一种渐开线综合量规的制造与检测方法研究

第33卷第6期机电产品开发与创新Vol.33,No.6 2020年()月Development&Innovation of Machinery&Electrical Products NOV.,2020文章编号:1002-6673(2020)06-042-03美标渐开线花键综合量规设计张礼才(中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030032)摘要：介绍了美标渐开线花键的特点，分析了此类花键检测的难点，提出了此类花键综合量规的设计流程，分析了花键综合量规设计的要点，介绍了MATLAB在数值计算领域的优势，编制了美标渐开线花键综合量规参数通用计算程序，以掘采装备关键传动部件为例，计算了花键量规参数，完成了花键量规设计制造$关键词：美标渐开线花键；综合量规；MATLAB；数值计算；掘采装备；关键传动部件中图分类号：TH122文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1002-6673.2020.06.014Design of Integrated Gauge for American Standard Involute SplineZHANG Li-Cai(CCTEG Taiyuan Research Institute,Taiyuan Shanxi030006,China)Abstract:Introduced the characteristics of American standard involute splines‘Analyzed the difficulty of such spline detection,Proposed the design process of this kind of spline integrated gauge"Analyzed the key points in the design of spline integrated gauge, Introduced the advantages of MATLAB in the field of numerical calculation,The general calculation program for the comprehensive gauge parameters of the American standard involute spline is compiled.Take the key transmission components of mining equipment as an example,The parameters of the spline gauge was Calculated, Completed the design and manufacture of spline gauges.Keywords:American standard involute spline；Comprehensive gauge；MATLAB%Numeral calculations；Mining equipment；Key transmission components0引言美标渐开线花键齿形较厚，有利于增加其承载能力，因而在矿用设备中得到了广泛应用'然而,此类花键检测难度较大，采用常规的国标花键量规无法检测美标花键加工制造质量'花键量规的设计计算比较复杂，花键设计参数发生变化，检测花键的量规参数需要重新计算，因此花键量规设计与出图花费时间较长，难以推广应用'为此本文依据美国渐开线花键标准ANSI B92.1-1996,设计了美标渐开线花键量规，基于MATLAB软件，开发了花键量规参数计算程序，花键量规设计与出图花费时间缩短了50%，显著提高了花键量规设计效率。

