【正文】 （ 416） 測桿的長度： 35lb?? ，取測桿伸出長度為 40mm 測桿與杠桿的固定選用 GB/T6170 型螺母， GB/T 型墊 圈緊固 故測桿的總長度為： ???? mlL （ 417） 取 L=50mm，其中， m—螺母墊圈的厚度， ? —杠桿的厚度 ③ 測頭接觸變性分析 測頭測端與被測件之間由于測量力引起的接觸變形對瞄準(zhǔn)精度影響很大，其大小根據(jù)接觸情況可按公式進(jìn)行理論計算： 2 2312110 .7 6 PR E E? ? （ + ） （ 418） 式中， P 為測量力， R 為測量球半徑； 12EE、 為測頭與齒輪材料的彈性模量。因此，傳動比是一個變量。 ④ 強度校核 m a x m a x//M W P l W? ?? （ 45） 其中，對于矩形截面， 6/2bhW? P 為受力點最大力，根據(jù)電感傳感器測量力范圍，取 P= 帶入數(shù)據(jù)計算得： 2m a x m a x / / 2 .1 7 / [ ]wM W P l W N m m??? ? ? ? （ 46） ⑤ 片簧固定端設(shè)計 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 23 片簧采用螺釘固定，緊固螺釘用 開槽圓柱頭螺釘 8465/ ?MTGB ，其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 。儀器和儀表中圖 杠桿結(jié)構(gòu)圖 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 22 采用的片簧，通常是在載荷及位移不大的情況下使用。其成本低，鑄造性好，可制成形狀較復(fù)雜的零件，但不宜承受較大沖擊的載荷。 機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計分為幾個大的部分 :誤差傳遞機(jī)構(gòu)的設(shè)計，導(dǎo)軌和絲桿的設(shè)計，基座和箱體的設(shè)計，步進(jìn)電機(jī)和光柵、電感傳感器的固定裝置的設(shè)計。各種不同類型的機(jī)器，具有不同的形式、構(gòu)造和用途，就其 組成而言，都是由各種機(jī)構(gòu)組合而成，而機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組成的。 誤差分配 誤差分析 機(jī)械子系統(tǒng)方面主要有 ：設(shè)計原理誤差，測頭因壓力產(chǎn)生的變形誤差，誤差傳遞機(jī)構(gòu)的制造誤差，定位球定位及磨損誤差，導(dǎo)軌直線運動產(chǎn)生的偏移誤差，測頭傳遞機(jī)構(gòu)誤差，光柵傳感器安裝誤差，電機(jī)和電感傳感器 的安裝誤差。造型設(shè)計也是具有使用功能的設(shè)計，造型中所采用結(jié)構(gòu)、材料和工藝要符合經(jīng)濟(jì)原則。 采用雙 V 型密珠滾動導(dǎo)軌，其運動靈敏度較高，并具有較高的導(dǎo)向精度。在杠桿機(jī)構(gòu)中，利用十字片簧機(jī)構(gòu)可使測量頭與實際齒形機(jī)密貼合。A 的移動靠微分筒的絲桿驅(qū)動并帶有鎖緊機(jī)構(gòu)，定位球 39。 測控儀器系統(tǒng)的設(shè)計 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀設(shè)計，是光、機(jī)、電、算一體化的有機(jī)結(jié)合。 精度匹配原則 精度匹配原則是在對儀器精度分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)儀器中各部分環(huán)節(jié)對儀器精度的影響程度不同，分別對各部分環(huán)節(jié)提出不同的 精度要求和恰當(dāng)?shù)木确峙?。所以從總體上看，該儀器是符合阿貝原則的。如圖（ ）所示，齒形誤差為： c o s( )ifi ti txf ????? ? （ 229） 測控儀器設(shè)計原則的考慮 阿貝原則 對于線值尺寸測量儀器的設(shè)計， 1890 年阿貝提出了一條指導(dǎo)性原則，其指出，為使測量儀能給出正確測量結(jié)果，必須將儀器的讀數(shù)刻線尺安放在被測尺寸線的延長線上，遵守阿貝原則，則可消除一次誤差。 c o s2 2 2 2 2 2c o s( )2cb t ttND R c tg R A OZ Z Z ZOEZ?? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ? ??? 