(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210693851.3 (22)申请日 2022.06.19 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 石照耀　孙衍强　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 王兆波 (51)Int.Cl. G01B 21/20(2006.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/04(2012.01) (54)发明名称 基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓 测量与评价方法 (57)摘要 本发明公开了基于齿轮特征线统一模型的 法向啮合齿廓测量与评价方法， 包括： 建立齿轮 特征线统一模 型； 基于齿轮特征线统一模型测量 法向啮合齿廓； 定义法向啮合齿廓的评价指标； 法向啮合齿廓偏差计算及齿面质量评定。 该方法 无需复杂公 式的推导和复杂的坐标变化， 根据齿 轮特征线统一模型中齿轮特征线类型指示参数 为3的情况下即可实现法向啮合齿廓的测量， 简 单、 方便、 易操作。 该方法定义法向啮合齿廓的评 价指标和符号： 法向啮合齿廓总偏差、 法向啮合 齿廓形状偏差、 法向啮合齿廓倾斜偏差。 该方法 可以计算得到齿面上测得法向啮合齿廓的各项 偏差值； 并依据上述偏差值来计算左右齿面的偏 差允许的公差等级， 进 而评定齿面质量。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 114993230 A 2022.09.02 CN 114993230 A 1.基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法， 其特征在于： 包括如下 步骤， 步骤1： 建立齿轮特 征线统一模型； 齿轮特征线统一模型的表示 为公式(1) 其中， Yn， Zn为齿轮啮合坐标系下的两个坐标轴； Yn沿齿轮齿廓的展开方向， L为展长， 也 是Yn轴的范围大小； Zn沿齿轮的轴线方向， b为齿宽， 也是Zn轴的范围大小； δnorm为齿轮的齿 面误差， F()为齿面误差的函数表达； A、 B、 C为统一模型的增益参数； k为齿轮特征线类型指 示参数， βb为齿轮基圆螺旋角； 步骤2： 基于齿轮特 征线统一模型测量法向啮合齿廓； 基于步骤1所建立的齿轮特征线统一模型， 当k＝3时， 齿轮特征线统一模型表示的齿面 特征线为法向啮合齿廓， 也 就是公式(2)所示的方程； 其中， rb为齿轮基圆半径， 为齿轮的展角差； 是关于展角的函数， 根据公式 (2)， Zn同样也是关于展角的函数； 齿轮测量设备测头在空间运动时实时显示的示数值便是齿面上法向啮合齿廓的误差； 步骤3： 定义法向啮合齿廓的评价指标； 基于步骤2测得的法向啮合齿廓 误差， 定义法向啮合齿廓的各项偏差， 包括法向啮合齿 廓总偏差FPPC、 法向啮合齿廓形状偏差ffPPC、 法向啮合齿廓倾 斜偏差fHPPC； 步骤4： 法向啮合齿廓偏差计算及齿面质量评 定； 基于步骤2测得的法向啮合齿廓 误差和步骤3定义的法向啮合齿廓评价指标， 根据定义 计算得到齿面上测得法向啮合齿廓的各项偏差值： FPPC、 ffPPC、 fHPPC； 然后基于上述偏差值来 评定齿面质量； 对于法向啮合齿廓形状偏差， 公差等级由公式(3)计算得到； 其中， 为法向啮合齿廓形状偏差公差等级的代号， Pf为法向啮合齿廓形状偏差的径 向增益系数， Qf为法向啮合齿廓形状偏差的轴向增益系数， mn为齿轮的模数， rm为齿轮的测 量圆半径；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114993230 A 2根据公差等级的计算公式， 齿轮一个轮齿的左齿面法 向啮合齿廓形状偏差的公差等级 表示为 右齿面法向啮合齿廓形状偏差的公差等级表示为 对于法向啮合齿廓 倾斜偏差， 公差等级由公式(4)计算得到； 其中， 为法向啮合齿廓倾斜偏 差公差等级的代号， PH为法向啮合齿廓倾斜偏差的径 向增益系数， QH为法向啮合齿廓倾 斜偏差的轴向增益系数； 根据公差等级的计算公式， 齿轮一个轮齿的左齿面法 向啮合齿廓 倾斜偏差的公差等级 表示为 右齿面法向啮合齿廓倾 斜偏差的公差等级可表示 为 对于法向啮合齿廓总偏差， 公差等级由公式(5)计算得到； 根据公差等级的计算公式， 齿轮一个轮齿的左齿面法 向啮合齿廓总偏差的公差等级表 示为 右齿面法向啮合齿廓总偏差的公差等级表示 为 齿轮整体的齿面质量 等级由左右齿面公差等级最高的一项确定， 表示 为： i为轮齿的个数； 由于一个齿轮的齿面质量评定选择均布的4个轮齿进行评价， 轮齿个 数取i＝1,2,3,4。 2.根据权利要求1所述的基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法， 其特征在于： 包括如下步骤， 为实现法向啮合齿廓的测量， 借助于齿轮测量中心或三坐标测量机， 在齿轮测量设备 的运动过程中， Yn轴的运动方式是沿齿轮齿廓的展长方向， 也就是齿轮测量设备的X轴方 向； Zn轴的运动方式是沿齿轮的齿宽方向， 也 就是齿轮测量设备的Z轴方向； 将被测齿轮安装在齿轮测量设备的回转主轴上， 并随主轴按一定速度回转； 然后移动 齿轮测量设备 的接触测头， 当测头接触到齿面时， 控制齿轮测量设备 的回转主轴和测头按 照公式(2)的模 型运动， 也就是齿轮测量设备的X轴和Z轴同时 随回转主轴联动， 测头在空间 齿面上测量的轨迹便是法向啮合齿廓， 法向啮合齿廓偏差是渐开线和螺旋线综合作用的结 果； 法向啮合齿廓的测量 根据齿轮特 征线统一模型即实现 法向啮合齿廓的测量。 3.根据权利要求1所述的基于齿轮特征线统一模型的法向啮合齿廓测量与评价方法， 其特征在于： 步骤3中定义法向啮合齿廓的评价指标描述如下， 法向啮合齿廓总偏差FPPC： 在法向啮合齿廓评价范围内， 两条设计法向啮合齿廓线包络 实测法向啮合齿廓， 两条设计法向啮合齿廓线之间的距离就是法向啮合齿廓总偏差； 法向啮合齿廓形状偏差ffPPC： 在法向啮合齿廓评价范围内， 两 条平均法向啮合齿廓线包 络测量法向啮合齿廓， 两条平均法向啮合齿廓线之间的距离就是法向啮合齿廓形状偏差；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114993230 A 3