齿轮综合误差测量技术研究
Research on Measuring Technology for Integrative
Error of Gear
摘 要
本文设计的齿轮综合误差测量机是利用测量蜗杆，对直齿圆柱齿轮，斜齿圆柱齿轮的切向综合误差'i F ?与切向一齿综合误差'i f ?进行测量。它还可以用于对圆柱齿轮副，蜗轮与蜗杆和圆锥齿轮副进行配对测量，测得它们的综合误差。其中测量元件可以换成测量齿轮。齿轮综合误差测量机的测量方法就是使用标准测量元件（蜗杆、齿轮、齿条、测头等）与被测齿轮进行单面啮合或双面啮合。其中单面啮合测量是一种大体模拟齿轮实际加工情况的直接测量齿轮传动误差的方法，既所有误差综合地在啮合线上以啮合线的增量来起作用，能比较真实的反映出齿轮实际的传动质量。该仪器测量效率高，结构简单，使用和维护方便。
关键词：齿轮 切向综合误差 蜗杆 光栅读数头
Abstract
This article designs the gear composite error measuring engine uses the survey worm bearing adjuster to the straight tooth cylindrical gears skewed tooth cylindrical gears cutting with cuts to the composite error carries on the survey to a tooth composite error. It also may use in to cylindrical gears the worm gear and the worm bearing adjuster and the round bevel gear pair carries on pairs the survey obtains their composite error. Measuring element may change into surveys the gear.The gear composite error measuring engine measuring technique is uses the standard measuring element (worm bearing adjuster gear rack measured prime) with was measured the gear carries on one-sided meshes or two-sided meshes. One-sided meshes the survey is one kind of cardinal principle simulates the gear actual processing situation the direct survey gear drive error method also all errors comprehensive in gnaw in the vanishing line by to gnaw the vanishing line the increase to have an effect can the quite real reflection gear actual transmission quality. This instrument survey efficiency high the structure is simple uses and maintains conveniently. May use in 3 levels of 4 level of and 5 level of gears surveys.
Key words：Gear Integrative Error of Tangent
Direction Worm Reading Head of Gratin
目录
第一章概述 (1)
1.1引言 (1)
1.2国内外发展现状 (1)
1.3主要研究内容 (5)
第二章总体设计方案 (8)
2.1方案比较 (8)
2.2方案选择]1[ (8)