1 s e c ( )22btD c tg Z????? 圖 定位位置示意圖 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 11 （ 226） 39。D 、 ti? 均未知，當(dāng)已知 39。 在 1? 中，漸開線任意一點 iM 的失徑 (1)xR 為： b ti ti ti( 1 )b ti ti tiR ( si n c os )R R ( c os si n )0? ? ?? ? ??????????? （ 211） 式中： bR 為基圓半徑， ti? 為齒廓上 iM 處的端面齒形展開角。 在大齒輪的測量中，理論漸開線軌跡不容易復(fù)現(xiàn)，這給測量帶來很大的不確定性。當(dāng)給定一個 iy 時，圓弧的水平坐標(biāo)為： 22i f f ixy??? ? ? （ 28） i? 為測量數(shù)據(jù)的原理誤差，被測齒廓的齒形誤差測量步驟如下： ① 計算出理論齒形上的各點對圓弧的理論偏差值 i? ② 測出實際齒形上各點對圓弧的偏差 39。測量時，被測齒輪不動，測頭在垂直網(wǎng)轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)對齒廓作 XY? 直角坐標(biāo)測量，將測得值與理論值 按坐標(biāo)位置進(jìn)行比較。) c o sK b K K KK b K b K KXrY r r? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ?? （ 23） ③ 矢量參數(shù)方程 如圖 中直線 OK 為漸開線的矢徑 kr ，漸開線的矢量參數(shù)方程為： ( c o s s i n ) ( s i n c o s )k b K K K b K K Kr r i r j? ? ? ? ? ?? ? ? ? （ 24） ④ 法線極坐標(biāo)方程 漸開線上各點曲率半徑的計算式為： 1brK????， K 為漸開線上各點的曲率，習(xí)慣上又稱 ? 為漸開線上各點的長度。 漸開線的形狀取決于基圓的大小。 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 2 2 總體設(shè)計 總體說明 隨著大齒輪在船舶、冶金、采礦、發(fā)電等設(shè)備以及在宇宙探索、空間追蹤、火箭及導(dǎo)彈發(fā)射等方面的廣泛應(yīng)用，對大齒輪的精度要求越來越高。 周海洋：電感傳感器工作原理、電感測頭功能與選擇、信號放大電路設(shè)計、電平平移電路設(shè)計、限幅電路設(shè)計、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片選擇和設(shè)計、總電路原理圖繪制、精度分析、編寫報告。 本文介紹一種基于采用測量頭直線運動軌跡做基準(zhǔn)在位測量大齒輪漸開線齒形誤差方法，采用機(jī)械、光電、計算機(jī)一體化設(shè)計的一種儀器。伴隨著齒輪制造技術(shù)的提高和對其傳動性能、精度、壽命等方面的要求越來越高，齒輪檢測技術(shù)一直在不斷的研究和提高。 4 電氣子系統(tǒng)設(shè)計：電氣小組完成 蔣 波：總體設(shè)計模塊流程圖，光柵位移傳感器原理及選擇、信號處理電路設(shè)計、細(xì)分判向、采樣及正反計數(shù)電路設(shè)計、總電路原理圖繪制、 PCB 板制作、精度分析、編寫報告。測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 1 1 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 ： largescale gears’involute profile error measuring machine with a straight line basis(大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀 ) 設(shè)計要求： ① 設(shè)計大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀器，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小，測量鏈短； ② 被測齒輪參數(shù) ：模數(shù) 8?nm ,齒數(shù) 90Z? ,精度 4 級及其以下； ③ 實現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)的自動采集、處理、存儲、顯示、打印輸出專業(yè)綜合課程設(shè)計檢測參數(shù)； ④ 齒形誤差。