齒輪的設(shè)計和應(yīng)用

齒輪的設(shè)計和應(yīng)用,齒輪,設(shè)計,以及,應(yīng)用,利用,運用 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2006屆畢業(yè)設(shè)計 摘 要 我國機械工業(yè)迅速發(fā)展的今天，每年所生產(chǎn)的齒輪數(shù)以千萬計，而加工時由于機床，刀具及工件系統(tǒng)的影響，被切齒輪的齒形會產(chǎn)生一定的誤差。這個誤差如果不能控制在一定范圍內(nèi)，將會影響齒輪傳動的平穩(wěn)性，并引起噪音和振動。因此對齒形誤差進行測量是評定齒輪質(zhì)量的一個重要方面。同時還能從中分析出產(chǎn)生誤差的原因，并研究出提高質(zhì)量的措施。 隨著科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，許多機器和設(shè)備所需的動力速度愈來愈大，因而對齒輪的精度要求也將越來越高。一些老式的齒輪測量儀已經(jīng)跟不上時代的步伐，但在其基礎(chǔ)上，通過某些方面的改進，可使之重新煥發(fā)青春，以免過早淘汰。 本次設(shè)計的目的是對一臺單盤式漸開線檢查儀進行改裝，以改善其功能。 原來的單盤式漸開線檢查儀，存在著諸多不足，在設(shè)計過程中，我著重考慮了以下三個方面的不足： 一、定位裝置采用圓錐定位，限制了儀器只能測量帶孔齒輪，而對帶軸齒無能為力。 二、每次測量均要以繁瑣的中調(diào)零過程來保證測量的準確性。 三、采用百分表讀數(shù)，精度太低。 針對這幾個不足，我作如下進： 一、定位裝置采用頂尖定位，使儀器可測帶軸齒輪，擴大了儀器使用范圍。 二、在儀器中增設(shè)了對中調(diào)零裝置，使這一過程得到簡化。 三、用傳感器代替百分表讀數(shù)，效率和精度大大提高。 由此可見，通過定位裝置，對中裝置，記錄裝置三方面的改進，儀器在通用性，高效性準確性等到方面有了很大改善，達到了設(shè)計任務(wù)的要求。 關(guān)鍵詞：定位裝置，對中裝置，記錄裝置，通用性，準確性 目 錄 1 設(shè)計任務(wù)…………………………………….....…………… 1 2 緒論……………………………………………….………….1 2．1 齒輪傳動的基本要求………….……………………….…....1 2．2 齒輪傳動的公差標準……….…………………….…………2 2．2．1 漸開線圓柱齒輪誤差分析……………………...3 2．2．2 誤差來源…………………………………………4 3 漸開線及其特點.………………………………...…………..5 3．1漸開線定義及特點……………………………………..……..5 3．2漸開線理論在齒檢儀上的應(yīng)用………………………..….….8 4 原單盤式漸開線檢查儀簡介……………………….…….....9 5齒形測量儀器參考…………………………………..………12 5．1漸開線齒形的測量…………………………………………..12 5．2漸開線儀器及其測量原理…………………………………..12 5．2．1漸開線比較測量儀…………………………..……12 5．2．2漸開線絕對測量儀……………………………..…25 5．2．3電子范成式漸開線檢查儀………………..