如何测量大型齿轮：特点与难点分析

一般将参数、尺寸、质量大到超出常规情况的齿轮称为大型齿轮。大型齿轮主要用于一些关键的要害领域和影响全局的重要行业，如水利发电、矿山行业、大型工程机械、大型船舶及导弹发射等。其在国民经济和国防事业中起着十分重要的作用。按照大型齿轮的特征，可分为两大类：

（1）大模数齿轮 特点是模数大、齿数少、齿槽深、展成长度长，而直径并不是很大。这类齿轮多为轴齿轮，且一般为人字齿轮或斜齿轮，被广泛地应用于轧钢机械上。

（2）大直径齿轮 这类齿轮的特点是齿数很多，外径和质量都很大。其外形多为盘形。

大型齿轮参数、尺寸和质量大到了超常规的程度，使其精度测量方法发生了从量到质的突变，用常规的精度测量方法已很难实现其测量。主要表现为：

1）尺寸、体积和质量超大。被测齿轮尺寸、体积和质量超大，首先带来的问题是安装拆卸不便，拿到计量室进行测量，二次安装很难做到精确对正、调整，必然带来加工与测量误差，因此，需要实现在机测量。从另一个角度来看，计量室中的台式量仪也难以接受这样大的齿轮，如果测量直径为5～8m的齿轮，其台式量仪的结构尺寸需达到近10m。解决这一难题的根本出路还是实现在机测量。虽然，采用上置式量仪可以显著减小测量仪器的结构尺寸（如ES-430、ES-401等），实现大齿轮的就地测量，但因其存在诸多缺点，影响测量精度。而实现在机测量也必须考虑量仪的结构、安装等诸多因素。

2）齿数多，齿距角小。大直径齿轮的齿数一般都很多，相应的齿距角较小。如对于齿数z=200、模数m=20mm的齿轮，每齿所夹的角度为1.8°，其渐开线齿形特征已接近于直线，每齿从齿根到齿顶的展开角区段小。从齿顶到齿根的渐开线廓形接近于直线或圆弧的特点，又具有其积极的一方面，如采用直线基准法的苏联生产的桥式大齿轮量仪，采用圆弧基准法的英国Goulder-Milkron-A.E.I生产的上置式大齿轮量仪等。而其消极的一面是测量效率低、测量精度不高。(www.xing528.com)

3）测量基准选择困难。齿轮测量的理论基准一般为其设计基准。对于大模数、齿数少的轴齿轮，可直接用其顶尖孔作为测量基准。而对于大尺寸齿轮的设计基准仍为齿轮回转轴线，在切齿机床上安装时是以其设计的定位孔径或定位止口找正的，在测量时以定位孔或定位止口作测量基准是相当困难的。采用直角坐标法测量时，要求工件坐标系与仪器坐标系有严格的对正关系，由于被测齿轮的结构大，从工件坐标系到仪器坐标系的基准转换误差也很大。因此，利用极坐标测量法实现在机测量时，角度信号的采集等因素成为基准统一的关键。

4）齿轮惯性大。由于大尺寸齿轮的质量很大，所以其惯性很大。这使得测量过程中难以控制大齿轮的频繁起动和停止，即使勉强实现也难以做到准确定位。这一问题在齿距测量中表现得尤为突出，在惯性影响下，被测大型齿轮无法准确地频繁分度，只能在连续回转的条件下进行测头的跟踪测量，给测量系统的控制带来很大困难。在螺旋线偏差测量中，测量运动应是齿轮的回转和测头沿齿轮轴线运动的复合，即齿轮的转角与测头的位移应满足齿轮螺旋角关系。一种比较不利的情况是：齿轮的螺旋角较小时，齿轮转动一个小角度，测头将移动一个较大的位移，这使测头的跟踪控制成为很大困难。比较有效的方法是降低被测齿轮的转速，但又有可能产生工作台的低速爬行问题。

5）测量效率低。在机测量大型齿轮时，量仪的安装、对正、调整操作是比较复杂的，为保证测量精度要求，所需调整时间较长，提高测量过程的自动化程度是仪器设计中要考虑的重要内容。

6）测量条件差。在机测量时，会受到切齿机床的结构及现场诸多因素的影响。如测量过程中，齿轮表面的切屑、切削液以及自身温度等；车间条件下的温度、噪声及振动等因素的影响，都带来了不利的测量条件，影响测量精度。

基于上述难点与特点，给在机测量大型齿轮的偏差带来了一定的难度，其综合影响表现为测量精度与测量的可操作性。