2.3技术指标]4[ (12)
第三章测量原理及总体设计 (13)
3.1测量原理 (13)
3.2总体设计 (14)
第四章仪器关键部分设计 (17)
4.1光学部分 (17)
4.2光栅读数头 (18)
4.3电气部分 (21)
第五章仪器精度分析 (24)
5.1仪器各项单项误差的计算 (24)
5.2仪器误差 (28)
结论 (30)
参考文献 (31)
致谢 (32)
第一章概述
1.1引言
齿轮综合误差测量仪是采用啮合滚动式综合测量法，把齿轮作为一个回转运动的传动元件，在理论安装中心距下，和测量齿轮啮合滚动，测量其综合偏差。综合测量又分为齿轮单面啮合测量，用以检测齿轮的切向综合偏差和单齿切向综合偏差；以及齿轮双面啮合测量，用以检测齿轮的径向综合偏差和单齿径向综合偏差。为了更有效地发挥齿轮双面啮合测量技术的质量监控作用，增加了偏差的频谱分析测量项目;近年来还从径向综合偏差中分解出径向综合螺旋角偏差和径向综合齿向锥度偏差。这是齿轮径向综合测量技术中的一个新发展。综合运动偏差测量的优点是测量速度快，适合批量产品的质量终检，便于对齿轮加工工艺过程进行及时监控。仪器可借助于标准元件（如标准齿轮）进行校验，实现基准的传递。上述两项测量技术基于传统的齿轮精度理论，然而随着对齿轮质量检测要求的不断增加和提高，这些传统的齿轮测量技术也在不断细化、丰富、更新和提高。在这里，我们只研究齿轮单面啮合测量仪，即单啮仪。]10[
1.2国内外发展现状
齿轮量仪是一个内含较为丰富的概念，它不仅包括检测各种齿轮的仪器也将检测蜗轮、蜗杆、齿轮刀具、传动链的仪器附属在其中。齿轮种类繁多，几何形状复杂，影响其误差的参数众多。所以，齿轮量仪的品种也很多。齿轮测量技术及其仪器的研究已有近百年的历史，在这不短的发展历程中，有6件标志性事件：
(1) 1923年德国Zeiss公司在世界上首次研究成功一种称为―Tooth Surface Tester‖的仪器，实际上是机械展成式万能渐开线检查仪。在此基础上经过改进，Zeiss于1925年推出了实用性仪器，并投放市场。该仪
器的长度基准采用了光学玻璃线纹尺，其线距为1微米。该仪器的问世，标志着齿轮精密测量的开始，在我国得到广泛使用的VG450就是该仪器的改进型。
(2) 50年代初，机械展成式万能螺旋线标准的出现，标志着全面控制齿轮质量成为现实。
(3) 1965年，英国的R.Munro博士研制成功光栅式单啮仪，标志着高精度测量齿轮动态性能成为可能。
(4) 1970年，以黄潼年为主的中国工程技术人员研制开发的齿轮整体误差测量技术，标志着运动几何法测量齿轮的开始。
(5) 1970年，美国Fellow公司在芝加哥博览会展出Microlog50，标志着数控齿轮测量中心的开始。
(6) 80年代末，日本大阪精机推出了基于光学全息原理的非接触齿面分析机PS-35，标志着齿轮非接触测量法的开始。
整体上考察过去一个世纪里齿轮测量技术的发展，主要表现在以下几个方面：
（1）在测量原理方面，实现了由“比较测量”到“啮合运动测量”，直至“模型化测量”的发展；
（2）在实现测量原理的技术手段上，历经了“以机械为主”到“机电结合”，直至当今的“光?机?电”与“信息技术”综合集成的演变；
（3）在测量结果的表述与利用方面，历经了“指示表加目视读取”到“记录仪器记录加人工研判”，直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”的飞跃。与此同时，齿轮量仪经历了从单品种参数的仪器（典型仪器有单盘渐开线检查仪）、单品种多参数的仪器（典型仪器有齿形齿向检查仪）到多品种参数仪器（典型仪器有齿轮测量中心）的演变。
70年代以前的近50年内，世界上已开发出测量齿廓、螺旋线、齿距等基本参数的各种类型、各种规格的机械展成式仪器。这些仪器借助一些精密机构形成指定标准运动，然后与被测量进行比较，从而获得被测误差的大小。世界上曾开发出多种机械式渐开线展成机构，如单盘式、圆基杠杆式、靠模式等。其中以圆盘杠杆式应用最广，属于这一类的仪
