【文章內(nèi)容簡介】 精度10級，z=200，時(shí)， () 說明：9—12級屬于低精度，11級只在農(nóng)業(yè)機(jī)械中用到，已經(jīng)很少采用，12級則根本不用。設(shè)定檢測范圍時(shí)，可只考慮到10級，這對絕大多數(shù)的大齒輪的檢測應(yīng)該沒有問題 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，, 定位球直徑的選擇定位球的直徑選擇一定要根據(jù)它的運(yùn)動軌跡。一定要使定位球齒輪齒保持可靠的接觸，使定位球的球心在齒頂圓與齒根圓之間。通過查閱相關(guān)資料，定位球的直徑可由接下面超越方程而得： 在此式中：Rb為基圓半徑；為基圓螺旋角；Z為齒數(shù)；為齒輪端面分度圓壓力角；αti為齒輪定位面分度圓壓力角；為端面分度圓齒厚；將αti分別等于分度圓半的壓力角和齒頂圓壓力角，算出定位球直徑范圍應(yīng)當(dāng)滿足（公式22）：由（公式21）分析可得，D0的確定只與待測齒輪的具體標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（此處取用直齒，即=0）， （我國規(guī)定的壓力角），Z,m有關(guān)。由軟件編程解方程，可得出由GB1357—87所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列的定位球直徑范圍。見（）：第一系列81012162025324050DminDmax第二系列9141822283645Dmin37Dmax注：應(yīng)該優(yōu)先采用第一系列，其次是第而二系列。m=1屬于小模數(shù)齒輪的模數(shù)系列。本次設(shè)計(jì)針對的m —86所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)球面半徑結(jié)合各個(gè)系列模數(shù)Z=97,。 定位球行程長度的缺點(diǎn)初定有效行程:兩定位球距離變化范圍150～250mm，參考公法線平均長度偏差的測量,確定理想跨齒數(shù)。由瞿旭軍:大齒輪公法線簡易算法當(dāng)齒數(shù)大于200時(shí),一般手冊很難查標(biāo)準(zhǔn)的公法線長度,這時(shí)可以采用簡易算法：⑴ 首先算出跨齒數(shù)k：,式中z為齒數(shù)，k為整數(shù)，若可除盡則進(jìn)1；⑵ 齒輪上每一節(jié)距所包含的角度；⑶ 求出跨齒數(shù)所包含的角度β=（）Φ；⑷ 求公法線長度： ，式中m為齒輪模數(shù)對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 此時(shí)，量爪與左右齒廓的切點(diǎn)正好在分度圓上。對于標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪 ,z0為當(dāng)量齒數(shù) () 測控儀器造型設(shè)計(jì) 造型要求1 外形齒廓應(yīng)由直線和光滑曲線組成，盡量避免過度的突出物，是外形美觀大方；2 結(jié)構(gòu)勻稱，場合寬的比例近似為黃金分割；3 結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定安全。 裝飾方面1 色彩格調(diào)符合人的審美觀，給操作者美的感受；2 造型與布局的關(guān)系，以布局為主，造型應(yīng)為布局服務(wù)，為布局上使用方便服務(wù)。 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀的整體設(shè)計(jì)： 儀器系統(tǒng)構(gòu)成圖：3 精度設(shè)計(jì)合理的精度設(shè)計(jì)離不開對儀器各組成部分源誤差對儀器總精度影響程度的正確估計(jì)，對于一些對儀器精度影響較大的環(huán)節(jié)給予較嚴(yán)的精度指標(biāo)；對于那些對儀器精度影響較小的環(huán)節(jié)給予較寬松的精度指標(biāo)，在滿足儀器總精度要求的前提下使成本降至最低。:模數(shù)壓力角分度圓直徑齒頂高齒根高全齒高頂隙1020。970mm10mm齒頂圓直徑齒根圓直徑基圓直徑齒距齒厚齒間寬齒寬990mm100mm本次設(shè)計(jì)的檢測儀是對Z=97，Mn=10，精度等級8級的一類齒輪的漸開線齒形誤差進(jìn)行檢測。