现在参见附图详细叙述本发明。
可以在任何能转动啮合的齿轮组、监视齿轮组各部件转动位置并使齿轮组
部件彼此相对定位的机械上实现本发明，较好地，该机械是一计算机数字控制的
(CNC)研磨或试验机器，能相对转动和横向移动齿轮组部件，并包括对工件轴
的转动位置的电子测量，这类机器是众所周知的并易于得到。
图1示意性表示出一种这类机器，该机器作为精研机来叙述，但应理解同样
的机器部件也可用于和执行试验机的适当功能。
该精研机包括基座2，其上安装置齿轮头4，齿轮头4位于横向滑板8上的
导轨上，沿第一方向(G轴)直线移动。沿导轨6的移动由电机10推动，横向滑板
8以及齿轮头4在安装于基座2的导轨12上直线移动(E轴)，横向滑板8的移
动由电机14经适当的减速齿轮16推动，G和E轴彼此正交。
垂直滑板18安装成经导轨20使齿轮头4垂直移动(P轴)，垂直滑板18的
移动由电机22经减速齿轮24推动，在P轴方向的移动垂直于G和E轴，这使
得G、E和P轴彼此垂直。可转动的齿轮轴26装在垂直滑板18上，齿轮28可拆
卸地装在齿轮轴26上，齿轮轴26由位于齿轮头4内的电机36(图2)转动。
基座2上还有小齿轮轴箱30，一个可转动的小齿轮32从中穿过，其上可拆
卸地安装着小齿轮部件34，小齿轮轴32由位于基座2内的电机38(图2)转动，
齿轮轴电机36和小齿轮轴电机38协同工作，形成加工速率，同时产生转矩差
别。
工作头4，横向滑板8、垂直滑板18以及齿轮轴26和小齿轮轴32的运动分
别由各个独立的驱动电机10、14、22、36和38带动，上述部件能彼此独立或同时
移动，每一相应的电机与一反馈装置42(图2)相关，例如是作为CNC系统部件
的直线旋转编码器、或传感器，CNC系统按照输入到计算机控制器40(图2)的
指令管理驱动电机的运行。
在研磨或试验过程中，沿E和P轴的相对移动产生齿轮组部件接触部分的
位置变化，其作用是改变接触图形，研磨包括转动啮合的齿轮部件，在齿面的所
需位置接触，这样，各部件处于特定的E和P轴位置以及特定的G轴位置，以产
生所需的间隙。
典型地，E、P和G轴的运动都对定位的轮齿接触图形的长度方向和深度方
向位置有影响，E轴运动的主要影响在于接触图形长度方向的相对位置，P轴运
动的主要影响在于接触图形深度方向的相对位置，而G轴运动的主要影响在于
间隙。
由于齿轮组被研磨，通过必要时改变E和P设置使接触间齿面的外部(伞
齿轮大端)或内部(伞轮小端)之一移位，以影响这种接触位置移位，由于E和P
改变影响到移位，G轴位置也必须改变以保持所需的间隙，当到达所需的大端或
小端位置时，E和P轴位置再次改变，将接触移动到另一大端或小端位置，而在
E和P位置改变的同时G轴也适当改变以保持间隙，然后使接触位置回到开始
位置。
本发明消除了一直存在于研磨和测量中的间隙测量的变化，而代之以提供
一种快速和准确的间隙测量。
本发明的方法包括在研磨或试验机的齿轮轴上安装一个齿轮部件，并在小
齿轮轴上安装一个小齿轮部件。齿轮和小齿轮由沿E、P、G轴的相对移动而啮
合，最好是金属对金属接触，然后把部件之一由沿G轴相对退回一个量，以提供
间隙。
把齿轮和小齿轮之一指定为主动的，而另一个部件指定为从动的，以记录其
角位置。最好是，把小齿轮指定为主动的，而以这种方式讨论此过程时，但应明
器，为本发明的目的，齿轮部件也可以用作主动的。
本发明最好是由与图2中计算机数字控制40和轴反馈装置42分开的计算
和编码装置来进行，计算机44(它最好是至少为例如33MHz处理器)从控制器
40接收顺序命令，计算机44经面板50与转动位置反馈装置相接，转动位置反
