齿轮应用有悠久的历史,但在现代工业中仍起着不可替代的作用。2007年全世界的齿轮产值是4200亿,中国齿轮行业的产值为890亿,其中车辆齿轮占三分之二。为确保齿轮质量,诸如美国的行业标准规定,应对成品齿轮进行100%的测量。虽然在计量室条件下齿轮测量是成熟的技术,但在生产现场的大批量检测中,如何快速获取齿轮的精度信息却是个难题。而之前,我国的研究与应用几乎是空白。目前世界上应用在生产现场的齿轮快速测量通常采用齿轮双面啮合测量原理,主要是其原理简单、测量效率高、对环境无严格要求、测量齿轮制作简便,能适应相对恶劣的生产现场环境而又能满足快速测量的要求。但是基于双面啮合测量所获得的径向综合偏差很难保证齿轮轴向精度是否合格,而齿轮轴向精度与齿轮寿命、振动和噪声是密切相关的。在保持了传统齿轮双面啮合测量优点的基础上,为获取齿轮轴向精度信息,本文对齿轮双面啮合多维测量理论及技术展开了研究,主要内容如下:(1)研究了齿轮双面啮合多维测量原理的实现方式,即在Gimbal机构上获取齿轮轴向精度信息。建立了齿轮双面啮合多维测量模型,分析系统动态特性,得出了固有频率、测量速度以及阻尼对系统响应的影响,为测量系统设计及选用合适的测量条件提供依据。(2)定义了齿轮轴向精度新指标:径向综合齿向倾斜偏差、一齿径向综合齿向倾斜偏差、径向综合齿向锥度偏差、一齿径向综合齿向锥度偏差,给出了各指标的评定方法。分析了新指标与齿轮工艺因素的关系,表明了设立这些新指标的必要性。(3)研制成功基于齿轮双面啮合多维测量原理的齿轮在线测量机:给出了总体方案、机械系统的主机及多维测量机构、控制系统的线路接口及实现功能的方法步骤以及测控软件系统的测量流程及界面。(4)给出了系统标定方法。标定需要用到工件标准齿轮、齿向特征齿轮、锥度特征齿轮;测量需要用到测量齿轮和特殊测量齿轮。本文设计出了这五种特征齿轮。(5)分析了测量不确定度:以径向综合齿向倾斜偏差的测量为例,从机械系统误差、标准量误差、信号处理与软件算法误差三方面计算标准不确定度,并进行合成以得到展伸不确定度。对本系统进行了试验研究:给出了系统精度检定的项目、要求、方法和检定数据;开展了静态精度试验,得到静态测量的重复性误差、传感器回零误差;进行了动态特性试验,测试系统在不同速度下传感器的输出,对测量数据进行FFT分析;进行了功能试验、重复性试验。