【正文】 CPU輸出脈沖控制步進電機轉動實現導軌移動，從而使測頭隨齒行方向移動。由于該導軌采用單層導軌，避免采用復合導軌引起的儀器誤差，易于保證精度。片簧與柱銷構成換向機構，用于測量左右齒面。在系統(tǒng)運行開始時，軟件系統(tǒng)的人機對話界面在輸入待測齒輪參數后，系統(tǒng)自動提示可選用的定位球直徑的大小范圍，及已經計算確定的定位臂的長度范圍，選用合適的定位球直徑和定位臂長，系統(tǒng)可以自動的確定定位位置并補償定位誤差。ACCE、 代入，可得 1 139。A 圖 定位球球心相對于齒輪軸心位置圖 則齒間隙為 2siRSSZ??? （式 ） 由公式（ 229）（ 230）（ 231）可得 ()2 t ti tiS R i nv i nvZ R R?? ? ?? ? ? ? （式 ） 由圖 可知 ta n( ) ta n( )2 c os( ) b ti b tibD RR? ? ?? ? ? ? 化簡得 2 c os( ) ( ta n( ( ) ) ta n( ) )2 tb b ti ti t tiiS RD R inv invZ R R?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （式 ） 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 11 圖 測量頭坐標計算的數學模型圖 如圖 所示， A′、 B′分別為兩定位球球心，測量頭在坐標系 xOy 中的位置可由下式表示 ( 39。2c o s ( ) s in ( )s in ( ) c o s ( )0ttx x yy x yz??? ??????? ?? （式 ） 1x 為在 1 1 1xOy 坐標系統(tǒng)的 x 軸分量， 1y 為 y 軸分量。 3 運用該方法易于實現在線測量，并且有利于提高大型齒輪在位測量的精度。 直線基準法 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 5 測量的基本原理是利用測量頭的直線運動軌跡去逼近齒輪漸開線。 直角坐標法測量漸開線齒形的原理是把被測齒形置于給定的直角坐標系中，把測量得到的齒形各點的直角坐標值與其理論坐標比較，經數據處理獲得齒形誤差。另外對于提高檢驗效率，降低勞動強度等方面的要求，在儀器設計中也應有所考慮。有些是固定的，有些是可動的，有些是可調的。例如，在設計高精度的分度裝置，除了應該選擇恰當的信號轉換原理外，軸系實際便是一個關鍵。這些載體的大小、形狀、材料、重量、狀態(tài)等特點都將對測量和跟蹤控制的質量產生重大影響。就具體一臺儀器而言，其所能達到的新功能，所實現的新方法，所反映出的新技術、新理論等，則是儀器總體設計中的創(chuàng)新。伴隨著齒輪制造技術的提高和對其傳動性能、精度、壽命等方面的要求越來越來高，齒輪檢測技術一直在不斷地研究與提高。因此，測控儀器的范疇十分廣泛。 ⑴ 了解被測控參數的特點 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 2 測控儀器的工作任務首先是對被測參數的測量和跟蹤。例如：儀器是在室內還是室外工作；是在計量室內還是車間工作；是在線測量還是離線脫機測量；間斷工作還是連續(xù)工作（以及連續(xù)時間）；儀器工作環(huán)境（環(huán)境溫度變動范圍，濕度及振 動情況，灰塵以及外界干擾）等。 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 3 ⑶ 儀器中的感受轉換部件類型 感受元件是采用接觸式的還是采用非接觸式的，既決定于被測件材料的性質，也與被測參數本身的性質有關。 ⑹ 儀器的使用場合 對于計量室內使用的高精 度儀器，在設計時，應盡量采取措施避免外界條件變化對它的影響，或者設計有消除外界條件變化對測量結果影響的校正環(huán)節(jié)。 大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測的主要方法 齒形誤差的主要測量方法有：直角坐標法、標準漸開線法、直線基準法、極坐標法原理、標準圓弧法 (會田氏法 )、單面嚙合整體測量法。用一直尺與基圓盤相切，當基圓盤旋轉，直尺沿切線方向做無滑動的移動時，直尺與基圓盤的切點相應移動，使直尺上的點 A 相對于基圓盤上的點 A? 形成理論漸開線軌跡。在齒形工作范圍內，用直線作基準在位檢測大齒輪漸開線誤差是完全可行的。 從 1 1 1xOy 到 2 2 2xOy 的變換關系 ( 2 ) ( 1 ) 1txxzR M R A??? （式 ） 1 1 1xOy 中的 1x 軸上的分量投影到 2 2 2xOy 中，由于 1 1 1xOy 坐標系與 2 2 2xOy 坐標系夾角為 t? ，因此可得 39。 12c o s ( ) s in ( ) 0s in ( ) c o s ( ) 00 0 1ttttx xyyzz?????? ? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ??? （式 ） 然后通過平移 1sin ( )cos( )0titiRAR?????????? （式 ） 就可得到接觸點在 2 2 2xOy 的坐標 ( 2 )( s in ( ) c o s ( ) ) c o s ( ) ( c o s ( ) s in ( ) ) s in ( ) s in ( )( s in ( ) c o s ( ) ) s in ( ) ( c o s ( ) s in ( ) ) c o s ( ) c o s ( )0b t i t i t i t b t i t i t i t tx b t i t i t i t b t i t i t i t tR R RR R R R? