【正文】 過光電子系統(tǒng)對(duì)光柵位移傳感器的條紋計(jì)數(shù)來控制 Y 方向上恒定的位移，從而實(shí)現(xiàn)等距離的數(shù)據(jù)采集。 圖 定位球安裝調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu) 圖 誤差信號(hào)傳遞機(jī)構(gòu) 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 15 電氣子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 測(cè)控系統(tǒng)硬件電路原理如圖 所示，由電感傳感器將測(cè)量頭傳遞過來的齒形誤差信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過 I/O 端口送入計(jì)算機(jī)。用戶操作簡(jiǎn)單，并實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量。對(duì)于系統(tǒng)誤差要進(jìn)行補(bǔ)償，余下的隨機(jī)誤差按加權(quán)作用原則進(jìn)行分配。因此機(jī)械子系統(tǒng)是基礎(chǔ)，也是很關(guān)鍵的一步，它的精度直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的精度范圍。 杠桿的 設(shè)計(jì) 由于齒形誤差較小，找到微小的力傳感器較難且價(jià)格敖貴，又加上直接測(cè)量產(chǎn)生的誤差很大，影響測(cè)量精度，所以通過杠桿把齒形誤差放大，然后再由傳感器測(cè)量。 位槽與保持架用兩顆開槽圓柱頭螺釘 8367/ ?MTGB 緊固。 根據(jù)結(jié)構(gòu)定 L=20mm，估計(jì) P=1N， ? =3mm，查表可知 2/80~72 mmkgb ?? ，24 / mmkgE ?? ，取 u =10。 本系統(tǒng)中 片簧與柱銷構(gòu)成換向機(jī)構(gòu)，用于測(cè)量左右齒面。選的過長(zhǎng)會(huì)把合格品當(dāng)成廢品，選的過短，就有可能把廢品當(dāng)成合格品，從而影響齒輪的使用質(zhì)量。被測(cè)齒輪模數(shù) m=8， 齒數(shù) z=90，分度圓壓力角 20??? ， b 0??? ，側(cè)頭從基圓開始測(cè)量，有效齒形誤差的起點(diǎn)（按齒條齒合計(jì)算）： mmzmmmza 0 7)9 2 8 (8)9 2 8 (s i n/t a n)2/(39。片簧的一端固定在機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)件上，另一端固定在機(jī)構(gòu)的固定件上。 計(jì) 算22 / 2516m a x mmkgb ?????? 。彈簧中徑設(shè)定為 4mm，其參數(shù)見表 ，固定螺釘選用開槽圓柱頭螺釘8367/ ?MTGB 。 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 20 取 6L =90mm ， 2L =110mm ， 3L =30mm ，則有： mmmmmmLLA 70403043 ????? （ 41） mmmmmmLLL 98890561 ????? （ 42） 由圖 所示： in)45s in( 53262 ????? ??LLLLA （ 43） 由此可知杠桿的放大比： 1 5 ??? AAs （ 44） 考慮裝配和美觀，將取 mmL 407 ? 。測(cè)量頭沿 Y 軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，并始終與齒面接觸。各子系統(tǒng)權(quán)重：機(jī) 械子系統(tǒng)：；光電子系統(tǒng)： ；軟件子系統(tǒng)： 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，被測(cè)齒輪參數(shù)：模數(shù) 8?nm ，齒數(shù) 90?Z ，精度 4 級(jí)及其以下。 電 感傳 感器跟 隨放 大電 平平 移限 幅采 樣A / D 轉(zhuǎn)換正 向計(jì) 數(shù)C R T 顯 示光 柵位 移傳 感器 信 號(hào)處 理4 細(xì) 分及 判向采 樣控 制中 斷觸 發(fā)PCI總線反 相計(jì) 數(shù)電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 電 路地 址譯 碼步 進(jìn) 電 機(jī)鍵 盤打 印D A T AS T S 軟件子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵，采用模塊化結(jié)構(gòu)，首先通過參數(shù)初始化及計(jì)算求出定位球直徑的范圍，再經(jīng)過定位球直徑的選擇，通過 I/O 端口采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終將齒輪齒形誤差顯示在窗口上。在該方向上的運(yùn)動(dòng)靠步進(jìn)電機(jī)控制絲桿導(dǎo)軌，因此涉及到步進(jìn)電機(jī)的選擇和導(dǎo)軌的選擇。定位球安裝調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu)，如圖 所示。B 來實(shí)現(xiàn)高精度的定位。 合理的調(diào)整環(huán)節(jié)，降低儀器零部件的精度 要求，達(dá)到降低儀器成本的目的，提高儀器的使用壽命，主要從機(jī)測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 13 械零部件中易損系統(tǒng)采用更合理的結(jié)構(gòu)型式和對(duì)電氣元件進(jìn)行老化篩選。 坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 坐標(biāo)系基準(zhǔn)統(tǒng)一對(duì)儀器群體之間位置相互依賴關(guān)系來說，是所設(shè)計(jì)儀器的子坐標(biāo)系在主坐標(biāo)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換關(guān)系與實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的方法，即坐標(biāo)系基準(zhǔn)統(tǒng)一。在 Y 方向上標(biāo)尺光柵和測(cè)量線在一條直線上，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌為雙 V 形滾珠導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)的靈敏度較高，導(dǎo)軌的角運(yùn)動(dòng)極小，可以認(rèn)為是符合阿貝原則的。當(dāng) eii yy? 時(shí)，將 ix 與 eix 代入式（ 29），即可得到 iM 點(diǎn)的齒形誤差信息 ix? 。B 分別為兩定位球球心，測(cè)量頭在坐標(biāo)系（ O—x, y）中的位置可由下式表示： ( 39。D 為定位球直徑。假設(shè)在齒形工作范圍內(nèi)齒面上任意一點(diǎn) iM 處的采樣值為 i? ，則 i? 既包括了齒形誤差信息量 ix? ，又包含了測(cè)量頭的直線運(yùn)動(dòng)軌跡與漸開線之間的原理誤差 ix ，即 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 7 i i ixx? ? ?? （ 29） 坐標(biāo)系的建立 為了研究問題方便，建立了圖 所示的 3 個(gè)坐標(biāo)系： 1 1 1 1 1( , , )o x y z?? ：其原點(diǎn) 1o 為被測(cè)齒輪的軸心，其 1y 軸為 1o 點(diǎn)與漸開線發(fā)生點(diǎn)的連線； 2 2 2 2 2( , , )o x y z?? ：其原點(diǎn) 2o 為齒廓上的某點(diǎn)（此點(diǎn)由優(yōu)化得到，暫定為分度圓上的圖 三個(gè)坐標(biāo)系 圖 測(cè)量原理圖 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 8 點(diǎn)），其 2y 軸為在該點(diǎn)處齒廓的切線 ； ( , , )o x y z?? ：其原點(diǎn) o 為通過測(cè)量頭球心 A（ A 點(diǎn)位于 x2 軸上）同 2y 軸平行的直線與被測(cè)齒中線的交點(diǎn)，顯然 y 軸平行 2y 軸。用一直尺與基圓相切，當(dāng)基圓盤旋轉(zhuǎn)，直尺沿切線方向做無滑動(dòng)的移動(dòng)時(shí)，直尺與基圓盤的切點(diǎn)相應(yīng)移動(dòng)，使 直尺上的點(diǎn) A 相對(duì)于基圓盤上的點(diǎn) A? 形成理論漸開線軌跡。 圓弧基準(zhǔn)法 圓弧基準(zhǔn)法，是借助測(cè)量頭的圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡來代替理論漸開線進(jìn)行測(cè)量，圓弧中心一般選為齒面節(jié)點(diǎn)的曲率中心，圓弧半徑為節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑。根據(jù)以下所述齒形誤差的集中測(cè)量方法，綜合考慮各方面的影響因素：大 型齒輪漸開線輪廓接近直線，在測(cè)量范圍內(nèi)原理誤差不大，有利于實(shí)現(xiàn)測(cè)量原理；隨著齒數(shù)和模數(shù)增大，其原理誤差變化不大，故該測(cè)量原理適用范圍廣，具有現(xiàn)實(shí)意義；運(yùn)用該方法易于實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，最終采用直線基準(zhǔn)法作為本次設(shè)計(jì)儀器的工作原理。k 所展開的漸開線，其方程為： c o s ( 39。 基本概念 漸開線的形成及其性質(zhì) 如圖 所示，當(dāng)一直線 NK 沿一圓周作純滾動(dòng)，則直線上任一點(diǎn) K 的軌跡 AK稱為該圓的漸開線。 6 完成情況 根據(jù)分工的項(xiàng)目，組員均順利完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械精度分析：譚艾英、王語詩、徐文韜。 20xx 年 12 月第一稿 20xx 年 12 月修改 20xx 年 12 月第二次修改 20xx 年 1 月第三次修改 20xx 年 1 月第四次修改 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 3 摘 要 齒輪檢測(cè)技術(shù)在齒輪制造中占有重要地位，沒有先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和儀器，不可能制造出性能優(yōu)良、高質(zhì)量、高精度的齒輪。簡(jiǎn)要敘述了測(cè)量系統(tǒng)的原理、各部分組件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及精度分析。 李騰飛：步進(jìn)電機(jī)原理及選擇、控制電路與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、 PCI 總線的設(shè)計(jì)、 PCI總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、電路圖原理圖相應(yīng)模塊設(shè)計(jì)、編寫報(bào)告。