【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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：機(jī)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(jī)械子系統(tǒng)：電氣子系統(tǒng)：軟件子系統(tǒng)：4 機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總體說(shuō)明機(jī)械一般認(rèn)為它是“機(jī)器” 和“機(jī)構(gòu)”的總稱，是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的可動(dòng)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。機(jī)械子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)際運(yùn)動(dòng)的直接體現(xiàn)，將機(jī)械系統(tǒng)所測(cè)得的實(shí)際量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行光電子系統(tǒng)的分析，通過(guò)軟件的控制，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的測(cè)量要求。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。本設(shè)計(jì)選用直線基準(zhǔn)法，其測(cè)量的基本原理是利用測(cè)量頭的直線運(yùn)動(dòng)軌跡去逼近齒輪漸開(kāi)線。測(cè)量頭沿Y軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，并始終與齒面接觸。當(dāng)測(cè)量頭沿Y方向做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在X軸方向的變化量可以由數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)反映出來(lái)。機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為幾個(gè)大的部分:誤差傳遞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌和絲桿的設(shè)計(jì)，基座和箱體的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)和光柵、電感傳感器的固定裝置的設(shè)計(jì)。 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。通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到齒輪的齒形誤差。誤差傳遞機(jī)構(gòu)由杠桿、限位裝置、片簧、十字片簧、預(yù)緊彈簧、柱銷(xiāo)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(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(guò)杠桿把齒形誤差放大，然后再由傳感器測(cè)量。1　 杠桿的尺寸計(jì)算 。 杠桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)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(jì)杠桿選擇HT200，： 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32抗彎強(qiáng)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(kāi)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(guò)大。為了保護(hù)差動(dòng)電感傳感器不因行程過(guò)大而損壞，故要加一個(gè)保護(hù)裝置。因齒輪漸開(kāi)線齒型誤差很小，將測(cè)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(zhǎng)取B=15mm。位槽與保持架用兩顆開(kāi)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(qiáng)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(kāi)槽圓柱頭螺釘。 小彈簧尺寸dDn4~9~13 片簧的設(shè)計(jì)1　 總體說(shuō)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(jiàn)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(xiāo)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(rèn)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(jī)械性能材料性質(zhì)符號(hào)單位數(shù)值抗拉強(qiáng)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(jì)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(zhǎng)度。根據(jù)結(jié)構(gòu)定L=20mm，估計(jì)P=1N， =3mm，查表可知，取=10。計(jì)算得：h= b= 取h=，查表可取b=8。計(jì)算。滿足強(qiáng)度要求。4　 強(qiáng)度校核 （45）其中，對(duì)于矩形截面， P為受力點(diǎn)最大力，根據(jù)電感傳感器測(cè)量力范圍，取P=帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： （46）5　 片簧固定端設(shè)計(jì)片簧采用螺釘固定，緊固螺釘用開(kāi)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(xiāo)的設(shè)計(jì)1　 總體說(shuō)明 柱銷(xiāo)在機(jī)器上起定位或者連接的作用，常用的種類有圓柱銷(xiāo)，圓錐銷(xiāo)，和開(kāi)口銷(xiāo)。選用圓柱銷(xiāo)，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(xiāo)構(gòu)成換向機(jī)構(gòu)，用于測(cè)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(xiāo)設(shè)計(jì)圓柱銷(xiāo)選用A型圓柱銷(xiāo)4　 圓柱銷(xiāo)強(qiáng)度校核 （47）式中，：橫向力z：銷(xiāo)的數(shù)量估計(jì)其受橫向力帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： （48）5　 圓柱銷(xiāo)結(jié)構(gòu)圖 柱銷(xiāo)結(jié)構(gòu)圖 十字片簧的設(shè)計(jì)1　 總體說(shuō)明十字片簧彈性支承是由一對(duì)長(zhǎng)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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)件上，另一端固定在機(jī)構(gòu)的固定件上。