已知其齒形公差Ff=34um（查手冊），根據(jù)微小誤差原則，所設(shè)計(jì)儀器的總誤差與被測參數(shù)的公差值之比應(yīng)保證在1/3~1/10以內(nèi)。精度等級8級的齒輪一般用在機(jī)器中無特殊要求的的齒輪；機(jī)床變速齒輪；汽車制造中不重要的齒輪；冶金、起重機(jī)械齒輪；通用減速器的齒輪；農(nóng)機(jī)械中的重要齒輪。再考慮儀器制造成本，即可確定儀器總精度 經(jīng)過分析，系統(tǒng)存在誤差主要有：（1 ）機(jī)械系統(tǒng) A 測頭測桿誤差：測頭變形誤差，但本次選用的測頭直徑?。?mm），所以對此誤差可則偏輕考慮；B 定位球定位誤差：定位球安裝定位誤差，可通過原理誤差補(bǔ)償?shù)胶苄?；C 傳遞誤差：導(dǎo)軌直線運(yùn)動誤差 ，絲桿傳動；D 安裝誤差：傳感器，導(dǎo)軌，誤差傳遞機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)，被測齒輪等的安裝誤差，偏大；E 部件制造誤差：測頭，絲桿等的制造誤差，偏中；F 測量誤差：X方向上的阿貝誤差，測量鏈傳遞誤差，微小。（2）電氣系統(tǒng) A 傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，信號整形電路等電氣元件的誤差；B X,Y方向的信號采集的同步誤差。（3）軟件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理誤差，算法誤差以及數(shù)據(jù)精度處理上的誤差，但其誤差都極其微小。 （4）溫度誤差 當(dāng)測頭和齒輪材料不同時(shí)，線膨脹系數(shù)就不同，則會引起溫度誤差。但由于測頭直徑較小，齒輪本身由于溫度引起的變化暫時(shí)不考慮，故在此溫度誤差不計(jì)。(5) 原理誤差 A 直線基準(zhǔn)法所引發(fā)的原理誤差可完全得到補(bǔ)償；B 測桿在預(yù)緊時(shí)的偏移誤差，測頭與齒形面接觸測量時(shí)實(shí)測點(diǎn)和預(yù)想測量存在偏移的微小誤差；，不可補(bǔ)償，但誤差較小。儀器總誤差是儀器總系統(tǒng)誤差與總隨機(jī)誤差之和，由于其性質(zhì)不同其分配方法也不同。系統(tǒng)誤差分配誤差分配過程：先計(jì)算出原理性的系統(tǒng)誤差，在根據(jù)誤差分析的結(jié)果找出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的可能的環(huán)節(jié)（即系統(tǒng)性源誤差）。根據(jù)一般經(jīng)濟(jì)工藝水平給出這些環(huán)節(jié)具體誤差值，算出儀器布局的系統(tǒng)誤差，最后合成總系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差分配隨機(jī)誤差和未定系統(tǒng)誤差的給配是同時(shí)進(jìn)行的，他們的特點(diǎn)是數(shù)量多，一般用方和根法進(jìn)行綜合。在儀器允許的總誤差中歐那個(gè)扣除總系統(tǒng)誤差，剩下的是允許的總隨機(jī)誤差和總未定系統(tǒng)誤差之和。對于系統(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。綜合誤差分析考慮，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。各子系統(tǒng)權(quán)重如下：機(jī)械子系統(tǒng)：75% 光電子系統(tǒng)：20% 軟件子系統(tǒng)：5% 機(jī)械子系統(tǒng)誤差分配：光電子系統(tǒng)誤差分配：軟件子系統(tǒng)誤差分配：4 機(jī)械子系統(tǒng)機(jī)械一般認(rèn)為它是“機(jī)器” 和“機(jī)構(gòu)”的總稱，是用來傳遞運(yùn)動和力的可動裝置。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。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。