該圓稱為漸開線的基圓，其半徑用 br 表示；直線 NK 稱為漸開線的發(fā)生線，角 k? 稱為漸開線 AK 段的展角。) s ins in ( 39。 直角坐標(biāo)法 直角坐標(biāo)法以一基圓中心 O為坐標(biāo)原點，測頭位于被測齒形的基圓處。 xk k? Rb yk x y 圖 圓弧基準(zhǔn)法 圖 直角坐標(biāo)法 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 6 ? ?2 22f i i fxy??? ? ? （ 27） 式中 f? 為被測齒輪分度圓上齒 面的曲率半徑。若測微儀的測端相對于切點，當(dāng)被測齒形與測端接觸時，就可以使實際齒形與理論漸開線軌跡進(jìn)行比較，從而測得誤差 ff? 。 理論漸開線數(shù)學(xué)模型 如圖 所示，在坐標(biāo)系 ? 中的理論漸開線為齒輪端截面內(nèi)的漸開線，虛線表示測量頭球心 的 A 的軌跡，這是理論漸開線齒形的等距漸開線，故 2 1 sec2 bAO D ?? （ 210） 式中 D 為測量頭直徑， b? 為基圓螺旋角。 方程（ 223）中 39。 )c i icixy O E A F L A?????? ? ? ? ??? （ 225） 在圖 中有： 11 se c c sc ( ) si n ( ) c o s 39。 依據(jù)齒形誤差的定義，漸開線齒形誤差應(yīng)在齒輪端截面內(nèi)齒廓法線方向進(jìn)行測量，因此應(yīng)對包含齒形誤差信息的量 ix? 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而指示光柵和標(biāo)尺光柵的距離又很接近，其誤差可以忽 略不計。 在本儀器中，建立了三個坐標(biāo)系，通過標(biāo)準(zhǔn)漸開線的數(shù)學(xué)模型、測量頭的移動、定位球的定位精度等相關(guān)計算最后將坐標(biāo)統(tǒng)一到 XOY 中，從而避免了附加誤差。 使用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)化模塊。定位球 39。 圖 儀器的整體外形 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 14 ③ 位移的測量 X 方向即齒形誤差信號由測量頭測量，經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)將齒形誤差信號放大，由電感傳感器進(jìn)行測量。步進(jìn)電機(jī)主要考慮到步進(jìn)角和轉(zhuǎn)矩，絲桿導(dǎo)軌考慮與步進(jìn)電機(jī)的選擇匹配。軟件系統(tǒng)主模塊框圖如圖 所圖 Y 方向?qū)к壗孛鎴D 圖 測控系統(tǒng)硬件電路原理框圖 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 16 示： 測控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定 被測齒輪參數(shù) 表 漸開線圓柱齒輪特性表 序號 名稱 代號 數(shù)值 1 齒數(shù) z 90 2 模數(shù) nm 8 3 螺旋角 ? 0 4 齒形角 n? ?20 5 齒頂高 ah ah =8 6 齒根高 fh ???fh 7 全齒高 h ???h 8 頂隙 C C= ? 8=2 9 分度圓直徑 d mmzmd t 720908* ???? 10 齒頂圓直徑 ad mmhzmhdd ataa 73682720)2(2 *1 ???????? 11 齒根圓直徑 fd mmhdd ff 7001027202 ?????? 12 基圓直徑 bd mmdd b o s960c o s ???? ?? 13 齒距 p * ???? tmp ? 14 齒厚 ts mmms tt * ?? ? 15 齒間寬 te mmse tt ?? 測頭在 x 方向的行程 根據(jù)被測齒輪參數(shù) 90?Z 8nM mm? 精度 8 級，查機(jī)械手冊得到該齒輪的齒形 主菜單 初始參數(shù)輸入及計算 定位球直徑計算及 選擇 計算原理誤差及調(diào)整 測量范圍與采樣次數(shù) 數(shù)據(jù)采集與處理 返回主菜單 步進(jìn)電機(jī)控制 圖形繪制及結(jié)果顯示 圖 軟件系統(tǒng)主模塊框圖 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 17 誤差