花键量规的精密测量及不确定度分析

邹丹

【摘 要】花键量规是控制工件花键齿厚或齿槽宽极限尺寸的专用量规。作为一种精密测量器具，使用过程中为了保持花键量规的精度，提高测量结果的可靠性，对它的使用必须科学、正确。要做好花键量规的精密测量及不确定度分析，要求测量人员不但专业知识要过硬，而且业务素质要强，在平时的工作中要关注细节，积累丰富的工作经验。本文对花键量规的精密测量及不确定度进行了探讨。

【关键词】花键量规；精密测量；不确定度；精度

花键量规是控制工件花键齿厚或齿槽宽极限尺寸的专用量规。花键量规按测量对象不同，可分为花键塞规和花键环规。根据花键量规功能及其特征的不同，可分为综合通端环规、非全齿通端环规、综合止端环规、非全齿止端环规、综合通端塞规、非全齿通端塞规、综合止端塞规、非全齿止端塞规。

一、花键量规的正确使用

花键量规作为一种精密测量器具，使用过程中为了保持量规的精度，提高检验结果的可靠性，必须科学、正确地使用它。使用前，要认真地对之进行检查。首先要核对图纸，看它是否与要求的检验尺寸和公差相符，以免发生差错。同时要检查量规有没有检定合格的标记或其他证明，还要检查量规的工作表面上是否有锈斑，划痕和毛刺等缺陷。因为这些缺陷容易引起被检验工件表面质量下降，特别是公差等级和表面粗糙度较高的有色金属工件更为突出。还要检查量规测头与手柄联结，看连接是否牢固可靠。最后还要检查工件的被检验部位，看是否有毛刺、凸起或划伤等缺陷。精密测量要注重细节，要重视花键量规的清洁，使用前，用干净的细棉纱或软布，先把量规的工作表面擦干净，之后再使用。可以在它的工作表面上涂一层薄油，以降低花键量规的磨损。

在使用花键量规时需要注意，避免用手触摸量规的工作表面，以免引起量规生锈。使用的时候，要把花键量规放在合适的地方，如工具柜的台面上，或机床不动部分的木垫板上，不要放在机床刀架上或机床导轨上，以免放置不稳造成损坏。

为了避免花键量规生锈，要求保存量规的地方必须干燥，不能潮湿。不论花键量规是否经常使用，都要定期进行检查。要仔细观察花键量规有没有出现生锈，损伤，或者是否出现形状的改变。如果发现花键量规出现生锈的情况，要立即对它采取补救措施，把生锈的花键量规放进盛有汽油的容器内，将之浸泡一段时间，使锈迹慢慢溶解，然后再取出来，将花键量规表面的汽油认真擦干净，然后涂上防锈油，以免花键量规再次生锈。

存放花键量规要关注细节，两个量规的工作表面要分开，分别进行存放。不可将它们配合在一起进行存放，否则会导致两个工作表面出现相互胶合的问题。通过外力将它们分开时，会引起两个量规的工作表面受到一些損伤。花键量规在使用结束后，要用干燥、清洁的软布将它擦干净，擦干净后，涂上一层无酸凡士林或防锈油，然后存放在专用的木盒内，以免受潮或损伤。

二、花键量规的精密测量

传统测量花键环规的棒间距主要采用针规加内径千分尺测量，操作时需手放置针规，旋转内径千分尺找到最小值，传统测量渐开线花键塞规的跨棒距主要采用量棒加外径千分尺，操作时需旋转外径千分尺找到最大值，传统方法的缺点是测量时找拐点人为因素影响较多，且量棒在键槽中的位置不能接触到槽内的任意点，不能实时反馈到键槽的每个高度位置实际情况。

对花键环规的测量使用的是双钩法和T型测球法，双钩法测量时使用测钩测球接触花键规内槽，使用五轴台找到拐点，测量时可以升降花键规测量不同深度截面的棒间距；

T型测球法测量前先将工作台调节水平，找到左侧拐点采样后然后移到右侧找到右侧拐点，再采样，得到花键规棒间距测量值。

SJ5100高精度光栅测长机使用五轴工作台找花键规的拐点，人为干扰少，能够得到稳定可靠的测量数据。在测量计算方法上也进行了修正处理，可实时修正测球大小、测力、环境温度等造成的误差，提高测量精度。测量时需要注意：测量前，将需使用的测球直径使用平面测帽校准得到准确数据；T型测球测量花键环规时，使用标准环规将工作台上表面找水平，放置花键规时，要擦干净花键规基准底面，以免花键规放置不垂直，引起测量数据不准。

三、测量结果分析

某花键量规测得数据为Fa=0.0186mm，远超过所要求的0.005mm，重复测量10次得到平均值为0.0192mm。测得数据FP=0.0107mm，稍微超出误差要求，重复测量10次得到平均值为0.0106mm。绘制每个轮齿显示与理论位置的误差，绘制左右轮齿以显示轮齿之间的一致性。分度数据如果在每个齿面中没有S曲线，则说明径向跳动误差非常小。

M值测量方面，将两个量柱分别放在齿圈对径或相距最远处的两齿槽内与两侧齿廓紧密接触，再按被测齿轮的精度等级选择适当的仪器，如通用的千分尺、测长机等。通常选择杠杆千分尺测量。测量方法是：根据图纸的尺寸，选择与之相对应的量块，通过比较测量的方法来测量M 值。在选择量块时要注意量块的修正值。测长机的测量方法与杠杆千分尺测量方法类似。

四、齿轮齿廓总偏差测量不确定度分析

依据 JJG1008-2006《标准齿轮检定规程》，用齿轮测量仪直接进行测量。测量重复性引起的不确定u1，测量的过程重复十次，得到一系列测量数据，对之计算得到u1=0.26μm。

考虑到室温不均衡及温度计读数偏差，可能导致偏离标准温度0.2℃，视其为均匀分布，则对应的u2=0.049μm。

齿轮测量仪示值误差引起的不确定度u3，可根据齿轮测量仪最大允许示值误差来评定，齿轮测量仪最大允许示值误差为1μm左右，这使测量得到的数据结果带有误差，按0.2μm估算，按平均分布。

在用不确定度对测量数据进行处理的过程中，如何使相对不确定度的取值更为科学合理，对测量人员的专业水平提出了更高的要求。这就要求测量人员不但专业知识要过硬，而且业务素质要强，在平时的工作中要把握全局，关注细节，积累丰富的经验，这些都是做好测量工作的宝贵财富。

【参考文献】

[1]雷亚娟，王向阳；浅谈渐开线花键的检测方法的应用[J]；汽车实用技术；2014年第5期

[2]陆秋龙；基于SolidWorks与PC-DMIS的渐开线花键棒间距测量方法及应用[J]；机械传动；2017年第2期