設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)應(yīng)滿足的要求是功能要求、可靠性要求、精度要求、經(jīng)濟(jì)性要求和外觀要求。這里我們將總體機(jī)器分為定位機(jī)構(gòu)，誤差傳遞機(jī)構(gòu)，光柵位移傳感器機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)，動力傳動機(jī)構(gòu)和箱體。本次選擇齒輪的檢測方法是直線基準(zhǔn)法,其測量的基本原理是利用測量頭的直線運(yùn)動軌跡去逼近齒輪漸開線。測量頭A沿Y軸方向作直線運(yùn)動，而且始終保持與齒面接觸。當(dāng)測量頭A沿Y軸方向做直線運(yùn)動時(shí)，它在X軸方向的變化量可以由誤差傳遞機(jī)構(gòu)反映出來。測量系統(tǒng)的定位靠定位球A和B完成。當(dāng)系統(tǒng)啟動以后，輸入待測齒輪參數(shù)，系統(tǒng)會自動提示可選用的定位球直徑大小、定位臂長及調(diào)整參數(shù)。在選用適當(dāng)?shù)亩ㄎ磺蛑睆郊岸ㄎ槐坶L度之后，系統(tǒng)自動確定定位位置并會補(bǔ)償定位誤差。定位球A的移動靠微分筒的絲桿驅(qū)動并帶有鎖緊裝置，定位球B為浮動。定位時(shí)先調(diào)整A的位置并鎖緊，當(dāng)A伸入齒槽后，B將自動伸入另一個(gè)齒槽，完成定位功能。為測量不同模數(shù)和不同直徑的齒輪，要求定位球易安裝及更換，且定位精度高，重復(fù)性好。對于鎖緊螺母與半球形墊圈，應(yīng)避免夾緊時(shí)的過定位，保證定位精度，且裝夾方便。系統(tǒng)的主要運(yùn)動是Y方向的導(dǎo)向運(yùn)動，采用雙V型密珠滾動導(dǎo)軌。誤差信號傳遞機(jī)構(gòu)安裝在雙V型密珠導(dǎo)軌副的動導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的運(yùn)動靠步進(jìn)電機(jī)控制滾珠絲桿導(dǎo)軌驅(qū)動，并利用長光柵位移傳感器檢測其運(yùn)動量。因此涉及到步進(jìn)電機(jī)的選擇和導(dǎo)軌的選擇，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。 X軸方向誤差信號的傳遞齒形誤差是由十字片簧和杠桿將傳遞給電感測頭，由電感測微儀將位移信號轉(zhuǎn)換成電信號。片簧與柱銷構(gòu)成換向機(jī)構(gòu)，用于測量左右齒面。預(yù)緊彈簧是為了保證電感測頭工作的測量力范圍，限位裝置是為了防止可能因操作不當(dāng)或震動等造成杠桿位移過大而使十字片簧機(jī)構(gòu)受到損壞。因?yàn)闉榻佑|式測量，需考慮測量頭的應(yīng)力變形，并給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。 定位機(jī)構(gòu)（定位球）的設(shè)計(jì) 總體要求測量系統(tǒng)的定位靠定位球A和B完成，如下圖所示。由于此儀器只針對特定齒輪，故在設(shè)計(jì)之初即設(shè)定好定位球的半徑、臂長、定位位置等參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)啟動以后，系統(tǒng)自動定位于正確的定位位置并會補(bǔ)償定位誤差。定位球A的移動靠微分筒的絲桿驅(qū)動并帶有鎖緊裝置，定位球B為浮動。定位時(shí)先調(diào)整A的位置并鎖緊，當(dāng)A伸人齒槽后，B自動伸入另一個(gè)齒槽，完成定位功能。為測量不同的齒輪，要求定位球且定位精度高，重復(fù)性好。對于鎖緊螺母與半球形墊圈，應(yīng)避免夾緊時(shí)的過定位，保證定位精度，且裝夾方便。 由前面的系統(tǒng)測量原理分析可知，直線基準(zhǔn)法存在著原理誤差。而定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)精度是影響原理誤差的重要因素之一。目前大型和超大型在線測量的、儀器的關(guān)鍵技術(shù)是精密定位技術(shù)，所以在定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面我們應(yīng)當(dāng)投入較多的精力，爭取實(shí)現(xiàn)定位精度和經(jīng)濟(jì)效益的最佳結(jié)合。