单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析

李学艺; 吴宗坤; 牛兴旺; 张振航; 杨通

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.007

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单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析

结构设计与参数优化 | 更新时间：2026-05-27

- 单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析
- Analysis on inverse method for design parameters of involute spur gears with unilateral tooth profile wear
- 机械传动 2026年50卷第3期页码：53-60
- 作者机构：
  
  山东科技大学机械电子工程学院，青岛 266590
- 作者简介：
  
  李学艺，男，1972年生，湖北巴东人，博士，教授；主要研究方向为CAD/CAM、机械传动；lixueyi07@tsinghua.org.cn。
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.007
  中图分类号： TH132.413
- 收稿：2024-12-07，
  
  修回：2025-02-11，
  
  纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
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李学艺，吴宗坤，牛兴旺，等. 单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析［J］. 机械传动，2026，50（3）：53-60.

LI Xueyi，WU Zongkun，NIU Xingwang，et al. Analysis on inverse method for design parameters of involute spur gears with unilateral tooth profile wear［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：53-60.
李学艺，吴宗坤，牛兴旺，等. 单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析［J］. 机械传动，2026，50（3）：53-60. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.007.

LI Xueyi，WU Zongkun，NIU Xingwang，et al. Analysis on inverse method for design parameters of involute spur gears with unilateral tooth profile wear［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：53-60. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.007.

摘要

目的

进口设备和老旧设备中的传动齿轮磨损失效后，因缺乏原始设计资料往往无法修复和更换，导致整个设备提前报废。为此，提出一种基于视觉检测的单侧齿廓磨损渐开线直齿轮设计参数反求方法。

方法

首先，采用高精度视觉检测系统获取齿轮的端面齿廓图像，基于齿轮结构原理有效提取并分割齿廓特征点列；然后，利用渐开线齿廓的几何特性对磨损齿廓进行有效识别，并用未磨损侧标准齿廓对磨损齿廓进行重构，获得原始设计齿廓；最后，利用重构渐开线直齿轮齿廓的结构尺寸求解出齿轮的设计参数。

结果

试验结果表明，采用所提方法求得的齿轮模数、压力角与理论值一致，变位系数及其他基本参数的绝对误差均小于0.035 mm，满足制造精度的要求。此外，所提方法具有无接触、操作简便、检测结果稳定、受齿轮磨损程度影响小的优势。

Abstract

Objective

The failure of transmission gears in imported and aged equipment due to tooth flank wear often leads to premature scrapping of the entire machine

as original design data is frequently unavailable for repair or replacement. To address this issue

a method for reverse-engineering the design parameters of involute spur gears with unilateral tooth flank wear based on visual inspection was proposed.

Methods

Firstly

a high-precision visual inspection system was used to obtain the end face tooth profile images of the gear. Based on the principle of the gear structure

the tooth profile feature point sequences were effectively extracted and segmented. Then

the geometric characteristics of the involute tooth flank were utilized to accurately identify the worn tooth flank

which was then reconstructed using the standard tooth flank from the unworn side to obtain the original design tooth flank. Finally

the design parameters of the gear were solved by using the structural dimensions of the reconstructed involute spur gear tooth profile.

Results

The test results show that the gear modulus and pressure angle obtained by the proposed method are consistent with the theoretical values

and the absolute errors of the profile shift coefficient and other basic parameters are all less than 0.035 mm

meeting the requirements of manufacturing precision. In addition

the proposed method has the advantages of non-contact

simple operation

stable detection results

and being less affected by the degree of gear wear.

关键词

Keywords

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