器有：Zeiss VG450、Carl Mahr890和891S、MAAG SP60和HP100、大阪精机GC-4H和GC-6H以及哈尔滨量具刃具厂的3201。对齿廓误差测量而言，机械展成式测量技术仅限于渐开线齿廓误差测量上，对非渐开线齿轮的端面齿厚测量，采用展成法测量是很困难的，因为展成机构太复杂并缺乏通用性。对精确的螺旋展成机构而言，主要采用正弦尺原理，只是如何将正弦尺的直线运动精确地转移为被测工件的回转运动的方式各不相同，这种机构在滚刀螺旋线测量上应用最为典型，如德国Fette 公司生产的UWM型滚动测量仪、Zeiss厂生产的万能滚动测量仪、前苏联BHNN设计的万能型滚动测量仪、美国Michigan公司生产的万能滚刀测量仪以及Klingelberg公司的PWF250/300。
70年代前，机械展成式测量技术已经发展成熟，并在生产实践中经受了考验。尽管这样，也存在一些不足之处：其测量精度仍依赖于展成机械的精度，机械结构复杂，柔性较差，且测量一个齿轮需多台仪器。迄今，基于这些技术的仪器仍是我国一些工厂检验齿轮的常用工具。
1970年是齿轮测量技术的转折点。齿轮整体误差测量技术和齿轮测量机（中心）的出现解决了齿轮测量领域的一个难题，即在一台仪器上快速获取齿轮的全部误差信息。这两项技术虽然都基于现代光、机、电、计算机等技术，但走上了不同的技术路线。齿轮整体误差测量技术是从综合测量中提取单项误差和其它有用信息。经过30年的完善与推广，齿轮整体误差测量方法在我国已发展成为传统元件的运动几何测量法。其基本思想是将被测对象作为一个刚性的功能元件或传动元件与另一标准元件作啮合运动，通过测量啮合运动误差来反求被测量的误差。运动几何测量法的鲜明特点是形象地反映了齿轮啮合传动过程并精确地揭示了齿轮单项误差的变化规律以及误差间的关系，特别适合齿轮工艺误差分析和动态性能预报。采用这种方法的仪器的优点是测量效率高，适用于大批量生产中的零件检测。典型仪器是成都工具研究所生产的CZ450齿轮整体误差测量仪、CSZ500锥齿轮测量机和CQB700摆线齿轮测量仪。而齿轮测量中心采用坐标测量原理，实际上是圆柱（极）坐标测量机，“坐标测量”实质是“模型化测量”。对齿轮而言，模型化的坐标测量原理是将被测零件作为一个纯几何体（相对“运动几何
法”而言），通过测量实际零件的坐标值（直角坐标、柱坐标、极坐标等），并与理想形体的数学模型作比较，从而确定被测量的误差。坐标测量法的特点是通用性强，主机结构简单，测量精度很高。坐标法测量齿轮的思想早已有之，如用万能工具显微镜与分度头的组合也可用来测量齿轮。但是，这种静态测量方式不仅效率低，且测量精度得不到保证。现代光电技术、微电子技术、计算机技术、软件工程、精密机械等技术的飞速发展才真正为坐标测量法显示其优越性提供了坚实的技术基础。迄今已有美国、德国、日本、瑞士、中国、意大利等几个国家生产CNC 齿轮测量中心，国外的典型产品是M&M公司的3000系列、Klingelberg 的P系列；国产的典型产品是成都工具研究所的CGW300卧式测量中心和哈尔滨量刃具厂的3903型齿轮测量中心。
各国的齿轮测量中心虽然原理上大同小异，但实现方式却存在一定差距。主要表现在：
（1）在测量传感器等方面，虽然测角一般采用高精度圆光栅，但测长因被测对象不同而有所差异。精度要求很高的齿轮或轴向尺寸很长的工件等，一般采用双频（或单频）激光干涉仪作长度基准（如测量渐开线或螺旋线样板等）；而其它情况，则采用高精度长光栅。
（2）在机械系统的精度方面，高精度的轴承是必须的；而直线导轨的精度有靠机械精度保证的，也有采用误差修正技术达到的。
（3）在数控系统方面，70年代常为NC开环控制；80年代后，全为CNC控制，大多采用直流伺服电机或步进电机。目前已有采用交流伺服系统或直线电机的。
（4）在测头方面，有电感式的，也有光栅式的；有一维的，也有三维的，甚至有刚性的。刚性测头是不带测微传感器的。若采用刚性测头，则仪器通常是专用的。
齿轮测量中心一般由主机、CNC数控单元、数据采集单元、机间通讯接口、计算机及外设、测量软件和数据处理软件等部分组成。当今最新的CNC齿轮测量中心的主要特点是：①性能上是高效、高精度、易操作。所采取的措施有精密机械的优化设计、32位的CNC45轴数控系统、直线电机、三维测头和误差修正技术。②在功能上，包括齿轮（内、
