(yùn)算，從而對(duì)它的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差補(bǔ)償。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:成本低，誤差補(bǔ)償效果明顯，適用范圍廣，目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用比較廣泛。
    3. 結(jié)束語(yǔ)
    修正齒輪測(cè)量?jī)x器的測(cè)量誤差是評(píng)價(jià)齒輪測(cè)量結(jié)果的重要因素，近年來(lái)，針對(duì)怎樣分析、測(cè)量、建模和控制齒輪測(cè)量誤差等問(wèn)題，研究者一直在不斷研究和探索，而能夠準(zhǔn)確并精確的評(píng)價(jià)齒輪的加工精度的主要途徑就是提高齒輪測(cè)量技術(shù)，所以，研究齒輪測(cè)量誤差修正技術(shù)具有重要的意義。