………27 6 方案選擇………………….………….………..…..….……..30 6．1方案選擇1：關(guān)于定位裝置………………………………30 6．2方案選擇2：關(guān)于對中調(diào)零裝置…………………………32 6．2．1原單盤式漸開線檢查儀存在的不足…………..…32 6．2．2改進思路………………………………….……..…33 6．2．3采用什么樣的限位裝置………………………..…33 6．3方案選擇3：關(guān)于記錄裝置………………………………34 6．3．1單盤式漸開線檢查儀存在的不足……………..…34 6．3．2改進思路………………………………………..…35 6．3．3采用什么類型的傳感器…………………….……35 7單盤式漸開線檢查儀精度分析……………..……………....37 7．1誤差分析概述……………………..………….……………37 7．2精度分析…………………………..…………………….…38 7．2．1上下頂尖同軸度誤差……………………………38 7．2．2主軸回轉(zhuǎn)跳動誤差………………………………40 7．2．3儀器總誤差…………………..…………..………45 7．2．4判斷精度達以要求否………………..…..………45 8結(jié)束語…………………………………….………………....46 9參考文獻……………………………….…………...……….47 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2006屆畢業(yè)設(shè)計 10致謝……………………………………..…………...……..49 1 設(shè)計任務(wù) 要求：一、改進定位裝置； 二、改進對中調(diào)零裝置； 三、改進記錄裝置； 四、進行精度分析，須能夠測量分度圓直徑100左右，6-9級精度的齒輪法向模數(shù)目3.5~6.3。 目的：對實驗室的單盤式漸開線檢查儀進行改裝，以改善其功能。 2 緒論 2.1 齒輪傳動的基本要求 瞬時傳動比基本不變，否則傳動將不平穩(wěn)，不準確。齒輪傳動中反映瞬時傳動比變化的因素很多，如周節(jié)、基節(jié)、公法線變動，齒形等。齒輪傳動裝置由齒輪副、軸、軸承及機座組成，其運動質(zhì)量與互換性主要取決于齒輪的加工和安裝精度。同于齒輪廣泛地用于傳遞運動和動力。因此，各種機器和儀器的工作性能，與齒輪傳動的質(zhì)量密切相關(guān)，對于齒輪傳動，主要由以下四個方面的要求： 一、 傳遞運動的準確性 在齒輪副中，從動輪齒數(shù)Z2和主動輪齒數(shù)Z1的比值叫傳動比，即。傳動比是根據(jù)傳動的需要設(shè)計的，對于精密機械傳動應(yīng)保持瞬時傳動比基本不變，否則傳動將不平穩(wěn)，不準確。齒輪傳動中反映瞬時傳動比變化的因素很多，如周節(jié)、基節(jié)、公法線變動，齒形等。 二、 傳動的平穩(wěn)性 用于準確傳遞運動和分度的齒輪，如傳動不平穩(wěn)，也無法保證準確和傳遞運動和分度。對于高速旋轉(zhuǎn)的動力齒輪，它對工作平穩(wěn)性無更高的要求，希望噪音小，沖擊和振動小，這樣不僅可保證工作精度，而且還可以延長壽命。由于加工誤差使得齒輪轉(zhuǎn)動不可避免地產(chǎn)生瞬時傳動比的變化。