【導(dǎo)讀】計、精度分析、設(shè)計小結(jié)及參考文獻；在簡圖中對主要零件應(yīng)統(tǒng)一編號、華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》。造出性能優(yōu)良、高質(zhì)量、高精度的齒輪。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。差方法，采用機械、光電、計算機一體化設(shè)計的一種儀器。簡要敘述了測量系統(tǒng)的原理、各部分組件結(jié)構(gòu)、特點以及精度分析。設(shè)計過程包含測量儀的機械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)以及。在關(guān)鍵的機械裝置的設(shè)計中提出了坐標(biāo)統(tǒng)一的思想，提高了測。動采集、處理、存儲、顯示、打印。

　　

【正文】 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(zhǔn)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。 杠桿的 設(shè)計 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 杠桿的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 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 ? 。 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，其機械性能如表 所示： 表 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 b? 2/kg mm 32 抗彎強度 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)簡圖 測控技術(shù)及儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計 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 8367/ ?MTGB 緊固。 表 GB/T67 M3 尺寸 d 螺距 L A B kd k n t x r M3 8 1 2 1 ⑤ 杠桿的預(yù)緊彈簧的選用 杠桿的預(yù)緊材料選用直徑為 的 65Mn 鋼絲，其材料強度高，性能好，適用于小彈簧。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 。其參數(shù)見表 表 小彈簧尺寸 d D n 0H 4 ~ 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。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，其物理機械性能如下表 ： 表 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 b? 2/kg mm 70~80 屈服極限 s? 2/kg mm 59~65 硬度 HB 2/kg mm 160~200 比例極限 p? 2/kg mm 45 延伸率 ? （ %） 10~20 彈性模量 E 2/kg mm 11200 許用彎曲應(yīng)力 ? ?w? 2/kg mm 21． 6 線膨脹系數(shù)（ 20c? ） ? 1c? 17． 1E6 密度 ? 2/kg mm 8700~8900 ③ 片簧設(shè)計 片簧厚度和寬度的特性公式為： 4334Euhpl?? 4 34 ?Euplh? ?334Ehplb? ? ?bb bhpl ?? ?? 26m a x 式中， P：片簧的最大載荷； ? ：片簧的最大變形量； hbu? ； 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 2/80~72 mmkgb ?? ，24 / mmkgE ?? ，取 u =10。 計 算 得 ： h= b= 取 h= ， 查 表 可 取 b=8 。 計 算22 / 2516m a x mmkgb ?????? 。滿足強度要求。 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 。 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 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 28~38HRC ，其許用切應(yīng)力為 [ ] 80 ~ 100 aMP? ? ③ 柱銷設(shè)計 圓柱銷選用 A 型圓柱銷 ?TGB ④ 圓柱銷強度校核 圖 片簧結(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 24 24/tF d z??? （ 47） 式中， tF ：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： 24 / 92tF d z M P a? ? ?? ? ? ? ? （ 48） ⑤ 圓柱銷結(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，其物理機械性能參見表 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： 2c o s 4 5 ( 0 . 4 5 ~ 0 . 6 5 ) 0 . 3 2 ~ 0 . 4 62NP P N? ? ? ? ? 圖 柱銷結(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 25 （ 49） 初步取 16l mm? 4mm?? ，片簧寬 4b mm? ，則有片簧厚： 6 ( c os 45 )[]wPlh m mb? ? ???? （ ） 取 mmh ? 十字片簧裝配時選用開槽圓柱頭螺釘 5265/ ?MTGB mmc 1? 2mm?? 片簧的裝配長度： mmlcL 22)(2 ???? ? （ 411） 取 2e mm? ，片簧的固定端長 2 2 1 2a e b m m? ? ? ?，即為杠桿的寬度。 ④ 單個片簧以及十字片簧的結(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圖 單個片簧結(jié)構(gòu)圖 圖 十字片簧結(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 26 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 3mm?? ，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 20??? ， b 0??? ，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）： mmzmmmza 0 7)9 2 8 (8)9 2 8 (s i n/t a n)2/(39。 ????????? ?? 起測長度： mmaa 39。 ??? （ 412） 齒頂圓半徑： mmhdr aa 3 6 8)290()2( ??????? （ 413） 基圓半徑： mmmzr b o o ?????? ?? （ 414） mmrrc ba 4 422 ??? （ 415） 側(cè)頭的測量長度： mmacb 0 4 4 ????? （ 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。 在這次設(shè)計中，假定測頭材料的彈性模量 1E 及齒輪材料的彈性模量 2E 均為5210