外）、齿轮刀具（滚刀、插齿刀、剃齿刀）、锥齿轮、蜗轮、蜗杆、螺杆、凸齿轮、拉刀等回转类零件的主要误差项目测量；轴类零件的形位公差测量；强大的分析功能，如接触分析、工艺误差分析、齿根形状分析、参数反求等；可耦合到加工系统中，实现数据通信。③在可维修性方面，能故障自诊断、网络远程故障诊断。④可升级性，包括软件的可升级和硬件的可升级。
与机械展成式测量仪器相比，CNC齿轮测量中心的优点是不言而喻的，其质的飞跃是为任意形状的齿廓测量提供了可能，而不仅仅局限于渐开线或直线齿廓。锥齿轮、K蜗杆（滚刀）、C蜗杆（滚刀）的测量就是明证。CNC齿轮测量中心为测控非线性螺旋曲面提供了工具。
90年代以来，在世界范围内，齿轮测量技术领域出现了几股值得注意的形象：①齿轮整体误差测量技术与齿轮坐标测量技术合二为一。成都工具研究所推出了既有标准蜗杆又有测头的齿轮测量机CNZ450，而国外的CNC齿轮测量中心也能给出“虚拟整体误差”。②齿轮测量中心与三坐标测量机的合二为一，如美国TSK公司的Rdaiance和Process Equipement Company的ND430。③功能测试与分试测的合二为一。简化齿轮测量是发展趋势，齿轮整体误差测量仪因高效率地给出齿轮全信息而被世界接受。]10[
展望未来，齿轮量仪相关的研发重点是：齿轮网络化测量技术；基于实测结果的齿轮性能虚拟分析技术（智能配对、动力学性、能预报等）；齿轮整体误差测量技术（指标量化、性能优化等）；齿轮误差的智能分析技术；齿轮统计误差概念体系的建立及其相应的测量技术；生产现场的齿轮快速测量与分析技术（目前ITW的Model4823为450?600件/时；目标：1000件/时）；精密机械、光电技术、微电子技术、软件工程等技术在齿轮上的应用。
1.3 主要研究内容
（1）设计任务的提出]1[
齿轮传动是一种重要的机械传动，主要用于运动或动力的传递。由
于齿轮传动具有结构紧凑、能保持固定的传动比、传动效率高、使用寿命长及维护保养简单等特点，所以广泛用于机器制造与仪器制造业各个部门。对齿轮的使用要求可归纳为传递运动的准确性、传动的平稳性、载荷分布的均匀性等方面。此外，为了储存润滑油和补偿齿轮的制造误差与安装误差、温度变形与弹性变形所引起的尺寸变动，防止齿轮卡住，还需要有一定的齿侧间隙。所以制定了齿轮精度标准GB10095—88，以保证齿轮的互换性。
其中，传递运动的准确性是指要求从动轮与主动轮运动协调，为此应限制齿轮在一转内传动比的不均匀性；传动不平稳性是指在传递运动过程中要求工作平稳、没有振动、冲击与噪声，这就要求限制破坏其平稳性的瞬时传动比的变动范围。若仅讨论齿轮传递运动的准确性与传动平稳性这两项要求，齿轮误差可看作如下形式：
从制造角度来看，齿轮是机床一刀具一工件工艺系统的一环。在利用展成法原理加工圆柱齿轮时，齿轮齿廓是刀具相对齿坯凭借机床的运动周期性切削的结果，所以工艺系统的误差都通过啮合线反映在被加工齿轮上，并带有周期性出现的规律。也就是说齿轮的制造误差是转角?的连续周期性函数F(?)，并可进一步看作由若干个具有不同频率的谐波组成，可用傅立叶级数的形式表示为：
F(?)＝∑
=÷
x
k
k
k
k
k
c
1
)
sin(θ
?(1.1)
式中
k
c k——次谐波误差的振幅值
k、
k
θ——齿轮一转时误差的谐波次数与初始值。
从使用角度来看，单个齿轮是整个传动机构中的一环，其误差将影响整个机构的精度。显然，实际齿轮机构的传动误差等于实际机构与理想机构运动规律之差，即
F(?) ＝f(?) – f
(?) (1.2) 式中?——主动轮转角；
f(?)与f
(?)——实际齿轮机构与理想机构的运动规律。
若在所述的机构中只有所讨论的齿轮是有误差的，其它均为理想环
节，则该机构的传动误差就是所讨论的齿轮误差的具体反映。于是可以提出切向综合误差'i F ?与切向一齿综合误差'i f ?作为反映齿轮传递运动
准确性与传动平稳性的精度指标。
（2）被测参数及其特点
此齿轮单面啮合综合误差测量仪是用来检查被测齿轮的'i F ?（切向
综合误差）和'i f ?（切向一齿综合误差），并通过显示、记录反映出来。
被测参数及其特点
● 切向综合误差 'i F ?
