齿轮测量仪标准

机械部委托中国计量科学研究院配合试贯工作，承担齿轮测量设备的检修和量值统一，把住测量
一关，保证测量结果的准确无疑是至关重要的。在贯彻 GB/T10095-2001 标准的今天，测量这一
环节依然不容忽视。
2.2
评定方法
评定方法就齿廓、螺旋线项目而言，有二点改变：一是平均迹线法，二是公差带法。
新标准定义了齿廓和螺旋线总偏差、形状和倾斜偏差及平均迹线，平均迹线是依据实际曲线采用
合成不确定度
由于各分量无关，且为均匀分布，则 uc 为：
3.1.4 扩展不确定度 U 取置信因子 k =2,则 U 为：
依据表 1 要求以及我国基圆盘式渐开线螺旋线检查仪检定规程 JJG91－89 的要求，对于 5 级
精度仪器，螺旋角示值误差应不大于 3mm。
机械式齿轮测量仪示值误差不是一个定数，它取决于仪器各部件制造误差和安装误差以及几
自动数据处理系统取而代之，无疑是实施新标准的一项重点工作。
3
机械式齿形齿向检查仪贯彻实施新标准的途径
六七十年代进口的齿形齿向检查仪(以下简称为仪器),至今已使用了三十多年,老设备要切实达
Байду номын сангаас
到新标准的精度要求，显然是一个需要认真对待的大问题。下面从仪器精度和评估方法两方面入
手进行分析和介绍，探讨其适应性。
3.1
仪器精度分析
3.1.1 依据
进口设备如 SP－60、891、PFS600、PFSU 系列、HFR 系列、630、PH100 等等，这些仪器经长期使
用，会出现一些需要修理的问题，如测头、记录器、电器元件、工作面锈迹等属于外围精度因素，
本文不多涉及。从机构精度方面讲，这些型号的仪器在正常状态下，具备一定的稳定性，在肯定
“最小二乘法”拟和得出，从而得到形状和倾斜偏差量的大小。这是新标准提出的科学严谨的计
算方法。
对于修型齿的制造误差，标准提倡公差带法来评估，从测量角度讲，公差带直观的特点，为测量
和加工都提供了切实的依据。
以上二点，对于机械式齿形齿向检查仪的记录系统，由人工判断测量结果，测量和加工的意见分
歧时有发生，交流极不方便，难以实现新标准要求，所以必须对其记录系统进行改造，由计算机
c)齿面粗糙度及样板形状偏差 d1 表 1 第 2） 、第 3）条要求£2.0mm，依据经验，设其对螺旋角的综合影响为 0.3mm，视为均匀分 布，u3 为：
d)样板螺旋角斜率偏差测量不确定度 d2 中国计量科学研究院传递的二等螺旋线样板，螺旋角测量不确定度为
1.83mm/100mm（k =3）(样板螺旋角 b＝15°), 标准不确定度 u4 为： e)测量重复性 表 1 第 5）条，用样板在仪器上进行独立重复测量 10 次，单次测量标准差 S 由贝塞尔
偏差的测量重复性 6) 样板同一旋向左右 齿面差值 7) 仪器与工件温度差 8) 仪器轴线与工件轴 线差值 9) 仪器螺旋线斜率偏 差
示值误差的不确定 度 10)仪器螺旋线总偏差 示值
误差的不确定度
£ 2.0
£ 2.0 £ 3.0
0.3
0.5
0.7
0.5 1.0
1.5-3.0
1.5
2.0 1.5
2.5-4.5
1
对新标准的认识
(1）新标准等同采用 ISO － 1328 九十年代国际齿轮精度制 新标准等同采用国际标准，是我国齿轮制造业与国际同步发展的标志。ISO － 1328 九十年代 标准是在 75 标准的基础上修订而成，吸收了德国、美国等先进国家标准的成熟性和科学性，使 标准更加合理适用，并成为制定齿轮相关标准的依据。 新标准将齿轮的检测项目分成二部分：第一部分 GB/T10095.1¾2001 轮齿同侧齿面偏差的定义和 允许值，明确规定齿距、齿廓和螺旋线这三项偏差是完整评定单个齿轮精度的强制性检定项目， 为国际间贸易和交流制定了评定准则；第二部分 GB/T10095.2¾2001 径向偏差与径向跳动的定义 和允许值，用于大批量生产及小模数齿轮的检验。 第二部分其方法和测量仪器较成熟，不多涉及, 下文展开的讨论，均针对第一部分。 (2）设计齿廓、设计螺旋线与平均迹线
