齿轮是应用最为广泛的关键基础件,作为工业的象征镶嵌在国徽上。齿轮质量直接影响主机各项性能指标,齿轮测量和评价是保证齿轮质量的主要途径。汽车齿轮在我国齿轮产业中占据着最为重要的经济地位,大量汽车齿轮的在线快速检测是亟待解决的关键问题。我国首创的齿轮整体误差测量技术具有效率高、信息全的特点,特别适用于批量生产汽车齿轮的在线快速检测,但其基础理论中一些关键问题没有解决,影响了该技术的推广和应用。本文通过理论创新,解决了齿轮整体误差理论单元曲线的精确计算、整体误差曲线上齿廓评定区域的自动精确找定、整体误差测量中异点接触误差的修正和整体误差测量信息的充分利用等关键问题,为齿轮整体误差测量技术在汽车齿轮快速测量领域的成功应用提供了有力支撑。针对上述四项创新分别开展了有针对性的实验,实验结果验证了所提方法和理论的正确性、有效性和实用性。集成了上述四项创新成果的齿轮整体误差数据处理软件已在汽车齿轮在线快速测量系统中得到现场成功应用。本文主要研究内容如下:(1)提出计算整体误差理论单元曲线的新方法。该方法建立了渐开线蜗杆和螺旋齿轮齿面的特殊数学模型,引入二维平面内的最小值优化算法替代了基于啮合原理的隐式微分方程组的求解,只用一组统一的公式就可获得包括啮入阶段、渐开线啮合段和啮出阶段的整体误差理论单元曲线。即使在被测齿轮有安装误差及齿面存在拓扑修形的条件下,该方法仍然适用。该方法很好地解决了渐开线蜗杆与螺旋齿轮空间啮合条件下整体误差理论单元曲线的精确获取问题,满足了整体误差测量技术的需要。(2)提出齿轮整体误差曲线上齿廓评定区域的新确定方法。新方法相对于传统方法有三点重要改进,其中最为关键的是提出应当区分整体误差单元曲线上不同阶段数据的可信度,在此基础上进一步提出应当以啮出阶段数据作为确定齿廓评定区域的主要依据。为验证新方法的正确性和有效性,进行了标准齿轮和产品齿轮在不同转速下的测量实验,对比分析了由三种不同方法获取的齿廓评价区域单元起点位置的一致性;实验数据表明新方法得到的单元起点位置一致性最好,可满足汽车齿轮快速测量的需要,尤其在测量产品齿轮时,新方法显著优于传统方法。(3)提出齿轮整体误差测量中异点接触误差定义及其修正方法。通过对齿轮整体误差测量中异点接触现象的分析,提出了异点接触误差的定义和计算方法,辨析了异点接触误差和曲率干涉误差在本质上的不同之处,提出了基于准形态学滤波的异点接触误差修正方法,并进行了异点接触误差修正的仿真实验和实际整体误差测量结果的异点接触误差修正实验。理论分析和实验表明,修正后的整体误差测量结果更加接近实际被测齿廓的真实形状,应用本方法修正异点接触误差的效果显著,可提高整体误差式齿轮量仪的测量精度。(4)提出基于全信息的齿轮精度评价体系。提出了齿面误差的三维模型、基于齿面误差三维模型的特征数据集定义方法和基于统计的评价指标计算方法,并选取有代表性的指标建立了新的齿轮精度评价指标系统,以上内容共同组成基于全信息的齿轮精度评价体系。仿真和实测实验表明新评价体系可充分利用齿轮整体误差测量数据,对测量误差不敏感,能真实完整地反映齿轮性能,有利于分析齿轮加工误差来源,有利于评价工艺系统稳定性,特别适用于汽车齿轮的在线高速测量。(5)设计齿轮整体误差数据处理软件并应用。在解决整体误差理论单元曲线计算、齿廓评定区域自动找定、以及异点接触误差修正等关键问题的基础上,结合基于全信息的齿轮精度评价体系,开发了齿轮整体误差数据处理软件。该软件提供了一种通用的齿轮整体误差测量数据处理方法,增加了基于整体误差测量的齿轮精度评价结果的一致性和可靠性。该软件集成了本文提出的各种理论和方法,已在汽车齿轮在线快速测量机上得到成功应用。