轉(zhuǎn)速時快時慢，從而產(chǎn)生噪音，沖擊 和振動，因此要對它加以限制，即要求齒輪在每一轉(zhuǎn)中多次重復(fù)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)角誤差（高頻誤差）要小。 三、 載荷分布的均勻性 對于低速動力齒輪，要求其在嚙合時其齒面的實際接觸面積要 大，而且接觸要密合，這樣齒面載荷分布得均勻，不易磨損，可延長使用壽命，但是由于加工和安裝中有誤差，實際上不可能在全齒寬上接觸，因此要對接觸精度提出要求。 四、 齒側(cè)間隙 為了潤滑齒面和防止齒輪傳動時因熱膨脹變形引起尺寸的變化甚至卡死，故要求齒輪不接觸的非工作齒面之間有一定的齒側(cè)間隙，間隙過大，對需要正反轉(zhuǎn)的齒輪會引起換向沖擊，對分度用的齒輪則會有較大的空程誤差。 2.2 齒輪傳動的公差標準 為了保證齒輪的傳動質(zhì)量和互換性，要用齒輪傳動公差標準來對齒輪的加工精度提各種不同的要求。 GB10095-88《漸開線圓柱齒輪精度》對圓柱齒輪規(guī)定了幾個精度等級，其中一級最高，以后名級依次降低。對于3~12級精度大致分為三類： 3~5級為高精度級 6~8級為中等精度級 9~12級為低精度級 按齒輪各項誤差的特性和對使用性能的主要影響，將其各項公差或使用偏差分為三個公差組，以滿足各方面精度要求的選擇。 表2.1 齒輪公差組 公差組 公差與極限偏差項目 誤差特性 對傳動性能主要影響 Ⅰ 頁：2 i 一轉(zhuǎn)周期誤差 傳遞運動的準確性 Ⅱ 一齒誤差、 傳動的平穩(wěn)性 Ⅲ 齒向誤差 載荷分布均勻性 一般情況下，一個齒輪的三個公差組應(yīng)選用相同的精度等級，當使用時對齒輪有某個方面的特殊要求時，也可選用不同的精度等級。 2.2.1漸開線圓柱齒輪誤差分析 （一） 傳遞運動準確性的誤差 （二）影響傳動平穩(wěn)性的誤差 齒輪傳動是通過齒輪副的嚙合來進行的，所以要使齒輪傳動平穩(wěn)，必須保證齒輪正確連續(xù)嚙合的條件，所謂連續(xù)嚙合是指前一對齒脫離接觸前，后面一對齒進入嚙合，否則如不正確嚙合，傳動將不平穩(wěn)而產(chǎn)生誤差。 1、 傳動平穩(wěn)性的誤差因素 影響傳動平穩(wěn)性和引起噪音振動的誤差因素主要是齒輪在一轉(zhuǎn)過程多 次反復(fù)出現(xiàn)的短周期誤差。對高速齒輪副，長周期誤碼差也影響平穩(wěn)性。 由前面漸開線齒輪嚙合原理和條件可知，保證齒輪副瞬間傳動比不變 和正確嚙合的主要條件，是兩齒輪漸開線齒形一致過程中多次反復(fù)的轉(zhuǎn)角誤差，是影響平穩(wěn)性的基本參數(shù)。從每個輪齒的嚙合過程也可看出，基節(jié)偏差 將產(chǎn)生撞擊或頂刃嚙合，而輪齒正常進入嚙合到脫離嚙合之前傳動是否平穩(wěn)，則主要取決于齒形誤差。 周節(jié)偏差是反映傳動平穩(wěn)性的另一指標，周節(jié)與基節(jié) 有如下幾何關(guān)系： 式中分度周壓力角α為20° 上式微分后的近似有： 由上式可以看出，如果周節(jié)存在誤差則必將影響基節(jié)偏差，從而影響齒輪的傳動平穩(wěn)性，但當齒形角的誤碼差存在時，控制周節(jié)偏差并不等同于控制基節(jié)偏差 2.2.2誤差來源 齒形誤差主要來源于齒輪加工機床的周期誤差，刀具誤差以及加工中的振動。機床周期誤差主要是分度蝸桿本身的制造和安裝誤差引起的。