馈装置(例如以特定的编码器一轴比率与齿轮和小齿轮轴相关的50倍内插的正
交信号编码器46、48)。面板50从计算机44接收顺序命令，并将在计算机指定
的期间把两编码器46、48的同时的读数配对，对原始数据送到计算机44，计算
机44处理这些读数，如下所述，确定间隙值并发将这些值发送到控制器40。
当然，若可能的话，合适的反馈位置装置42和计算机控制器(CNC)40可用
来读取和处理数据，以按照本发明的方法确定间隙。
由于小齿轮作为主动的，转矩在与齿轮将转动的相反方向上被加到齿轮轴
上，其大小保持齿轮和小齿轮之间的接触。然后转动齿轮组，使小齿轮沿第一方
向(例如顺时针)转动，而由编码器在预定增量处测量小齿轮的转动位置，并记录
下来。增量最好是相等的，例如，每1000个编码器计算或每30度，但本方法不限
于这和相等的增量。
在记录小齿轮转动位置同时，齿轮的转动位置也由一编码器测量和记录，最
好是，这一测量周期持续到齿轮部件的完整的一转，但是，该过程并非限于那样，
例如，测量周期仅为齿轮或小齿轮转动的几度也可以是足够的，相反，也可以要
求等于齿轮和小齿轮齿数乘积(即齿轮齿数比的乘积)的转数，这样在测量周期
中会出现所有可能的轮齿啮合组合。
当完成这一测量周期后，主动部件(小齿轮)的转动方向反转(例如，反时钟
方向)，其为所加的齿轮轴转矩的方向，并沿该相反转动方向进行测量，小齿轮的
转动测量刚好在先前测量周期的同一位置外进行。即，对小齿轮的顺时针和逆时
针转动测量在同一位置处进行，齿轮部件的转动位置也与每一小齿轮转动测量
同时记录，对于这一测量周期的齿轮和小齿轮的转动量与先前测量周期中的转
动量相同。
当收集到所有的测量信息时，对顺时针和逆时针转动每一测量增量处的转
动位置之间的差别加以计算。由于主动部件是沿每一转动方向的同样的转动位
置处测量的，因此每一增量处的测量之间的差值为零，所以，仅留下对从动部件
的转动测量，而这些差值代表了在转动测量每一增量处的实际间隙值，下表提供
了测量到的间隙值的一个例子。
齿轮组比率 3∶1
编码器-轴比率 3∶1
编码器增量/转 720,000(在有比率时为2,160,000)
数据采集增量 小齿轮转动每180,000个增量(在有比率
时为540,000)
原始数据
(CW)
原始数据
(CW)
原始数据
(CCW)
原始数据
(CCW)
原始间隙
数 据
合格的非零
间隙数据
存储的合格
非零间隙数据
小齿轮
齿轮
小齿轮
齿轮
540000
179500
540000
180450
950
950
1080000
359850
1080000
360760
910
910
894(最小值)
1620000
539552
1620000
539860
308*
910
2160000
719776
2160000
720703
927
927
916
2700000
899660
2700000
900652
992
992
922
3240000
1080058
3240000
1081020
962
962
927
3780000
1259712
3780000
1260628
916
916
937(中间值)
4320000
1439905
4320000
1440842
937
937
950
4860000
1620105
4860000
1621116
1011
1011
962
5400000
1799566
5400000
1800488
922
922
964
5940000
1979323
5940000
1980287
964
964
992
6480000
2159557
6480000
2160451
894