渐开线内花键齿检测方案的研究1.引言渐开线内花键齿是一种常用的连接零件，广泛应用于机械传动装置中。

由于其形状复杂且测量困难，传统的检测方法往往无法准确判断其质量和几何形状。

因此，一个有效的渐开线内花键齿检测方案对于确保机械传动装置的稳定性和可靠性至关重要。

2.方案设计本方案基于计算机视觉技术，通过对渐开线内花键齿进行图像处理和特征提取，从而实现质量和几何形状的检测。

具体步骤如下：2.1图像采集使用高分辨率的数码相机对渐开线内花键齿进行拍摄，确保图像清晰度和细节的可见性。

2.2图像预处理对采集的图像进行预处理，包括图像灰度化、图像平滑、图像增强等。

这些预处理步骤可以有效地消除图像中的噪声、增强图像的对比度和细节。

2.3特征提取通过边缘检测算法提取渐开线内花键齿的边缘信息，进而提取出关键的几何特征，如齿距、齿高、齿宽等。

同时，可以利用形状匹配算法来提取渐开线内花键齿的整体几何形状。

2.4特征分类和判定根据预先设计好的分类规则和判定标准，对提取的特征进行分类和判定。

比如，可以设计一些阈值，来判断是否达到了质量要求。

3.实验和结果为了验证本方案的有效性，进行了一系列的实验。

在实验中，采集了一些渐开线内花键齿的图像，然后通过上述步骤进行处理和分析。

实验结果表明，本方案能够准确地检测出渐开线内花键齿的质量和几何形状。

相较于传统的人工检测方法，本方案具有更高的精度和效率。

4.结论和展望本文提出了一个基于计算机视觉技术的渐开线内花键齿检测方案。

实验结果表明，该方案能够准确地检测出渐开线内花键齿的质量和几何形状。

未来，可以进一步研究和改进该方案，以提高其适用范围和性能。

综上所述，渐开线内花键齿检测方案是一个重要的研究领域，本方案通过图像处理和特征提取实现了质量和几何形状的检测。

实验结果证明了该方案的有效性和可行性。

希望本文的研究能够对相关领域的学者和工程师有所帮助。

渐开线齿轮的检验和测定1．目的本文件的目的是规定渐开线齿轮装置必要的检验和测定程序，不论其采用什么方法制造。

2．范围本规范中规定的要求、程序和解释适用于上海汽车变速器有限公司设计工程公司设计的渐开线齿轮装置。

3．责任技术中心标准处应负责本规范的管理和维护。

设计工程公司应负责本规范中规定的应用、要求和程序，并应批准任何建议的修订或同意偏离。

4．要求4．1 概述4．1．1 所有齿轮数据表应具有下述注释：该零件必须符合XXXXXXXX该标准号）4．1．2 需检验的齿轮装置应位于零件的功能或合适的轴上。

检验放大倍率应是500X。

齿轮的所有公差应在各齿轮数据表上规定。

4．1．3 检验仪器应表现出需要的重复能力和精确度，经过精确性认证和注册的批准的标样。

4．1．4 检验结果显示上至少应出现下述信息。

零件号它戶.序号齿数径节/模数压力角度螺旋角（方向）动作点的渐开线轮廓线检验放大倍数日期注释：试图根据检验图表规定确定齿轮的左右齿侧时必须小心。

根据检验过程中从中心还是外径观看零件，每个检验机器具有自己的习惯。

重要的是检验时要识别零件朝向或传动齿侧。

4．2 渐开线轮廓检验渐开线轮廓检验应在左右齿侧的四个齿上，齿与齿相距约 90 度。

结果以图形格式沿动作点的线绘制。

检验应在齿轮面宽度的中心或其附近。

表面处理过的牙齿有效表面内不允许表面处理作业前的工具痕迹。

不得允许表面因切齿工艺生成的在齿根圆角中或沿齿侧产生的台阶。

同时不允许在有效渐开线终点和齿顶修缘起始点或齿顶倒角起始点范围内产生的材料凸起状况。

渐开线齿廓检验的评价范围从渐开线有效起始点开始至渐开线有效终止点为止。

如有齿顶齿根修缘要求则按照图纸要求检测；4. 2. 1渐开线齿廓角度偏差（fH a）渐开线齿廓角度偏差fH a：应是渐开线形状允许偏离零（垂直）正负倾斜的量。

测定应根据四个独立的牙齿渐开线角度偏差计算而得的算术平均值。

各图纸（齿轮数据表）上应规定允许的渐开线角度偏差，并应依据测定渐开线角度偏差计算而得的算术平均值去评价。

一种高精度渐开线检查仪
Yang.,ZT;金家福
【期刊名称】《计量技术与管理》
【年(卷),期】1989(000)004
【总页数】5页(P28-32)
【作者】Yang.,ZT;金家福
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG86
【相关文献】
1.减小万能渐开线检查仪测量误差的几种方法 [J], 齐彦忠;李艳平
2.万能渐开线检查仪改进 [J], 李艳平;齐彦忠
3.基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪的改造 [J], 刘玉梅;韩辉
4.一种上式齿轮渐开线检查仪 [J], 严瑞珉
5.基于Labview的单盘渐开线检查仪测量软件设计 [J], 王泽彬; 刘玉梅; 梁志宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

渐开线花键量规的检测与校对研究作者：毛晓峰来源：《科技风》2017年第24期摘要：渐开线花键量规，广泛用于成批生产齿轮的花键孔、花键轴的检验和验收，具有综合性强、准确度高、速度快的优点。

本文对渐开线花键的应用与检测进行了概述，对使用哈量1022型投影式光学分度头检测渐开线花键量规进行单项检测与校对的方法进行了研究探讨。

关键词：渐开线；花键量规；检测；校对渐开线花键是花键中的一种，渐开线花键的齿廓为渐开线，受载时，由于其齿上有径向力，发挥自动定心的作用，从而使各齿受力均匀，具有强度高、使用寿命长的特点。