何位置调整状况。上述分析中有关仪器的不确定度因素可以认为是最佳调整状态，
本人理解 VDI/VDE2612 的第 9）条要求应该是示值误差的随机部分，是由环境条件、标准器、仪
1.5 级，而据统计得之，八十年代初，上海地区参加试贯 JB179-83 标准（后升为 GB10095-88）
的单位，在试贯前，合格率仅为 0-30%，主要是齿形、齿向超差，造成超差的原因有两个，一是
制造问题。二是测量准确性问题。正是看到了这一点，从 1982 年至 1984 年试贯 JB179-83 期间，
基圆盘加杠杆放大式仪器对温度变化比较敏感，当温度不平衡时，会产生机构误差和刻度尺
的零位误差，但对于测量螺旋线偏差，测量过程基圆盘不动，此时只考虑温度变化对刻度尺的影 响。如果计量室温度变化要求 1°C,以此计算仪器径向零位误差，数值是非常大的，根据我国螺 旋线样板检定规程 JJG408--2000，二等样板测量过程温度瞬时变化要求 W1=0.5°C/h，设刻度尺 距回转轴线的距离 l=400mm，则刻度尺零位变化为：
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
齿轮精度级别
ISO－1328 、 DIN 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
3962
1) 室温变化要求
0.5
1.0
2.0
(20°C<T< 23°C)
2) 样板齿面粗糙度
£ 2.0
3) 所用样板螺旋线形 状偏差 4) 所用样板螺旋线斜 率偏差的测量不确定度 (k = 2) 5) 样板形状和螺旋线 斜率
这一点的基础上，我们来分析仪器达到一定精度的条件。
德国工程师协会的指导性文件 VDI/VDE 2612 对测量齿形、齿向偏差的仪器，分别提出了精
度要求。本文以齿向仪器的精度要求（见表 1）为例，结合我国检定规程，进行分析。
表 1 齿向测量仪精度保证条件(VDI/VDE 2612)
单
位： mm
精度级别
齿轮检查仪贯彻新国标精度保证条件
摘要 齿轮新国标即将颁布贯彻实施，对于我国使用中数量众多的机械式齿轮检查仪， 存在一个适应性的问题。本文将介绍新国标的要求，分析测量仪精度保证条件及改造
方法，充分发挥老设备的作用，为生产服务。 关键词 ： 新国标 机械式齿轮测量仪 精度分析 改造方法 齿轮是机械设备的重要零件，广泛应用于机床、汽车、拖拉机、冶金、矿山、船舶、工程机械 等各个领域。人们在齿轮的材料、设计、工艺、加工、测量和装配等每一环节不断的研究新课题， 来适应现代工业飞速发展的需要，而齿轮制造公差标准也依需要来制定。自二十世纪八十年代， 我国有关齿轮方面的国家标准、行业标准、国家规范规程等，其制定和修订的数量已达到近百个， 其中参照或采用国际标准和国外先进标准的约占 70％以上，即将颁布实施的渐开线圆柱齿轮制 造精度国家标准(以下简称为新标准)GB/T10095.1¾2001、GB/T 10095.2¾2001，就等同采用了国 际标准 ¾ ISO 精度制 1328 ¾ 1：1995 和 ISO 1328¾2：1997。 贯彻齿轮新标准对 CNC 自动测量设备只存在精度保证问题，而对机械式齿轮测量仪则存在着精度 保证和改变评估方法两个问题。在六、七十年代，我国从德国、瑞士等国进口了许多齿轮检查仪， 目前大多数还都在使用中，相对而言，我们可以将这些检查仪称为老设备。下面就老设备贯彻新 标准的问题进行分析探讨。
设计齿廓、设计螺旋线与平均迹线成为新标准的一个重点。 对于修形的设计齿廓，可以用公差带的方法来进行检验,而修形齿也是生产中经常采用的齿形， 啮合性能好又不增加成本。新标准对于设计齿形的强调，代表了它的科学性和适用性；平均迹线， 是新标准提出的一个新定义，依据平均迹线，确定形状和倾斜偏差，据此加工配对齿轮,能降低 加工难度却相对提高啮合性能。可以说，新标准为我们提供了能达到齿轮最佳使用性能的依 据；是促进我国齿轮制造质量向高水平迈进的技术保障；对于与国际接轨、开拓国际市场都有着 十分重要的意义.