有誤差的蝸桿在分度蝸輪的嚙合傳動中，將使蝸輪的轉(zhuǎn)動呈現(xiàn)以蝸桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)為周期的周期性不均勻，其不均勻性取決于蝸桿的頭數(shù)。一般機床分度蝸桿多采用單頭所以這種誤碼差在被加工齒輪每轉(zhuǎn)中的頻率就是分度蝸輪的齒數(shù)，它使?jié)u開線齒形上產(chǎn)生波度誤差。 刀具的制造和安裝誤差（徑向跳動和軸向竄動）經(jīng)常是齒形差的主要來源。就滾齒來說，幾乎滾刀上所有誤差參數(shù)都有影響被加工齒輪的齒形誤差。生產(chǎn)實踐表明，齒數(shù)少的小齒輪，刀具誤差對齒形誤差的影響尤為突出。但對齒數(shù)較多的大齒輪，則機床誤差的影響往往占主導(dǎo)地位。 加工的振動也將引起齒形誤差。特別是對高精度齒輪的加工不可忽視。 由于以上三者的影響。會使切出的輪齒形狀發(fā)生誤差即實際得到的漸 開線齒形如圖2.1中的黑線所示（而其中的Δ是齒頂?shù)菇遣糠郑┧^漸形開線齒形誤差是指在齒輪的端截面上，齒形的工作部分（h）范圍內(nèi)（齒頂?shù)? 棱部分除外），包容實際齒形距離為最小的兩條設(shè)計齒形（B、C）間的法向距離。設(shè)計齒形可以是修正的理論漸開線包括修緣齒形，突齒形等。工作齒形不是正確的漸開線時，則其嚙合點的運動理論上已不符合齒輪基本定律，即這時的瞬時傳動比將發(fā)生變化，所以齒形誤差會影響傳動的工作平穩(wěn)性。 圖2.1 齒形誤差分析圖 3 漸開線及其特點 3．1漸開線定義及特點 漸開線是一條直線（發(fā)生線）沿著一個定圓（基圓）作無滑動的純滾動，動直線上任一點的平面運動軌跡曲線。也可以這樣來看，以一線繩繞在圓周上，繩的一端拴一支鉛筆，將繩拉緊并逐漸展開，則鉛筆在紙上畫出來的曲線就是漸開線。繞繩的這個圓叫作基圓，圓的半徑以表示；展開的直線為發(fā)生線，如 ，它也是漸開線在k點的曲率半徑，其長度為，對應(yīng)的展 開角為。 圖3.1 漸開線形成原理圖 從漸開線的開成原理可知，漸開線有以下特點： （1）發(fā)生線（在漸開線上的任一點）恒垂直于漸開線，且與基圓相切，切點N就是發(fā)生線運動的瞬時中心，的長度等于作用角在某基圓上所對應(yīng)的弧長 ，即 而 圖中向徑與的夾角稱為漸開線上k點的壓力角，意思是當齒廓在 k點與另一齒廓嚙合時，該點運動方向（線速度）之間的夾角，由圖中的關(guān)系可知： 上式說明壓力角隨向徑的增大而增大，在基圓上壓力角等于零。 不可能大于90o ，因為那樣將為無窮大。一般漸開線齒輪最大壓力角在齒 頂。 （2）對應(yīng)于漸開線起點a至任一點k的圓心角稱為漸開線角，用壓力角 的函數(shù)來表示，即稱漸開線函數(shù)，記為inv==- 因為 所以 （3）漸開線除可用向徑及漸開線角以極坐標方程式表示外，還可用直角坐標方程來表示，如圖3.2所示： 設(shè)坐標原點為基圓圓心，則任一點k的坐標X、Y分別為： 為簡便計算，將式中函數(shù)按麥克勞林級數(shù)展開，并取近似值，即： 則上式代入直角坐標方程式，則： 圖3.2 漸開線直角坐標 （4）當向徑由漸開線的起始點a回轉(zhuǎn)過一個漸開線角 時，對應(yīng)漸開線長度S可用下式計算； （5）漸開線的所有點都在基圓以外，基圓相同，則漸開線相同，基圓越大，漸開線越平直，當基圓半徑時，漸開線就變成垂直于發(fā)生線的直線，即為齒條齒廓。 