894
1011(最大值)
CW＝顺时针小齿轮转动
CCW＝逆时针小齿轮转动
*第三数据点因凹痕或毛刺而不合格
如表中所见，小齿轮部件是该间隙确定过程中的主动件，所以对于顺时针和
逆时针方向在同＝转动位置处进行测量，由于位置相同，不存在差值，这些测量
有效地彼此抵消。
与每一小齿轮测量同时测量的齿轮转动位置对每一个同样的顺时针和逆时
针小齿转位置反映出转动位置差别。例如在顺时针转动的小齿轮位置510000
处，测量的齿轮位置为179500个编码器计数，而在逆时针转动小齿轮位置
540000处，测得的齿轮位置为18℃450个计数，齿轮部件的计数差值为950，这
代表了齿轮该位置处的间隙。
对于第三数据点，显著不同的间隙数据308也许表明)在轮齿表面上可能有
异常，如凹痕或毛刺。计算机中的逻辑会拒绝该齿轮组或停止处理，以使操作者
对齿轮组作目视检查，该点的数据也许不会被看作有效的，所以，最有可能是从
留下的计算值中删除掉。可以就最小和最大可接受的测量值对计算机编程。
间隙和编码器计数之间关系可由已知的齿轮理论关系表示，建议用下式。此
时小齿轮为主动的，而齿轮是从动的：
![]()
其中：D＝齿轮齿距(与间隙采用同一单位)
NP＝被测的编码计数器值
NT＝每转数编码器计数值
A＝齿轮螺旋角
B＝齿轮压力角
在齿轮部件为主动的而小齿轮部件为从动的情形下，等式右侧应再乘以齿
轮组比率，
例如，若所需的间隙为0.010英寸(0.2540mm)，而每转编码器计数的总数
NT为720,000×3(编码器对轴的比率)＝2,160,000，以及上表中的齿轮部件规
格为：
D＝8.800英寸(222.52mm)
A＝27度，12分
B＝20度
对NP(被测量的编码器计数)解该式，得到935。所以，对齿轮部件转动位置
的编码器计数算得的差值935等价于0.010英寸(0.2540mm)的间隙量，若上述
齿轮部件的可接受范围是例如0.008-0.012英寸(0.2032-0.3048mm)，则对
该范围的可接受间隙而言，被测量的齿轮部件编码器计数的可接受差值应为
748-1122计数。当然，可以看到，当已知被测编码器计数时也可以解上式来确
定间隙量。
第三个间隙数据点的308个编码器计数大大超出本例的748-1122编码器
计数范围，而该数据点也许是不合格的，这样，齿轮组应被检视，而该齿轮组可能
被拒绝。但是，其余的测量值得到中间的间隙值937，其离参考935很近。除了中
间值之外，也可以使用平均值，本例中为944个编码器计数，它离所需值935也
很近。
本发明的方法可用于对一具体的齿轮组得出综合数据。通过在中间，小端和
大端位置的E和P轴位置实现本发明的过程，可在每一位置通过利用已知的齿
轮理论关系确定每一位置可接受的间隙，因而G轴位置，这由迭接的测量间隙、
记录G轴位置来实现。若间隙还可接受，则重复调节G轴位置并测量间隙直到
可接受的间隙被得到，以及确定最终的G轴位置时为止。
在时间很重要的情形下，如在大量产品研磨环境中，以及必须按照本发明的
方法根据单次间隙测量作出G轴位置变化时，可根据已知的齿轮理论关系计算
ΔG的变化，齿轮组的部件可沿G轴相对移动计算出的量，然后研磨齿轮组。
本发明提出一种更快速和更准确的确定齿轮组中间隙的方法，可实现约
3-6秒的周期时间，同时为产生更准确的齿轮组描述，可读出大量数据点，除了
确定间隙用于研磨或试验外，也可以更准确地测量间隙以加强齿轮组的最后装
配，或使维修用的部件更为合理。
尽管参照最佳实施例对本发明进行了叙述，应明白本发明不限于这里的特
例，本发明应包括对本领域技术人员而言是显然的修改，而主题仍在权利要求书
实质范围内。