● 切向一齿综合误差'i f ?
定义：切向综合误差'i F ?：被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮
合转动时，相对于测量齿轮的齿轮实际转角与理想转角的最大差值，以分度圆弧计值。
切向一齿综合误差'i f ?： 被测齿轮与理想齿轮的测量齿轮单面啮合
转动时，相对于测量齿轮的转角，在被测齿轮一个周节角内，被测齿轮实际转角与理论转角的最大差值，即在'i F ?记录曲线上的小波纹的最大
幅度值，其波长为一个周节角。
图1.1 a-'i f ? b-'
i F ? ，其中横坐标为?坐标 特点：'i f ?反映齿轮一转角误差，说明齿轮运动的不均匀性，在一
转过程中，其转速忽快忽慢，作周期性的变化。它是几何偏心、运动偏心及各短周期误差综合影响的结果。
第二章 总体设计方案
2.1 方案比较
（1）传统方法
传统的单啮仪测量误差主要是机械式类型的，主要包括中间齿轮式、节度盘直尺式、正玄尺齿轮式、双节圆盘式以及双圆盘式。机械式单啮仪要建立高精度的标准运动，对机械加工精度要求高、仪器通用性差，又会使测量链加长，机构很复杂。这不仅增加了制造困难而且精度更难提高。所以机械式单啮仪除了双节圆盘式外，其余的机械式单啮仪均未得到具体应用和发展。
（2）现代方法
由于科技的发展，现代的单面啮合测量仪多采用脉冲式，主要包括光栅式和磁栅式，其中磁栅式包括分频磁分度式和差频磁分度式。
2.2 方案选择]
1[
对于齿轮综合误差测量机来说，主要包括测量元件的选择和感受部分的选择。
（1）测量元件的选择
由于要测的参数是'i F ?，'i f ?所以理想精确的齿轮作为测量元件是
最为符合的，当然也允许用齿条，蜗杆与测头等代替。
a . 采用齿轮作为测量元件
在齿轮各为Z1和Z2的测量齿轮与被测齿轮的主轴上，例如角度传感器，分别装有刻数相同的圆光栅，用以产生理想精确的传动比。当啮合的两齿轮齿数不等时，由两者的光电源所输出的信号频率将不相等，为使两路信号具有相同的频率，以便进行相位比较，可将其中一路信号进行备频和分频处理。若被测齿轮无误差，则两路信号无相位变化，记录器输出为一条直线，否则记录的图形为被测齿轮的切向综合误差曲线。
优点：用齿轮作为测量元件可直接测出齿轮（全齿宽）的'i F ，而非一个截面。
缺点：由于测量齿轮与被测齿轮的齿数比在很大范围内变动，相应对电气部分（分频，比相）提出较高的要求，并且高精度齿轮的制造比较困难。
b. 采用蜗杆作为测量元件的单啮仪
一般通用的齿轮单面捏合测量法，其重合度大于1，故在测量中，有时测量一个齿面，有时却测量两个齿面，因而分不清记录曲线是哪个齿面的误差，而且不可能测到被测齿面的工作高度内的误差。采用间齿测量法，即使测量时的重合度小于1，也能满足齿轮整体误差测量的基本要求。
图2.1 采用蜗杆作为测量元件的单啮仪的基本原理图
1-标准蜗杆 2-蜗杆光栅头 3-被测齿轮4-齿轮光栅头 5-力矩电机
6-自整角机发送机 7-自整角机接受机
所谓间齿测量法上将单啮仪上的标准蜗杆改为特殊齿厚的双头
（或三头）蜗杆作为测量元件与单面啮合测量。双头蜗杆用于测量奇数齿齿轮，三头蜗杆测量偶数齿齿轮。双头蜗杆应将其中一条螺旋槽的两侧齿形减薄，三头蜗杆应将其中的两个头减薄，以保证仅一对齿面进行啮合测量，从而使重合度小于1。