渐开线花键量规，广泛用于成批生产齿轮的花键孔、花键轴的检验和验收，它具有综合性强、准确度高、速度快的优点。

1 渐开线花键的应用与检测概述渐开线花键的应用方面，其联接适用于载荷较大、定心精度要求较高、尺寸较大的应用场合。

在重型车桥的传动结构中，基本都是采用的渐开线花键联接。

虽然国家标准对花键的检测方法进行了规定，但在实际的生产中，对各种检测方法的如何应用，需要根据产品设计、批量大小，以及工艺条件及检测手段等情况来选择。

国际上，花键的设计标准，一般有GB/T3478、DIN 5480、IS04156和AN SI B92.2M 四种。

这四个标准，对花键的基本原则，都是相同的，只是在侧重点方面，有所不同。

因此，花键的检测方法，需要根据不同的标准，来进行选择。

由于D IN 5480的实用性较其他标准要高，加之自上世纪80年代以来，德国的汽车及液压产品技术，被我国大量的引进，因此，DIN 5480花键，在我国得到了广泛的使用。

由于各个参数的精度等级，都有明确规定，因此，用量棒和通用量具即可进行测量。

采用渐开线花键量规，来检测齿槽宽偏差、齿向公差、齿形、齿距累计公差，以及齿圈的径向跳动公差等，都是非常适合的。

但是，在实际的检测过程中，需要综合考虑各方面的因素。

有的零件，在花键加工的工序完成之后，才进行热处理，一旦热处理不稳定，会导致花键出现变形，引起综合误差增大。

1. 齿轮测量现状测量齿轮通常使用专门的测量仪，目前齿轮测量仪已在一些机加工企业的质检部门、科研部门、工厂计量室及车间检测站等部门得到了广泛应用。

但是有部分机加工企业齿轮种类较少，配置专门的齿轮测量仪不利于控制成本。

三坐标测量机操作简便、精度高、使用广泛，可以对齿轮在一次装夹中完成多项主要参数的测量，其发展为齿轮测量提供了一个新途径，但也存在人工采点过程较为繁琐、齿轮测量功能非标配等问题，有必要进行开发，编制适用程序，简化三坐标测量机齿轮测量过程，确定渐开线直齿圆柱齿轮测量方法，解决生产中此类零件检测难题，降低检测成本，提高检测效率。

2. 数据采集及处理测量使用弗尔迪接触式三坐标测量机，配套的FD-DMIS测量软件功能丰富，掌握测量基本知识即可完成检测工作，提供了高级语言编程功能，可编写循环程序。

（1）数据采集准备以齿轮的端面与中心孔为基准建立齿轮测量坐标系。

将齿轮中心线垂直于工作台上平面放置，将1号轮齿置于第一象限，在程序中设置以端面和中心孔为基准的齿轮坐标系程序段，跟随系统提示构造新坐标系。

选择使用DMIS软件的语言编程功能来编制齿轮测量程序。

首先使用指令建立程序框架，人工操作控制器对齿轮进行必要的测量，建立齿轮测量轨迹，在此基础上添加、修改和完善程序，并试运行，对错误部分进行修改，得到完整的齿轮测量程序。

齿轮测量流程如图1所示。

图1 齿轮测量流程程序主要包括：齿轮参数定义、齿号确定、建立坐标系、测第一齿齿廓、程序循环和测量结束。

选用φ2mm测头，命名为A(P1_0_0P0_0)，部分程序如下。

1）齿轮参数定义：MODU=PROMPT/'法向模数?'//输入模数XXX=PROMPT/'变位系数?'//输入变位系数PANG=PROMPT/'压力角(度制) ?'//输入压力角PANG=ASSIGN/DTOR(PANG)//分配转矩INCL=PROMPT/'螺旋角［顺时针/右旋为正, 度制］'//输入螺旋角INCL=ASSIGN/DTOR(INCL)M O D U=A S S I G N/ (M O D U/COS(ABS(INCL)))PE=PROMPT/'渐开线上的采点数'//自己选择渐开线采点数PG=PROMPT/'齿向上的采点数'//输入齿向采点数LZ=PROMPT/'齿宽'//输入齿宽2）齿号确定。

一、 渐开线的定义及特点（一） 渐开线的形成及其特性渐开线是一条直线（发生线）沿着一个定圆（基圆）作无滑动的纯滚动。

动直线上任一点的平面运动轨迹曲线。

也可以这样来看，以一线绳绕在圆周上，绳的一段拴上铅笔，将绳拉紧并逐渐展开，则铅笔在纸上画出来的曲线就是渐开线。

绕绳的这个圆叫做基圆，圆的半径以b r 表示；展开的直线为发生线，kn 是渐开线上k 点的法线，它也是渐开线在k 点的曲率半径，其长度为k ρ，对应的展开角为k φ。

