一种齿圈径向跳动测量仪的数据采集和分析系统

杨有松+刘志超+张海馨+李晓奇+刘喆+孙琪

摘 要：重点介绍了智能型齿圈径向跳动测量仪数据采集和分析系统的设计思路和特点。该系统可以完全替代传统的手动记录，大幅提高实验效率和测量精度，对实现齿轮测量仪器的自动化具有一定的指导意义。

关键词：齿轮；测量仪器；跳动误差；数据采集

中图分类号：TG839 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.094

齿轮齿圈径向跳动误差是指在被测齿轮一转范围内，测量仪的测头在齿槽内与齿高中部双面接触时相对于齿轮基准轴线的最大变动量。它是齿轮误差测量中的一个重要参量，主要用来评定由齿轮几何偏心所引起的径向误差。很显然，齿轮齿圈径向跳动误差过大会对齿轮的运转平稳性、运动精度等造成很大的影响。只有通过精确、高效的测量，才能判断齿轮齿圈径向跳动误差是否在合理的范围内，从而保证齿轮的正常、稳定运转。

1 传统的齿轮跳动检查仪

图1所示为传统齿轮跳动检查仪的结构。

通常，齿轮齿圈径向跳动误差的测量是在齿轮跳动检查仪上进行。测量时，将被测齿轮用心轴安装在两顶尖架的顶尖之间（被测齿轮轴则直接安装在两顶尖间），用心轴轴线模拟该齿轮的基准轴线，使测头在齿槽内与齿高中部双面接触。测头有球形和锥形等几种形式，其大小应与被测齿轮的模数相协调，以保证在齿高中部双面接触。球形或锥形测头安装于指示表的测杆上，用于逐齿测量其相对于齿轮基准轴线的变动量，所得的最大值与最小值之差即为齿轮齿圈径向跳动误差。

虽然用上述方法测量齿轮齿圈径向跳动误差是可行的，但测量时和测量后的工作相当烦琐，且对测量人员的专业知识要求很高，即使是由一名技术熟练的测量人员去逐齿测量，之后借助计算机来分析、处理这些测量数据，也未能有效减少测量人员的工作量。

与之类似的测量方法均为手动测量，因此，无论是基准轴线的校准、齿轮的测量，还是测量数据的采集和分析，均为人工操作。这就会带来以下两个问题：①测量效率低。测量时，需要逐齿测量，一一记录所得数据并进行分析，这就大大增加了测量的时间。②测量精度低。由于整个测量过程均为手动操作，测量基准、被测齿轮和测量仪表因受到不同的外力作用而出现微小移动，进而导致测量精度下降。

2 智能型齿圈径向跳动测量仪

考虑到用齿轮跳动检查仪测量齿轮齿圈径向跳动误差的缺陷，我们对该检查仪进行了智能化改造，设计并研发了一种智能型齿圈径向跳动测量仪。

2.1 改进仪表测头的运动方式

为了提高测量仪的测量精度和自动化程度，我们重新对传统的齿轮跳动检查仪进行了设计。通过一系列的机械改造，提高了仪表测头的上下运动精度，同时，有效控制了其左右偏摆，从而使误差测量精度得到大幅度的提高。图2所示为仪表座三维设计。

2.2 选择高精度测量仪表和测头

为了提高测量精度，我们用高精度数显千分表代替了原来的百分表，使测量精度由原来的0.01提升到0.001.同时，数显千分表具有数据采集功能，并可以对软件进行二次开发，这样可以很方便地将测量数据通过数据线传输到计算机，从而实现数据采集的自动化。另外，我们还用钨钢球形测头代替了原来的标准测头，这样可以更精确地采集齿圈径向跳动数据。

2.3 选用便捷的数据采集接口

对于数据采集接口，我们选用了市场上通用的 USB接口，这样可迅速将数据传入计算机。

2.4 数据采集和分析软件

根据实际需要，我们开发了配套的数据分析软件。在设计上，数据分析软件采用简单的界面，从而将测量数据直观地反映出来。该数据采集和分析软件具有以下特点：①可以自动采集测量数据，精度高、效率高，无人为误差；②安装、操作方便，参数设定简洁、直观；③既可以手动保存测量数据，也可以自动保存；④可以按照参数设定的自动采集时间记录数据，且在记录过程中可以很方便地停止采集，也可以清除当前记录的所有数据；⑤可以将数据保存于Excel格式的文件中，待进一步处理。实验证明，数据采集和分析软件可以大幅提高测量效率和测量精度。

2.5 仪器测量精度分析

为了进一步提高测量精度，我们重新对仪表座进行了设计，且对测量程序进行了反复调试和实验。实验表明，所得结果较为理想，实现了预期目标。

2.6 应用前景

智能型齿圈径向跳动测量仪主要用于测量各种圆柱齿轮的齿圈径向跳动误差，适用于机械制造、齿轮加工行业的车间现场及检查站，也可作为各类工科院校机械相关专业的教学实验仪器。

3 结束语

通过对传统的齿轮跳动检查仪进行改造，实现了齿轮测量仪器的自动化。实验表明，利用智能型齿圈径向跳动测量仪进行误差测量是可行的，且能够在很大程度上降低测量误差。

参考文献

[1]甘永立.几何量公差与检测实验指导书[M].上海：上海科学技术出社，1995.

[2]田野.互换性与测量技术基础[M].北京：化学工业出版社，1990.

[3]裘祖荣.精密机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012.

〔编辑：刘晓芳〕