【文章內(nèi)容簡介】 機械子系統(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：機械子系統(tǒng)：；光電子系統(tǒng)：；軟件子系統(tǒng)：。由各環(huán)節(jié)誤差的公式：得各子系統(tǒng)的誤差分配結(jié)果： 機械子系統(tǒng)：電氣子系統(tǒng)：軟件子系統(tǒng)：4 機械子系統(tǒng)的設(shè)計 總體說明機械一般認為它是“機器” 和“機構(gòu)”的總稱，是用來傳遞運動和力的可動裝置。各種不同類型的機器，具有不同的形式、構(gòu)造和用途，就其組成而言，都是由各種機構(gòu)組合而成，而機構(gòu)是由構(gòu)件組成的。機構(gòu)中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是幾個零件的組合體稱為部件。設(shè)計機械時應(yīng)滿足的要求是功能要求、可靠性要求、精度要求、經(jīng)濟性要求和外觀要求。機械子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實際運動的直接體現(xiàn)，將機械系統(tǒng)所測得的實際量轉(zhuǎn)換為電信號，進行光電子系統(tǒng)的分析，通過軟件的控制，從而來實現(xiàn)所需要的測量要求。因此機械子系統(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系統(tǒng)的精度范圍。本設(shè)計選用直線基準法，其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。測量頭沿Y軸方向作直線運動，并始終與齒面接觸。當(dāng)測量頭沿Y方向做直線運動時，它在X軸方向的變化量可以由數(shù)據(jù)采集機構(gòu)反映出來。機械子系統(tǒng)的設(shè)計分為幾個大的部分:誤差傳遞機構(gòu)的設(shè)計，導(dǎo)軌和絲桿的設(shè)計，基座和箱體的設(shè)計，步進電機和光柵、電感傳感器的固定裝置的設(shè)計。 誤差傳遞機構(gòu)的設(shè)計 誤差傳遞機構(gòu)就是把測球測得的微小力放大，使電感傳感器能測量到放大后的力。通過計算機進行數(shù)據(jù)處理，最終得到齒輪的齒形誤差。誤差傳遞機構(gòu)由杠桿、限位裝置、片簧、十字片簧、預(yù)緊彈簧、柱銷等部分組成。 由于齒形誤差較小，找到微小的力傳感器較難且價格敖貴，又加上直接測量產(chǎn)生的誤差很大，影響測量精度，所以通過杠桿把齒形誤差放大，然后再由傳感器測量。1　 杠桿的尺寸計算 。 杠桿結(jié)構(gòu)簡圖取=90，=110，=30，則有： （41） （42）： （43） 由此可知杠桿的放大比： （44）考慮裝配和美觀，將取。2　 材料選擇考慮到本次設(shè)計中杠桿傳遞的是微小位移，其受力很小，因此材料可選擇鑄鐵。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。本次設(shè)計杠桿選擇HT200，： 厚度在6~8mm的HT200鑄件物理機械性能材料性質(zhì)符號單位數(shù)值抗拉強度32抗彎強度53硬度HB187~255彈性模量E115~160密度3　 杠桿結(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電感傳感器總行程也很小，所以杠桿轉(zhuǎn)動幅度不能過大。為了保護差動電感傳感器不因行程過大而損壞，故要加一個保護裝置。因齒輪漸開線齒型誤差很小，將測頭位移限定在上下各1mm以內(nèi)，所以取限位槽寬A=h+ 2=6+2=8mm，限位槽長取B=15mm。位槽與保持架用兩顆開槽圓柱頭螺釘緊固。 GB/T67 M3尺寸d螺距LABkntxrM381215　 杠桿的預(yù)緊彈簧的選用，其材料強度高，性能好，適用于小彈簧。彈簧中徑設(shè)定為4mm，固定螺釘選用開槽圓柱頭螺釘。 小彈簧尺寸dDn4~9~13 片簧的設(shè)計1　 總體說明片簧通常是一種矩形截面的金屬薄片，在位移上具有較小的尺寸。