被测齿轮与测量蜗杆啮合并在它的驱动下转动。在测量蜗杆与被测齿轮的轴上分别装有角度传感器。如果被测齿轮没有误差，并且将测量蜗杆也看作为无误差时，瞬时传动比是恒定的，送给比相器的两路信号相位不变。当被测齿轮有误差时，瞬时传动比发生变动，比相器就有输出。
优点：仪器结构简单，测量效率高，可测5级以上精度的齿轮。 缺点：必须采用高精度测量元件，由制造精度的限制，进一步提高仪器精度将有较大的困难；此外，用蜗杆与齿轮的啮合只能反应齿轮一个截面的状况，不完全符合'i F ?的定义；同时，每台仪器还需附带不同
模数的测量元件，增加了仪器的配套件，限制了仪器的通用性。 c. 采用测头作为测量元件的单啮仪
因为根据渐开线展开原理，被测齿面上的各点均可展开为转角θ和基圆（齿轮基圆直径b d ）切线方向的坐标χ，并有下列关系
χ=b d /2 * θ (2.1)
所以，分别用长度和角度传感器精确测得χ和θ，经处理逐齿计算出齿轮误差和周偏差，并按齿序排列，即可由记录器绘出齿轮单啮曲线和求得'i F ?和'i f ?值。测头可根据被测齿轮的类型选取点测头、锥测头
等形式。被测齿轮与测头间的相对运动需保证齿轮传动和周期性送进与推出及切向的测量运动。
图2.2采用测头作为测量元件的单啮仪的基本原理图优点：不用传统的测量元件，可使仪器精度主要取决于长度与角检测的精度，并较大的增强仪器的通用性。
缺点：对机械结构与电器部分都提出了更高的要求。
d. 采用齿条作为测量元件的单啮仪
它既要求具备成套的测量元件，又要求产生复杂的往复送进退出及切向测量运动。
（2）感受转换部分的确定
对于此单啮仪，感受部分的要求就是将角度转换为相应信号。所以，可采用机械式，光栅盘，磁盘，感应同步器或码盘等角度转换为电信号的各种传感器。
●机械式：制造难，通用性差，精度不高，长期稳定性差。
●光栅盘：具有标准件，通用性好，精度好，适用范围大，长期稳定性好。
●磁盘：具有标准件，通用性好，精度不如光栅盘，适用范围大，长期稳定性不如光栅盘。
●感应同步器：具有标准件，通用性好，精度不如光栅盘，适用范围大。
●惯性式：适用于高频误差的测量。
比较了上述各种感受转换部分的优缺点，选择光栅盘作为齿轮单啮仪的感受转换部件。
2.3 技术指标]4[
（1）仪器的测量范围
被测齿轮模数 0.5—6mm
被测齿轮最大直径 320 mm
被测齿轮最大宽度 150 mm
被测齿轮最大螺旋角 45°
（2）仪器的测量精度
'
i F ? 可测3—4级精度的齿轮
'
i f ? 可测5级精度的齿轮
第三章 测量原理及总体设计
3.1 测量原理
图 3.1光栅式单面啮合误差测量仪的工作原理图
标准蜗杆作为啮合测量元件与被测齿轮啮合进行测量。在标准蜗杆2的回转轴上装有光栅盘，在被测齿轮1的回转轴上装有光栅盘5，两光栅盘的条纹数相同（例如10800条）。测量时，由电机驱动标准蜗杆并带动被测齿轮转动，两光栅盘所发出的信号代表着蜗杆和齿轮的啮合状态。如果被测齿轮没有误差，两路信号的频率和相位保持一定关系，即：
1221//Z F Z F (3.1)
式中 1F —— 蜗杆转动光栅信号频率
F——齿轮转动光栅信号频率
2
Z——被测齿轮齿数
1
Z——标准蜗杆头数。
2
其中，蜗杆转动发出的信号作为测量基准信号，被测齿轮误差即被调制在齿轮信号的相位中，由于蜗杆和齿轮转速不同，两路脉冲信号的频率不同，其频率比随蜗杆头数和被测齿轮齿数的不同变化。若将两路信号送到两个分频器7、8，齿轮发出信号除以
Z，蜗杆发出信号除以2Z，
1