迫切需要開發(fā)一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用方便、精度穩(wěn)定可靠且能在 車間使用的大齒輪在位檢測(cè)儀器。因漸開線 是從基圓開始向外展開，故基圓以內(nèi)無漸開線。展開長(zhǎng)度常用 L 表示，則 bLr?? （ 25） 齒形誤差的定義 根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn) JB17983 規(guī)定，齒形誤差 ff? 的定義是：在端截面上，齒形工作部分內(nèi)（齒頂?shù)估獠糠殖猓┌輰?shí)際齒形的兩條最近的設(shè)計(jì)齒形間的法向距離。將各點(diǎn)的差值進(jìn)行分析比較或繪出齒廓偏差曲線，按齒廓總偏差定義評(píng)定齒廓總偏差。i? ③ 將 39。 直線基準(zhǔn)法 直線基準(zhǔn)法，是先計(jì)算出理論漸開線齒形相對(duì)于基準(zhǔn)直線的理論差值，然后測(cè)出實(shí)際齒形上各點(diǎn)對(duì) 基準(zhǔn)直線的差值，兩者之差即為齒形誤差。 由 1? 到 2? 的變換關(guān)系為： 1( 2 ) ( 1 ) 1zR M R A????? ? ? （ 212） 由圖 可知， 1 t??? ，故變換矩陣 1zM?? 為： 1c o s s i n 0s i n c o s 00 0 1ttz t tM???????????? （ 213） 式中， t? 為分度圓上的端面齒形展開角， 1sincos0ttRAR?????????? （ 214） 式中： R 為分度圓直徑， t? 為分度圓的端面壓力角。D 時(shí)，通過迭代可解出定位球與齒廓在切點(diǎn) K、 T 處的端面分度圓壓力角 ti? ，再將它代入下式即可求得定位球球心位置139。 ( )2tA F W t g Z??? ? ? （ 227） 1 139。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，有些情況不能保證阿貝原則的實(shí)施。 變形最小原則 變形最小原則是指盡量避免在儀器工作過程中，因受力變化或因溫度變化而引起的儀器結(jié)構(gòu)變形或儀器狀態(tài)和參數(shù)的變化，并使之對(duì)儀器精度的影響最小。 本次設(shè)計(jì)中機(jī)械子系統(tǒng)部分誤差權(quán)重較大，光電子系統(tǒng)次之，軟件子系統(tǒng)誤差權(quán)重最小。該測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、結(jié)果分析及打印輸出。B 為浮動(dòng)。片簧與柱銷構(gòu)成換向機(jī)構(gòu)，用于測(cè)量左右齒面。數(shù)據(jù)采集機(jī) 構(gòu)安裝在雙 V 型密珠導(dǎo)軌副的動(dòng)導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)，并利用長(zhǎng)光柵位移傳感器檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)量。造型設(shè)計(jì)還要使產(chǎn)品的外形、色彩和表面特征符合美學(xué)原則，以適應(yīng)人們的時(shí)尚要求，并從樣式、形態(tài)、風(fēng)格、氣氛上體現(xiàn)時(shí)代的特點(diǎn)。 電氣子系統(tǒng)方面主要有：傳感器測(cè)量誤差， 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換通道的誤差和采樣控制信號(hào)的誤差， A/D 轉(zhuǎn)換通道的誤差，信號(hào)處理及放大單元的信號(hào)漂移導(dǎo)致的誤差。機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是幾個(gè)零件的組合體稱為部件。 誤差傳遞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 誤差傳遞機(jī)構(gòu)就是把測(cè)球測(cè)得的微小力放大，使電感傳感器能測(cè)量到放大后的力。本次設(shè)計(jì)杠桿選擇 HT200，其機(jī)械性能如表 所示： 表 厚度在 6~8mm 的 HT200 鑄件 物理機(jī)械性能 材料性質(zhì) 符號(hào) 單位 數(shù)值 抗拉強(qiáng)度 b? 2/kg mm 32 抗彎強(qiáng)度 w? 2/kg mm 53 硬度 HB 2/kg mm 187~255 彈性模量 E 2/kg mm 115~160 密度 ? 3/g cm 圖 杠桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 測(cè)控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 21 ③ 杠桿的結(jié)構(gòu)圖 ④ 杠桿的限位裝置 由于齒輪漸開線齒型誤差很小和差動(dòng)電感傳感器總行程也很小，所以杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)幅度不能過大。最常見的工作方式有單端固定和兩端固定兩種形式，本設(shè)計(jì)中的片簧屬于單端固定，其一端用螺釘固定在電感測(cè)頭部位的杠桿上，另一端靠銷連接固定在固件上。 表 GB/T65 M4 尺寸 d 螺距 L A B kd k n t x m M4 8 7 1 ⑥ 片簧結(jié)構(gòu)圖 柱銷的設(shè)計(jì) ① 總體說明 柱銷在機(jī)器上起定位或者連接的作用，常用的種類有圓柱銷，圓錐銷，和開口銷。一般情況下，交叉線位于片簧長(zhǎng)度二分之一處，如果轉(zhuǎn)角范圍不大，回轉(zhuǎn)中心偏移也很小，可以近似認(rèn)為是不變的。 在這次設(shè)計(jì)中，假定測(cè)頭材料的彈性模量 1E 及齒輪材料的彈性模量 2E 均為5