3．2漸開線理論在齒檢儀上的應(yīng)用 通過對以上漸開線理論的學(xué)習(xí)，可以得到如下結(jié)論：描述漸開線可用三種方法； 1、 漸開線生成原理 2、以極坐標方式 3、以直角坐標方式 根據(jù)這三種方法選出了各種各樣的漸開線齒形檢查儀，根據(jù)方法1查出的儀器用于比較測量，有機械范成和電子范成兩類。根據(jù)方法2的儀器用于絕對測量，它是通過齒形上坐標點的位置與理論公式或數(shù)學(xué)模型進行比較。單盤式漸開線檢查儀屬于第一種類型。 4 原單盤式漸開線檢查儀簡介 我這次改裝的儀器，其原型是我院公差實驗室里的一臺蘇聯(lián)產(chǎn)單盤式漸開線檢查儀，其外觀如下面圖所示。 該儀器生產(chǎn)于五十年代，由于它結(jié)構(gòu)簡單，因而測量精度高。這種儀器曾在車間大量使用。一些生產(chǎn)插齒刀，剃齒刀的工具廠，為生產(chǎn)每一種產(chǎn)品配備一臺儀器，使用起來十分方便。這也從一個方面說明了該儀器曾經(jīng)是比較先進的。 隨著科技的發(fā)展，測量技術(shù)也目新月異。該儀器逐漸暴露出了一些缺點： 1、不同的齒輪需要配備一個專用的精度很高（直徑公差0.001~0.002mm）的基圓盤. 2、對于被測齒輪的實際基圓半徑不能從儀器上直接獲得,而3、要通過 數(shù)學(xué)處理得到,故實驗室工作中對它不大歡迎,但對成批大量產(chǎn)品的檢驗所有很大的優(yōu)越性. 3、原單盤漸開線檢查儀分兩種類型;A型儀器的被測齒輪是帶孔的(比如我要著于改進的這一種);B型儀器的被測齒輪是帶軸的,故這也限制了儀器的通用性. 4、原儀器在測量之前都要有一個十分繁瑣的對中調(diào)零過程來保證其測量精度:用缺口樣板反復(fù)調(diào)整儀器,使測頭處在直尺的工作面上.測量效率很低. 5、原儀器的記錄裝置是采用一個百分表：齒輪每轉(zhuǎn)過一定角度讀取一個讀數(shù)（齒形誤差），不能進行連續(xù)測量。而且不能自動進行數(shù)據(jù)處理，效率不高，精度也受限制。 原儀器主要的缺點是以上五個方面，在測量要求高精度，高效率的今天，這些缺點更加明顯，可以說這種儀器已經(jīng)處于淘汰行列，簽于這種情況，我的設(shè)計目的------改裝單盤式漸開線檢查儀，是比較良好的。 關(guān)鍵是如何改進？作為設(shè)計者，我當然希望把所有缺點都將它消除，但這有很大難度。而且事物總處于不斷變化中，消除了這個缺點，說不準另一個缺點又出現(xiàn)了。而且分析上述五個缺點可知：1、2兩個缺點是由儀器的測量原理決定的，要消除這兩個缺點必將改變儀器的測量原理，必然要對原儀器大手術(shù)，那就不叫改進，而叫翻新了。 當然不能由于困難的存在而放棄努力，并且指導(dǎo)老師也給我提供了很好的設(shè)計藍圖： 1、 改進儀器的定位裝置； 2、 改進儀器的對中調(diào)零裝置； 3、 改進儀器的記錄裝置； 4、 很明顯，設(shè)計思路是針對后面三個缺點。 