儀器和儀表中采用的片簧，通常是在載荷及位移不大的情況下使用。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)計中的片簧屬于單端固定，其一端用螺釘固定在電感測頭部位的杠桿上，另一端靠銷連接固定在固件上。在力的作用下，片簧產(chǎn)生彎曲變形，可近似認為是純彎曲。2　 材料的選擇片簧材料選擇錫磷青銅，： 錫磷青銅物理機械性能材料性質(zhì)符號單位數(shù)值抗拉強度70~80屈服極限59~65硬度HB160~200比例極限45延伸率（%）10~20彈性模量E11200許用彎曲應(yīng)力21．6線膨脹系數(shù)（）17．1E6密度8700~89003　 片簧設(shè)計片簧厚度和寬度的特性公式為： 式中，P：片簧的最大載荷；：片簧的最大變形量；；L：片簧的工作長度。根據(jù)結(jié)構(gòu)定L=20mm，估計P=1N， =3mm，查表可知，取=10。計算得：h= b= 取h=，查表可取b=8。計算。滿足強度要求。4　 強度校核 （45）其中，對于矩形截面， 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： （46）5　 片簧固定端設(shè)計片簧采用螺釘固定，緊固螺釘用開槽圓柱頭螺釘。 GB/T65 M4尺寸d螺距LABkntxmM48716　 片簧結(jié)構(gòu)圖 片簧結(jié)構(gòu)圖 柱銷的設(shè)計1　 總體說明 柱銷在機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。選用圓柱銷，起連接片簧和固件作用。其有不同直徑公差供不同配合要求使用，可傳遞不大的載荷，如多次裝卸要損壞配合精確性，故不宜多次拆卸。本系統(tǒng)中片簧與柱銷構(gòu)成換向機構(gòu)，用于測量左右齒面。 2　 材料選擇材料為35鋼，熱處理硬度，其許用切應(yīng)力為3　 柱銷設(shè)計圓柱銷選用A型圓柱銷4　 圓柱銷強度校核 （47）式中，：橫向力z：銷的數(shù)量估計其受橫向力帶入數(shù)據(jù)計算得： （48）5　 圓柱銷結(jié)構(gòu)圖 柱銷結(jié)構(gòu)圖 十字片簧的設(shè)計1　 總體說明十字片簧彈性支承是由一對長度、寬度、厚度都相同并交叉成十字形（垂直）的直片簧組成。片簧的一端固定在機構(gòu)的傳動件上，另一端固定在機構(gòu)的固定件上。其交叉線是轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)中心，在轉(zhuǎn)動過程中其隨轉(zhuǎn)動角度變化，回轉(zhuǎn)中心位置也發(fā)生變化，轉(zhuǎn)角越大，偏移量越大。因此，傳動比是一個變量。一般情況下，交叉線位于片簧長度二分之一處，如果轉(zhuǎn)角范圍不大，回轉(zhuǎn)中心偏移也很小，可以近似認為是不變的。2　 材料選擇十字片簧材料選擇錫磷青銅，3　 十字片簧設(shè)計因為電感傳感器在裝配時的測量力P與十字片簧載荷Pn不在同一作用線內(nèi)，兩作用線夾角為45，即： （49）初步取 ，片簧寬，則有片簧厚： （）取 十字片簧裝配時選用開槽圓柱頭螺釘 片簧的裝配長度： （411）取，片簧的固定端長 ，即為杠桿的寬度。4　 單個片簧以及十字片簧的結(jié)構(gòu)圖 單個片簧結(jié)構(gòu)圖 十字片簧結(jié)構(gòu)圖 測頭與測桿的設(shè)計1　 總體說明為了確定齒形誤差，必須確定齒輪的工作部分即所謂的測量長度：測量長度的確定，對正確評定齒輪質(zhì)量是很重要的，測量長度選的過長或者過短會給齒形測量帶來不利的影響。選的過長會把合格品當(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。2　 測頭與測桿的設(shè)計由于測量機構(gòu)的測量精度高（IT4及以下），所以測量頭的直徑應(yīng)盡可能小，設(shè)計選用測量頭直徑為，測桿直徑為。