由形成过程可以看出渐开线具有以下几个特点：1）渐开线上任一点k 的法线kn 都与基圆相切，或者说圆的渐开线上各点的法线的包络线是一个圆，这个圆就是渐开线的基圆；2）kn 的长度是渐开线在k 点的曲率半径k ρ，k ρ等于发生线在基圆上滚过的一段弧长，即：()K b K K b K KB AB r r ρθαϕ===+=显然，渐开线愈靠近基圆，曲率半径愈小，曲线弯曲程度愈大； 3）基圆上任一点可以向两方向各展成一条渐开线，基圆内无渐开线；4）基圆上所引的两同向渐开线为“等距曲线”，两渐开线间的法向距离处处相等。

或者说，渐开线的等距曲线仍是渐开线。

5）基圆相同则渐开线完全相同，基圆愈大渐开线在相应点的曲率愈小，即渐开线愈平直，当基圆半径趋于无穷大时，渐开线即趋近于直线。

（二）渐开线齿形方程由于选用的坐标不同，渐开线齿形方程可写出以下几种形式：1. 极坐标参数方程 由上图可知，当发生线转过kϕ角，k 点与中心O 点的距离OK 称为k 点的极半径k R ，所对应的极角为k θ，则cos k k k k b k kinv tg r R θαααα==-⎫⎪⎬=⎪⎭（1-2）为渐开线极坐标参数方程，以k α角为参变量。

式中k inv α为渐开线函数。

k α为k 点的压力角。

2．直角坐标参数方程 渐开线上任一点k 的坐标为k X 、k Y ：()()cos sin sin cos k b k k k k b k k k X r Y r ϕϕϕϕϕϕ=+⎫⎪⎬=-⎪⎭（1-3）式（1-3）为渐开线的直角坐标方程。

带鼓形花键的薄壁细长轴用于某大型客机的高升力系统，其特点是壁薄（最小壁厚1.5m m ）、长径比大（大于20∶1）以及两端花键鼓形量精度要求高。

在鼓形花键加工及鼓形量检测方面，可参考的资料非常少。

1. 零件特点如图1所示零件为薄壁管状，材料为经过沉淀硬化的17-4PH （AMS5643）不锈钢，硬度349～424HV 。

在零件两端分别是鼓形花键，其齿向鼓形量要求是在渐开线鼓形花键轴的加工与检测■■中国航发西安航空发动机有限公司　（陕西西安　710021）　冯永星摘要：针对英国标准的径节制鼓形花键薄壁长轴的加工难点，通过优化加工顺序和走刀方式解决了振刀问题，采取三个步骤完成鼓量中心的调整，通过改变检测长度的方法完成鼓形量的检测和计算，具有一定的实用价值。

关键词：鼓形花键；薄壁长轴；加工；鼓形量；检测出现振刀现象，从而影响零件表面质量，无法达到客户的要求。

图2示出了在首批加工时几处典型的振刀位置，主要分布在A 、B 、C 、D 处及E 区域，在E 区域最为明显。

（2）客户对花键的要求高 在前期与客户的技术交流中，我们了解到该零件位于某大型客机的机翼上，它所起到的作用是将电动机和机体动力输出单元的扭矩传送到飞机的襟翼和驱动系统，这也是唯一的传送方式。

因此，若该零件出现故障，将导致飞机的高升力系统完全失效。

此外，由于客机机翼伸展量很大，在达到最终负载之前，翼展可达7m 以上。

鼓形花键可以确保这些轴相对于其配合零件在特定的交错角内自由转动的同时，14.5m m 长度上达到0.144m m ，鼓量公差±0.013mm ；零件全长362m m ，内孔尺寸φ19m m ，全长最小壁厚1.5m m ，轴两端内孔倒角为设计基准，要求外形对基准的跳动为0.1mm 。

图1　零件示意2. 加工难点分析（1）车加工表面粗糙度难以保证　设计图样要求所有外表面粗糙度值R a =1.6μm ，单就粗糙度来看，零件表面要求并不是很高，但是在实际加工中，由于零件整体刚性差、装夹不便等，在零件外径及根部R 等位置经常会图2　典型振刀位置示意持续平稳地向飞机系统传送扭矩。