在線檢測儀器當(dāng)中最理想的定位方法是齒槽定位，不僅定位可靠，而且定位精度高。為了保證齒輪的定位精度，一方面要求選擇與待測齒輪參數(shù)相匹配的直徑大小的定位球，另一方面要求定位球本身的精度保證。在本次設(shè)計(jì)的思想中是在軟件支持的人機(jī)界面中輸入待測齒輪的國家標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)（模數(shù)，基圓半徑等）以及定位球直徑后，自動生成待測齒輪的公法線長度偏差（用公法線測量儀器測定）并求解定位球的直徑與定位球同齒輪在切線點(diǎn)處的端面壓力角之間的超越方程，就可以得到補(bǔ)償了定位球幾何精度和齒輪齒槽精度影響的精確定位位置。對于采用了雙定位球的定位系統(tǒng)則可以有兩個(gè)定位球的定位位置確定測量頭相對于齒輪的位置。在此對定位球的設(shè)計(jì)主要包括定位球的直徑，定位臂的長度，定位球跨距的選定。 定位球直徑的計(jì)算與選擇定位球的直徑選擇一定要根據(jù)它的運(yùn)動軌跡。一定要使定位球齒輪齒保持可靠的接觸，使定位球的球心在齒頂圓與齒根圓之間。通過查閱相關(guān)資料，定位球的直徑可由接下面超越方程（）而得：()在此式中：Rb為基圓半徑；為基圓螺旋角；Z為齒數(shù)；為齒輪端面分度圓壓力角；αti為齒輪定位面分度圓壓力角；為端面分度圓齒厚；將αti分別等于分度圓半的壓力角20。，算出定位球直徑范圍應(yīng)當(dāng)滿足（）： ()由（）分析可得，D0的確定只與待測齒輪的具體標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（此處取用直齒，即=0）， （我國規(guī)定的壓力角），Z,m有關(guān)。由軟件編程解方程()，可得出由GB1357—87所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列的定位球直徑范圍。見（表41）以下數(shù)據(jù)均取Z=97：：第一系列81012162025324050DminDmax第二系列9141822283645Dmin37Dmax注：應(yīng)該優(yōu)先采用第一系列，其次是第而二系列。m=1屬于小模數(shù)齒輪的模數(shù)系列。本次設(shè)計(jì)針對的m —86所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)球面半徑結(jié)合各個(gè)系列模數(shù)Z=97,。查資料得知標(biāo)準(zhǔn)球直徑只可取得如下值：D=16,20,25,32,40,50,63,80,100,125，……結(jié)合以上資料，可得出定位球直徑推薦表（） MD8,9,102012,14,16,183220,22,25,285032,36,40,458050100本次設(shè)計(jì)所測齒輪為m=10，Z=97的大齒輪，故定位球直徑選為20mm。 定位球定位中心的確定將D0=，從而得出定位端面分度圓的壓力角：αti==。通過查閱相關(guān)資料可以通過下列公式（）得到定位球球心位置Rd： ()由上式可得出Rd= 定位球跨距以及定位臂長的確定1)跨齒數(shù)的選定: 測量時(shí)，應(yīng)該使量具的測量平面與輪齒中部相切，對于非修正齒輪，則要求公法線與齒面相交于分度圓附近。即公法線長度W含有（）個(gè)周節(jié)所對的中心角，而一個(gè)周節(jié)所對的中心角為2π/Z。 () () 由上式可得K=12,然而由經(jīng)驗(yàn)分析，12個(gè)齒的跨距過大，故選用k=7，即跨齒數(shù)為7。2）兩測頭公法線長度的確定：查閱相關(guān)資料，計(jì)算兩測球距離的公式為（）： ()m ：被測齒輪模數(shù)；：齒輪端面分度圓壓力角；Z：被測齒輪齒數(shù)；X：變位系數(shù)（此處變位系數(shù)為0）。取定位球直徑D=20mm,Z=97（大齒輪齒數(shù)的變化對于定位球之間的跨距影響很小），根據(jù)前面的定位球直徑推薦表得當(dāng)D=20mm時(shí),適合的模數(shù)有8,9,10，代入公式46，則得所對應(yīng)的跨距（）：MKW(mm)W+D(mm)89 98 107 。3）定位后定位臂之間距離的確定：定位球的行程長由查資料可得（），（）：