镶嵌在国徽上的齿轮是工业的象征，在信息化时代仍具有不可替代性。齿轮的质量往往直接决定装备的运行性能、服役寿命、安全性和可靠性。历经几次工业革命，对齿轮的需求越来越大，对其要求也越来越高。目前齿轮正朝高精度、高功率密度、高可靠性、高效率、长寿命、低噪声等方向发展，基于齿轮测量的齿轮评价与工艺分析则是保证齿轮质量的主要途径。齿轮形状复杂，表征其质量的参数众多。20世纪70年代前，为测量齿轮的繁多参数，世界上研发了齿轮齿形、齿向、齿距、单啮、双啮等10多种仪器。测量一个齿轮需要多台仪器，带来了测量效率低、项目测量精度不一致等诸多问题。年是齿轮测量技术的转折点。齿轮整体误差测量技术和齿轮测量机(中心)的出现解决了齿轮测量领域的一个难题，即在一台仪器上快速获取齿轮的全部误差信息。这两项技术虽然都基于现代光、机、电、计算机等技术，但走上了不同的技术路线。以黄潼年先生为主的我国科技工作者于年在世界上首创了齿轮整体误差测量技术，实现了在同一台仪器上快速获取齿轮的全部综合和单项误差信息。经过后续20多年的发展，齿轮整体误差测量技术已成为较系统的齿轮整体误差理论。它主要包括3方面内容:齿轮整体误差概念及其分析方法、齿轮整体误差的获取方法和齿轮整体误差应用。我国曾生产了多台各式齿轮整体误差测量仪器，并出口到其它国家。齿轮整体误差技术是20世纪80年代以前中国机械领域的三大原始创新成果之一，得到世界公认。其中锥齿轮整体误差测量技术的专利年卖给了德国的Klinglnberg公司，实现了新中国机械工程领域的首项高技术出口。与此同时，自年数控齿轮测量中心首次出现以来，由于其具有测量精度高、功能全面、通用性强等特点，基于坐标测量法的齿轮测量中心逐渐成为齿轮测量仪器的主要潮流。
尤其是21世纪以来，CNC齿轮测量中心的应用趋于广泛，齿轮整体误差测量仪器的市场受到挤压。同时，由于齿轮整体误差测量技术本身有一些核心问题长期没有得到彻底解决，齿轮整体误差测量的发展和应用在近20多年进入瓶颈期。随着目前新技术条件的出现，齿轮整体误差测量技术及其应用中的一些传统难题基于全新的解决方案已经得以解决，齿轮整体误差测量原理固有的“效率高、信息全”的优势更加突出，因此这项技术在基于快速测量的齿轮高效配对等领域有着广阔的发展和应用前景。如何发挥优势、弥补不足，让中国首创的齿轮整体误差测量技术重放光彩是摆在中国齿轮行业科技人员面前的重要课题。本文综述了齿轮整体误差测量技术的基本原理、发展历程和研究现状，分析了整体误差基础理论方面存在的难点和核心问题，并给出可行的解决途径、突破方向和未来的研究趋势，为齿轮整体误差测量技术及理论的研究发展提供参考和依据。
02发展历程齿轮整体误差测量原理：齿轮整体误差测量技术独创性的提出了特殊的标准元件“跳牙”蜗杆。跳牙蜗杆本质上是双头或三头蜗杆，保留其中一个头作为“测量头”，而把其他的齿面都减薄，这样就实现了重合度小于1的“间齿单啮”测量，可以获得传统的单啮测量无法获得的齿面误差信息(图1、图2)。测量时，跳牙蜗杆带动被测齿轮旋转，在跳牙蜗杆和被测齿轮的轴线上都装有圆光栅，跳牙蜗杆旋转一周，就得到一个整体误差单元曲线。被测齿轮旋转两到三周，就可以得到一条截面整体误差曲线。从齿轮整体误差曲线可以得到被测齿轮的各种单项误差和综合误差。
图1普通蜗杆得到的传动误差曲线