可使信号变为同频信号，比较两信号的相位差，即可测量齿轮的误差。
在比相计中进行两信号比相，其输出方波宽度变量即代表两信号相位变化量，然后送入积分电路，把方波宽度的变量转换成电量变化，送入记录器即可获得齿轮误差曲线。
当测量奇数齿轮时，宜采用双头跳牙标准蜗杆作为测量元件。由于双头蜗杆的一头减薄，不参与工作，因此被测齿轮回转第一圈时，只记录齿序1、3、5……各齿的齿形误差曲线，当测量第二圈时，又记录齿序2、4、6……各齿的齿形误差曲线。由于仪器采用记录器，记录纸和被测齿轮始终同步回转，所以2、4、6……各齿的齿形误差曲线便会自动编入1、3、5……各齿的齿形误差之间。由于周节误差也能同时测出，因此能使各齿的齿形误差曲线按周节误差径向排列成圆记录纸上，故能描绘出截面整体误差曲线。]1[]6[
3.2总体设计
仪器的组成部分及所其作用：与被测齿轮同轴的圆光栅系统，与测量蜗杆同轴的圆光栅系统，测量蜗杆的支承及传动部件，被测齿轮的支承与传动部件，箱体及仪器座部件，电气部分和记录器。
仪器机座采用落地式结构。机座分为主体箱和仪器座两部分。
图 3.2 单啮仪工作系统设计图
测量蜗杆置于部件左侧，为左立柱部件。被测齿轮部件在右测为右立柱部件。由于左立柱部件结构复杂，且重量与体积大，所以采用移动右立柱部件来改变测量元件与被测齿轮的中心距。
两光栅系统是仪器的关键部分，其机械结构主要是精密轴系，应根据单啮测量受力不大，转速低，要求转动灵活、轴系游动小和回转精度高的特点来选择相应的结构。
左立柱部件应完成如下功能和运动：支承测量蜗杆并驱动与其同轴的光栅盘的主旋转运动、测量蜗杆横向位置调整、蜗杆架在垂直面内的回转运动、蜗杆架上下运动。测量蜗杆支承在蜗杆架两顶针间，一端为蜗杆光栅头主轴，另一端为尾顶针座9。为减少驱动源的振动对信号源
的影响，将驱动电机7及蜗杆副置于尾顶针座内。为适应齿轮测齿轮与
蜗杆测齿轮的不同转速比要求，将驱动部件的输出分为高低速档，高速档适用于前者，低速档适用于后者，并采用晶闸管控制直流伺服电机进行无级调速，其运动通过拔杆带动测量蜗杆。为适应支承不同长度的蜗杆，尾顶针座可在横架导轨上移动以进行调整，即通过手轮10及丝杆螺母在一定范围内做横向移动，以使测量蜗杆位于适当位置。并且可在垂直平面内做回转运动以满足测量蜗杆的不同螺旋升角、被测齿轮的不同螺旋升角（45°）及齿轮测齿轮时要求横架处于垂直位置的要求。这一运动可由手轮6经蜗轮副来实现，并由读盘5读出其读数值。此外，根据被测齿轮在心轴位置上不同，蜗杆架可沿左立柱导轨上下移动。该运动有机动和手动两种。机动是由主体箱内直流伺服电机经蜗杆副减速器传至左立柱内丝杆螺母来实现。手动则通过手轮12经锥齿轮副直接传至丝杆。机动和手动通过电磁离合器来变换。蜗杆架位置由刻线尺8指示。
右立柱部件应能完成上顶针4上下移动，该运动由手轮3经锥齿轮副丝杆螺母来完成。至于被测齿轮，则由测量蜗杆带动，在滑架的上顶针与齿轮光栅头的下顶针支承间作高精度回转运动。
主体箱用于支承和连接左立柱部分。根据测量元件与被测齿轮的直径不同，尚需进行中心距调节。由于左立柱部件大而重，又由于平衡滑座的重块13，所以左立柱应设计成固定的，右立柱为可移动的。中心距的调整是通过手轮1经丝杆螺母传至拖板，使其上的右立柱和齿轮光栅头沿主体箱导轨移动。中心距可由刻线尺和投影读数头2进行读数。此外主体箱还应装有仪器的电器控制部分。
仪器柱用来支承主体箱，其内腔可供安放控制电流和配套工具，左侧供容纳重锤用。]1[