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?（式 ） 從 2 2 2xOy 坐標系變換關系為 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 8 2( ) ( 2 ) 2xxzR M R A??? （式 ） 顯然 2? 為 0，故變換矩陣為 21 0 00 1 00 0 1zM?????? ???? （式 ） 2 2 2xOy 坐標系再通過平移 2A ， 在 2x 軸方向上向左平移 1 * *sec( )2bd ?， b? 為基圓螺旋角， d 為測量頭直徑。 ) c os( )2tW A C C E Z??? ? ? （式 ） 139。 本儀器是針對齒數為 97，模數為 10 的一類大型齒輪齒形誤差測量而進行的設計。對于鎖緊螺母與半球形墊圈，應避免夾緊時的過定位，保證定位精度，且裝夾方便。步進電機主要考慮到步進角和轉矩，絲桿導軌考慮與步進電機的選擇匹配。 電 感 傳感 器放 大 電路限 幅A / D S 78 0 4光 柵 傳感 器步 進 電 機地 址 譯 碼器驅 動 電路細 分 、 辨 向 、 計數 （ H C T L 2 0 2 0 ）PC 總線顯 示P C鍵 盤打 印 圖 電路原理圖 在齒形誤差測量測控電路 最上路信號是由電感測頭測量位移量經十字片簧和杠桿機構放大、傳遞出來的輸出信號。 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 15 圖 軟件系統(tǒng)結構圖 。由電感傳感器將測量頭傳遞過來的齒形誤差信息轉換成模擬信號，并經過模數轉換器轉換成數字信號，通過 I/O 端口送入2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 14 計算機。每次移動的距離決定了數據采集的精度。為了適合不同齒輪的測量，需要設定不同定位球的大小和測量臂 長度的選擇，這個通過一定的計算公式有軟件部分給出相應的推薦范圍。該測量系統(tǒng)具體是由機械主體、誤差信號提取及處理單元電路、采樣控制信號單元及伺服驅動單元電路四部分組成，整個測控系統(tǒng)以 PC 機為核心在軟件菜單的控制下完成齒形誤差的采集和處理。 c o s ( )2 2 2 2 2c o s ( )2b t ttNcd R R A OZ Z Z Z ZOEZ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ??? （式 ） 39。2 139。 理論漸開線數學模型 測量頭在齒廓上滾動，其軌跡就是理論漸開線齒形的等距漸開線，故 2 1 se c( )2 bAO d ?? （式 ） 圖 測量坐標系 式中， d 為測量頭直徑， b? 為基圓螺旋角。 圖 直線基準法 假設在齒形工作范圍內齒面上任意一點 iM 處的采樣值為 i? ，則 i? 既包括了齒形誤差信息量 iX? ，又包括了測量頭的直線運動軌跡與漸開線之間的原理誤差i? 即 iii XX ???? 。此方法測量齒形，不需要切向運動機構，可以簡化齒輪測量中心的機械結構，但數據處理復雜，兩軸位移非線性，對徑向測量系統(tǒng)的精度及測頭相對于齒 輪軸線的位置精度要求較高，僅適合中等精度齒形的測量。 本次設計中創(chuàng)新點有： ⑴ 原理創(chuàng)新 提出測量齒輪齒形誤差的直線逼近漸開線的原理，測量頭的直線運動，消除了傳統(tǒng)測量儀器采用復合導軌所引起的誤差，保證了精度，并使開發(fā)的儀器結構簡單、測量鏈短、成本降低等。 ⑸ 儀器的通用性 如果要求儀器具有一定的通用性，就應為儀器設計一定的附件和調整環(huán)節(jié)，同時也要考慮各種附件在主機上的裝卸問題，使儀器能適應不同的測量對象。這兩類不同測量方法的儀器，設計時差別很大，它們對信號轉換原理的選擇有不同的考慮，而且在儀器結構布局上也有較大差異。 ⑶ 了解儀器的功能要求 儀器的功能要求包括儀器用途（是靜態(tài)測量還是動態(tài)測量、是開環(huán)測量還是閉環(huán)測控、是一維測量還是多 維測量、是單一參數測量還是多種參數測量）；儀器的檢測效率；儀器的測量范圍；儀器的承載能力；儀器的操作方式（手動、自動、鍵盤、觸摸屏）；測量結果的顯示方式（儀表、數字、圖象、記錄、打印等）；儀器的自動診斷要求；儀器的自動保護要求以及儀器的外輪廓尺寸與自重要求等。這一工作的目的是要弄清楚設計任務對儀器設計提出的要求和限制，以便所設計的儀器能實現和滿足設計任務提出的各項指標和要求。 2020 級測控技術與儀器 專業(yè)綜合課程設計 1 2 總體設計 引言 儀器總體設計，是指在進行儀器具體設計以前，從儀器自身的功能、技術指標、檢測與控制系統(tǒng)框架及儀器應用的環(huán)境和條件等總體角度出發(fā)，對儀器設計中的全局問題進行全面的設想和規(guī)劃。 關鍵字 ：大型齒輪 齒形誤差 直線基準法 在位檢測 定位 2020 級測控技術與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設計 II 目錄 摘要 ............................................................................................................................ I 目錄 ........................................................................................................................... II 1 專業(yè)綜合課程設計設計任務書 ......................