圖4.1 固定基圓盤式齒形測量儀 1-定位裝置；2-壓條；3-橫向滑架；4-彈簧拉銷；5-拉銷；6-杠桿；7-支架8-頂尖軸 9-測頭；10-套；11-軸；12-基圓盤；13-指針；14-螺母；15-彈簧；16-絲杠；17-基座； 18-手輪；19-徑向滑架；20-軸承套；21-滾珠軸承；22-直尺23-分度盤 為了彌補自身知識的貧乏，學(xué)習(xí)先進的齒形測量技術(shù)，我參閱了許多相關(guān)資料，作了一些實習(xí)參觀，為這次設(shè)計的順利進行打下了良好基礎(chǔ)。 5 齒形測量儀器參考 5.1 漸開線齒形的測量 漸開線齒形的測量對象是齒輪的齒側(cè)輪廓，測量的標準是儀器中的基準部分或樣板，測量方法有比較測量和絕對測量。 漸開線儀器（各種型式漸開線檢查儀的總稱）是通過機械范成或電子范成形成理想漸開線與被測齒形進行比較測量。而絕對測量是通過齒形上坐標點的位置與理論公式或數(shù)學(xué)模型進行比較，兩種比較方法均給出以線值表示的齒形誤差。 目前漸開線儀器很多，近年來隨著科學(xué)技術(shù)，電子工業(yè)特別是電子計算機的發(fā)展，電子演算式齒輪量儀有了很大的發(fā)展。有些齒輪量儀已開始向坐標測量儀器發(fā)展。 5.2漸開線儀器及其測量原理 所有漸開線儀器都是按漸開線的形成原理進行工作的。因此儀器的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證能形成具有較高精度的理想漸開線。盡管漸開線儀器的種類繁多，但都有不外乎是將理論漸開線（或方程式）與實際漸開線進行比校而獲得齒輪的齒形誤差。 5.2.1漸開線比較測量儀 所謂比較測量儀就是儀器的特定的機構(gòu)按漸開線形成原理產(chǎn)生理想漸開線，并與被測量的齒形比較而進行測量。凡屬機械范成的儀器都有具有這種功能。其差別僅僅是結(jié)構(gòu)和測量準確度的不同。下面是常用幾種單盤式和萬能式漸開線檢查儀。 1、 可換圓盤式漸開線檢查儀 這種類型的儀器要根據(jù)被測齒輪基圓半徑的不同而更換基圓盤，也就是說一種齒輪要配一個或兩個基圓盤，這樣的儀器叫單盤式或雙盤式漸開線檢 查儀。 圖5.1為單盤式漸開齒測量儀。被測齒輪1與可換基圓盤2安裝在同一心軸上，基圓盤直徑等于被測齒輪的基圓直徑，當被測齒輪規(guī)格改變時，需更換不同的基圓，所以又稱為可換基圓盤式漸開線齒形測量儀，絲杠3使基圓盤2和直尺5壓緊后便作無滑動的滾動，因而分別作直線運動和回轉(zhuǎn)運動。測頭4的杠桿和測微計6安裝在拖板7上。測頭4位于基圓盤切線方向的直尺邊上。當絲杠8推動拖板7移動時，測頭按漸開線原理沿理論漸開線形成一軌跡。當被測齒形與理論漸開線之間存在誤差時。此誤差便可從測微計6 反映出來。可使被測齒輪每轉(zhuǎn)過角度的大小，按測量點的數(shù)量決定，也可用記錄器把齒形誤差自動記錄下來。 由此可見，漸開線齒形測量是將被測齒形與由直尺和基圓盤所產(chǎn)生的理論漸開線進行比較。 圖5.1 單盤式漸開線齒形測量儀原理 單盤式漸開線檢查儀種類很多，結(jié)構(gòu)大同小異。由于結(jié)構(gòu)簡單，因而測量精度高。但使用不方便，缺點：a對于不同的齒輪需配備一個專用的精度很高（直徑公差0.001~0.002mm）的基圓盤；b對于被測齒輪的實際基圓直徑不能從儀器上直接獲得，而要通過數(shù)學(xué)處理得到，故實驗室工作中對它不在歡迎，但對成批，大量產(chǎn)品的檢驗仍有很大的優(yōu)越性。 