2
新标准对齿轮检测方面的要求
2.1
精度要求
GB/T10095.1-2001 标准由 88 标准的 12 个精度等级增加到 13 个，其中 0 级最高。检查
项目只规定了三项：齿廓总偏差 Fa、螺旋线总偏差 Fb 和齿距偏差（齿距偏差包括单个齿距偏差
fPt、齿距累积偏差 FPk 和齿距累积总偏差 FP）。公差值较 88 标准略有放松，其原因是新标准引入
g)安装误差 i2
表 1 第 8）条，仪器轴线与工件轴线之差，可理解为本文的安装误差，样板安装在仪器顶尖 间，样板顶尖孔与仪器顶尖配合轴线，相对仪器上下顶尖连线之差。对于二等样板完全有可能产 生 1.5mm 的误差，设样板轴长 300mm ，测量齿宽 100mm，则可发生 0.5mm 误差， 视其服从均匀 分布，标准不确定度为 u7： 3.1.3
从表 1 看出，第 1)、7)两项是温度条件，其中第 1)条 0.5°C 要求对于一般的计量室较难达到， 第 7)条的问题是如果不做温度修正，则基本上不能实现，因为仪器基体大，各部件位置及形体 不一，而仪器本身存在热源，要想达到仪器与工件温差为 0.5°C,本人认为必须采取温度修正。 第 5)条为样板形状和螺旋线倾斜偏差的测量重复性，对于Ⅰ级仪器，要求达到 0.3mm，如果第 2)、3)条实际值为 2mm 时，则第 5)条很难达到。第 8）条，仪器轴线与工件轴线差值，在这里我 们将工件换成样板来分析，国家标准二等样板顶尖孔径跳要求是 2mm ，我国检定规程 JJG91-89 （基圆盘式渐开线螺旋线检查仪检定规程）对仪器下顶尖的要求是 2mm、轴系回转精度要求 2mm， 所以机械式测量仪的精度不能满足此条要求。 分析至此，可以看出 VDI/VDE2612 标准，对Ⅰ级仪器的要求是非常严格的，我们不多涉及。由于 机床和汽车等行业，齿轮精度一般为 5－8 级，下面分析使用中的仪器能否满足Ⅱ级要求。 VDI/VDE2612 标准的要求分为：温度要求、标准器要求、仪器本身的单项精度和综合精度要求四 个方面，根据这些误差因素，具体分析齿轮螺旋线斜率偏差的不确定度，进而确定仪器的精度等 级。 设测量用螺旋线样板齿宽 b = 100mmm,半径 r = 50mm，螺旋角 b = 15°。 3.1.2 各误差分量 a)室温变化引入的测量误差 w1
此时可认为所放置的基圆位置有 1.4mm 的误差，测量齿宽 Lb=100mm，螺旋角 b=15°，半径 r=50mm，对螺旋角的影响为 0.000416°»1.5²（按导程计算，公式从略）。
将角度值换算为线值： 视为均匀分布，取其半宽，则由实验室温度变化 w1 引起的标准不确定度 u1 为：
b)仪器与样板温差 w2 VDI/VDE2612 第 7)条要求是仪器与工件温度差，这里我们以样板代替工件，依据样板检定规 程仪器与样板相对温差小于 0.5°C，假设样板导程伸长或缩短，按导程公式计算，可使螺旋角 发生 0.3²的变化，换算成线值，fhb2=0.16mm，则由 w2 引起的标准不确定度 u2 为：
的一个新的概念，即齿廓和螺旋线允许值的大小对啮合性能的影响不是绝对的，而形状和倾斜偏
差的综合影响才是关键，而且倾斜偏差的确定在加工中有着重要的意义，它是指导工艺，修正机
床位置误差的依据。而我国新标准等同采用 ISO 标准其真正用意也在于此。但这并不意味着测量
精度可以降低。因为 88 标准与六十年代的 JB179-60 标准相比，齿形和齿向公差要求提高了 1 ¾
£ 3.0 £ 5.0
1.5
2.5 3.0 2.5 3.5-7.0
2.5-4.5
3.5-7.0
5.5-10.0
*) 样板直径<200mm，齿宽＝100mm，螺旋角＝0°、15°、30°、45°. **) 表 1 中Ⅰ级仪器 可测量 4 级及 4 级以上精度齿轮；Ⅱ级仪器可测量 5--8 级精度齿轮；Ⅲ级仪器可测量 9--12 级 精度齿轮。
公式得到：
平均值的标准差 Sx: 标准不确定度 u5 为：
f)导轨及其顶尖连线的位置误差 i1 表 1 第 6）条要求,同一旋向的一个齿面，正反掉头测量差值为 1.5mm，差值产生的原因主要
包括：垂直导轨与顶尖连线的平行度、垂直导轨扭摆及直线度等，根据我们的检测结果统计，基 本与 VDI/VDE 的要求接近，视为均匀分布，则 u6：