被測齒輪模數(shù)m=8，齒數(shù)z=90，分度圓壓力角，側(cè)頭從基圓開始測量，有效齒形誤差的起點（按齒條齒合計算）： 起測長度： （412）齒頂圓半徑： （413）基圓半徑： （414） （415）側(cè)頭的測量長度： （416）測桿的長度：，取測桿伸出長度為40mm測桿與杠桿的固定選用GB/T6170 ，GB/T 型墊圈緊固故測桿的總長度為： （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精度影響很大，其大小根據(jù)接觸情況可按公式進行理論計算： （418）式中，P為測量力，R為測量球半徑；為測頭與齒輪材料的彈性模量。在這次設(shè)計中，假定測頭材料的彈性模量及齒輪材料的彈性模量均為N/，： 測量力與變形量的關(guān)系測量力（N）變形量（）由上述分析計算可知,為了提高瞄準精度,減小接觸變形,必須減小測量力。，高精度測量應(yīng)控制在幾十克力之內(nèi)。接觸變形在一定的測量條件下對測量誤差影響很小。,選用的彈簧彈性系數(shù)為 N/m,由于彈簧的彈性特性，得,。4　 材料選擇由測頭接觸變形分析可知，為了減少測頭接觸變形，應(yīng)選擇彈性模量E較大的材料。本次設(shè)計測頭測桿選用奧氏體不銹鋼1Cr19Ni9，其具有高穩(wěn)定的化學(xué)性能和很好的耐腐蝕性能，是目前應(yīng)用最多最廣的一類不銹鋼，： 1Cr19Ni9的物理機械性能材料性質(zhì)符號單位數(shù)值抗拉強度MPa200屈服極限MPa550硬度HBHRC50延伸率（%）45彈性模量EGPa2025　 測頭、測桿的結(jié)構(gòu)圖 測桿結(jié)構(gòu)圖 傳感器固定裝置設(shè)計1　 傳感器的型號及尺寸本系統(tǒng)選用傳感器為型(軸向式)： 型(軸向式)差動電感式傳感器參數(shù)型號示值變動性測量力總行程裝卡尺寸外形尺寸 四顆固定開槽圓柱頭螺釘GB6576均勻分布。2　 誤差傳遞機構(gòu)裝配完成后的總體結(jié)構(gòu)圖。 誤差傳遞機構(gòu)裝配圖 定位機構(gòu)的設(shè)計 總體要求大型齒輪在線測量儀器的定位精度直接影響儀器的測量精度，由于在線測量儀器與被測齒輪之間難于精確實現(xiàn)定位，使在線測量儀器測量精度受到制約。目前在線測量儀器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。本次設(shè)計采用雙定位球的定位系統(tǒng)，由兩個定位球的定位位置確定測量頭相對于齒輪的位置。為了保證齒輪的定位精度，一方面要求定位球直徑大小與待測齒輪相匹配，另一方面要求對定位球本身的精度保證。 定位球直徑的計算可以得到定位球直徑的計算公式： （419）式中為基圓螺旋角，為基圓半徑，為齒頂圓壓力角，為齒輪端面分度圓壓力角，為端面分度圓齒厚。將分度圓半徑和齒頂圓半徑分別代入公式中的，可以計算出定位球的直徑范圍，選擇定位球的公稱直徑應(yīng)保證： （420）針對m=8,z=90的標(biāo)準齒輪，將數(shù)據(jù)帶入公式≤D≤為減小定位誤差，盡量取定位球直徑接近分度圓齒厚，即取D=16mm。1　 跨齒數(shù)k確定測量時，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。即公法線長度AB含有k個周節(jié)所對的中心角，而一個周節(jié)所對的中心角為，由此可以的到式子： （421） 可推出跨齒數(shù)計算公式： （422）帶入被測齒輪數(shù)據(jù)可算出k=10，取k=10。2　 定位球臂長的計算（1）確定跨齒數(shù)k=10（2）計算出齒輪每一節(jié)具包含角度 （423）（3）求出兩定位球間所包含角度 （424）（4）求出公法線長度 （425）由公式，通過迭代算法，得到 因此， （426）（5）利用公法線長度計算出定位球行程長度（427）帶入k=10，m=8，z=90，計算出將被測齒輪數(shù)據(jù)帶入齒頂圓、齒根圓半徑公式可得：齒頂圓半徑： （428）齒根圓半徑： （429）取定位球B的臂長則定位球A的臂長 （430） 定位球的結(jié)構(gòu)圖 定位球結(jié)構(gòu)圖 導(dǎo)軌的設(shè)計 總體要求由