其交叉線是轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)中心，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中其隨轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)比是一個(gè)變量。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。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(jì)因?yàn)殡姼袀鞲衅髟谘b配時(shí)的測(cè)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(shí)選用開(kāi)槽圓柱頭螺釘 片簧的裝配長(zhǎng)度： （411）取，片簧的固定端長(zhǎng) ，即為杠桿的寬度。4　 單個(gè)片簧以及十字片簧的結(jié)構(gòu)圖 單個(gè)片簧結(jié)構(gòu)圖 十字片簧結(jié)構(gòu)圖 測(cè)頭與測(cè)桿的設(shè)計(jì)1　 總體說(shuō)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(cè)量長(zhǎng)度：測(cè)量長(zhǎng)度的確定，對(duì)正確評(píng)定齒輪質(zhì)量是很重要的，測(cè)量長(zhǎng)度選的過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短會(huì)給齒形測(cè)量帶來(lái)不利的影響。選的過(guò)長(zhǎng)會(huì)把合格品當(dāng)成廢品，選的過(guò)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(cè)頭與測(cè)桿的設(shè)計(jì)由于測(cè)量機(jī)構(gòu)的測(cè)量精度高（IT4及以下），所以測(cè)量頭的直徑應(yīng)盡可能小，設(shè)計(jì)選用測(cè)量頭直徑為，測(cè)桿直徑為。被測(cè)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(kāi)始測(cè)量，有效齒形誤差的起點(diǎn)（按齒條齒合計(jì)算）： 起測(cè)長(zhǎng)度： （412）齒頂圓半徑： （413）基圓半徑： （414） （415）側(cè)頭的測(cè)量長(zhǎng)度： （416）測(cè)桿的長(zhǎng)度：，取測(cè)桿伸出長(zhǎng)度為40mm測(cè)桿與杠桿的固定選用GB/T6170 ，GB/T 型墊圈緊固故測(cè)桿的總長(zhǎng)度為： （417） 取L=50mm，其中，m—螺母墊圈的厚度，—杠桿的厚度3　 測(cè)頭接觸變性分析測(cè)頭測(cè)端與被測(cè)件之間由于測(cè)量力引起的接觸變形對(duì)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(jì)算： （418）式中，P為測(cè)量力，R為測(cè)量球半徑；為測(cè)頭與齒輪材料的彈性模量。在這次設(shè)計(jì)中，假定測(cè)頭材料的彈性模量及齒輪材料的彈性模量均為N/，： 測(cè)量力與變形量的關(guān)系測(cè)量力（N）變形量（）由上述分析計(jì)算可知,為了提高瞄準(zhǔn)精度,減小接觸變形,必須減小測(cè)量力。，高精度測(cè)量應(yīng)控制在幾十克力之內(nèi)。接觸變形在一定的測(cè)量條件下對(duì)測(cè)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(cè)頭接觸變形分析可知，為了減少測(cè)頭接觸變形，應(yīng)選擇彈性模量E較大的材料。本次設(shè)計(jì)測(cè)頭測(cè)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(jī)械性能材料性質(zhì)符號(hào)單位數(shù)值抗拉強(qiáng)度MPa200屈服極限MPa550硬度HBHRC50延伸率（%）45彈性模量EGPa2025　 測(cè)頭、測(cè)桿的結(jié)構(gòu)圖 測(cè)桿結(jié)構(gòu)圖 傳感器固定裝置設(shè)計(jì)1　 傳感器的型號(hào)及尺寸本系統(tǒng)選用傳感器為型(軸向式)： 型(軸向式)差動(dòng)電感式傳感器參數(shù)型號(hào)示值變動(dòng)性測(cè)量力總行程裝卡尺寸外形尺寸 四顆固定開(kāi)槽圓柱頭螺釘GB6576均勻分布。2　 誤差傳遞機(jī)構(gòu)裝配完成后的總體結(jié)構(gòu)圖。 誤差傳遞機(jī)構(gòu)裝配圖 定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 總體要求大型齒輪在線測(cè)量?jī)x器的定位精度直接影響儀器的測(cè)量精度，由于在線測(cè)量?jī)x器與被測(cè)齒輪之間難于精確實(shí)現(xiàn)定位，使在線測(cè)量?jī)x器測(cè)量精度受到制約。目前在線測(cè)量?jī)x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(jì)采用雙定位球的定位系統(tǒng)，由兩個(gè)定位球的定位位置確定測(cè)量頭相對(duì)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(cè)齒輪相匹配，另一方面要求對(duì)定位球本身的精度保證。 定位球直徑的計(jì)算可以得到定位球直徑的計(jì)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(jì)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(duì)m=8,z=90的標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量時(shí)，應(yīng)該使量具的測(cè)量平面與輪齒中部相切，對(duì)于非修正齒輪。即公法線長(zhǎng)度AB含有k個(gè)周節(jié)所對(duì)的中心角，而一個(gè)周節(jié)所對(duì)的中心角為，由此可以的到式子： （421） 可推出跨齒數(shù)計(jì)算公式： （422）帶入被測(cè)齒輪數(shù)據(jù)可算出k=10，取k=10。2　 定位球臂長(zhǎng)的計(jì)算（1）確定跨齒數(shù)k=10（2）計(jì)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(zhǎng)度 （425）由公式，通過(guò)迭代算法，得到 因此， （426）（5）利用公法線長(zhǎng)度計(jì)算出定位球行程長(zhǎng)度（427）帶入k=10，m=8，z=90，計(jì)算出將被測(cè)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(zhǎng)則定位球A的臂長(zhǎng) （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(jì) 總體要求由