图2跳牙蜗杆得到的传动误差曲线(即GIE曲线)
齿轮整体误差测量仪器：齿轮整体误差测量方法的应用，解决了单面啮合法测不出全齿形的难题(图1)，使单面啮合测量仪从只能测出运动误差曲线一跃而能测出整体误差曲线，从而成为一种应用范围更广的齿轮仪器。国内出现最早的齿轮整体误差测量仪器是年代北京量具刃具厂生产的CDG型蜗杆式光栅单啮仪，可测出截面整体误差曲线。从一条截面整体误差曲线仅能获得齿轮一个截面上的误差信息，这对于宽齿轮和斜齿轮仍然是不够的。因此年成都工具所开发了一次测出全齿宽整体误差曲线的“齿轮单面啮合整体误差测量仪”，这种仪器增加了标准蜗杆沿齿轮轴向精密移动的机构。用这种仪器可以测得四种不同用途的整体误差曲线:截面整体误差曲线、全齿宽整体误差曲线、双向截面整体误差曲线和双向全齿宽整体误差曲线。在这些曲线上不但可以得到所有误差项目的误差值，还可以清楚地看到各种误差的变化状况、误差之间的定量关系、各种误差与传动质量的关系以及不同切齿工艺误差的特殊规律。国内使用最多的整体误差测量仪器是成都工具所年代末开始生产的CZ型齿轮整体误差测量仪(图3)，采用计算机处理测量数据，曾是年代我国齿轮测量的主导仪器。成都工具所还开发了能测量锥齿轮整体误差曲线的CSZ型锥齿轮整体误差测量仪。成都工具所和北京量具刃具厂一共生产了多台蜗杆式整体误差测量仪器。蜗杆式单面啮合间齿测量仪器目前仍是整体误差测量仪器的主流。
图3齿轮整体误差测量仪CZ
年，成都工具研究所研发了一种基于差动式啮合滚动点扫描的微小齿轮测量新技术，采用双主轴驱动的测量方式，使被测微小齿轮和精密测量元件保持单面啮合传动，可得到微小齿轮的整体误差，并最终实现微小齿轮的单项几何精度和综合传动精度指标的测量。德国Frenco公司于年前后推出了一种基于测量棱线式跳牙齿轮的单面啮合测量仪，可实现齿面拓扑信息测量。Frenco公司还推出了使用薄片式跳牙齿轮作为测量元件的整体误差式测量仪器，其测量元件可沿被测齿轮轴向相对运动，测量被测齿轮多个截面的整体误差曲线。
齿轮整体误差理论：齿轮整体误差测量技术除了发展出各种实用性的新仪器外，在齿轮误差理论方面也取得进展，提出了齿轮整体误差理论。新的误差理论把齿轮所有工作齿面上的误差视为一个整体，并把各齿面点的误差按啮合顺序统一在啮合线上反映，从而与齿轮的传动质量和切齿工艺紧密地联系在一起。这个误差的整体可形象地呈现在整体误差曲线图上。新的整体误差理论借助于齿轮整体误差曲线，阐明和解释了各种齿轮误差的变化规律和相互关系、各种误差产生的原因和对传动质量的影响，在齿轮啮合机理、齿轮误差反映传动质量、齿轮传动质量控制、齿面修形、齿轮各种误差的相互关系和切齿工艺误差分析等多个方面澄清了一系列与齿轮精度有关的问题。齿轮整体误差有几个鲜明的特点:一是反映了齿轮的全部误差信息;二是精确地揭示了齿轮各单项误差的变化规律和彼此间的关系;三是形象地反映了误差齿轮的啮合过程。特别适合齿轮工艺误差分析和动态性能预报。对包含了丰富误差信息并揭示了啮合过程的齿轮整体误差曲线进行剖析，研究与之相关的齿轮副整体误差、齿轮修形、承载变形、振动与噪声、齿轮配对等问题，取得了一系列理论成果并得到具体应用。
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