根據(jù)JJG91-78單盤式漸開線檢查儀試行檢定規(guī)定，被檢齒輪可以是帶孔的（A型儀器）也可以是帶柚的（B弄儀器）儀器分高精度和低精度兩個精度等級，如表5.1所示： 表5.1 單盤式儀器的不同精度要求 項目 儀器類別 高精度 低精度 綜合誤差不大于 0.002mm 0.005mm 示值穩(wěn)定性不大于 0.001mm 0.002mm 2、雙盤式漸開線檢查儀 雙盤式漸開線檢查儀，由于是采用臥式基圓盤在導(dǎo)軌上自由滾動的結(jié)構(gòu)，故儀器需要用兩個基圓盤，如圖所示被檢定的漸開線樣板固定在基圓盤上，并隨同在圓盤在細繩的牽引下，在導(dǎo)軌上一起滾動，測量頭固定不動，并與漸開線表面接觸，同時檢測出齒形誤差。此儀器的測量壓力為0.1N ，范成精度很高。 雙盤式漸開線檢查儀與單盤式漸開線檢查儀工作原理略有不同，前者儀器的測量頭和直尺固定不動，而基圓盤和被測齒輪又轉(zhuǎn)動又移動，齒形的每一點均通過測量頭，并將齒形誤碼差檢測出來。后者基圓盤和被測齒輪只轉(zhuǎn)動直尺與測量頭同步移動，因此雙盤儀器較單盤更為簡單。 3、固定圓盤式萬能漸開線檢查儀 在單盤式漸開線檢查儀的基礎(chǔ)上加一套旋轉(zhuǎn)杠桿機構(gòu)，并通過杠桿進行放大，這就克服了上述單盤式或雙盤式漸開線檢查儀更換基圓盤的缺點，而成為萬能漸開線檢查儀，所謂萬能就是對于基圓不同的齒輪不需要換基圓盤即可進行測量，一般儀器在一定范圍內(nèi)可作無級調(diào)整，屬于這一類儀器的類型很多，以下是有代表性的幾種： （1） 萬能漸開線檢查儀 該儀器適于測量模數(shù)1-10mm，最大外徑為450 mm的齒輪，被測齒輪的 重量不超過50kg 圖5.2所示為儀器結(jié)構(gòu)圖，從圖中可看見滑板4 是儀器主動件，測量時轉(zhuǎn)動手輪6使滑板4移動，并通過下滑塊11推出擺尺8擺動，同時通過雙鋼帶3使基圓盤1和齒輪軸10轉(zhuǎn)動。另一方面，擺尺的擺動通過上滑塊9使測量滑架5和測量頭6同時移動，當齒形有誤差時，通過測量頭反映出來，并畫成誤差曲線圖?？梢姶藱C構(gòu)十分重要的環(huán)節(jié)是杠桿和上下滑塊系統(tǒng)，這一系統(tǒng)相對位置的正確與否，將直接引起測量誤差。 圖5.2 結(jié)構(gòu)原理圖 1-圓盤；2-主軸和上下頂尖；3-鋼帶；4-滑板；5-測量滑架；6-手輪；7-絲杠； 8-擺尺；9-上滑塊；10-齒輪和軸；11-下滑塊；12-玻璃刻刀；13-讀數(shù)顯微鏡； 14-調(diào)基圓滑架；15-微分筒；16-測量頭；17-換向器；18-測頭劃架；19-電感表； 20-電纜；21，22-記錄儀；23-記錄紙箔；24-上頂尖；25-擺動軸；26-力柱；27-手輪 在此儀器中固安基圓盤與在其圓周上的鋼帶的純滾動將產(chǎn)生生理想漸開線，而測量滑架或測量頭在齒形面上形成的漸開線是經(jīng)過了杠桿系統(tǒng)第二次產(chǎn) 生的漸開線，所以說杠桿系統(tǒng)是很重要的環(huán)節(jié)，如圖5.3所示 圖5.3 圓盤鋼帶及杠桿系統(tǒng) O為圓盤回轉(zhuǎn)中心,O′為杠桿擺動中心，當鋼帶與圓盤原來的切點a移動到a′的距離為S時，下滑塊回轉(zhuǎn)中心b移到b′距離也為S時，同樣，當上滑塊回轉(zhuǎn)中心d移到 的距離為d′，而測量頭由C移動到C′時，若被測點形沒有誤差，則距離也為ρ ，否則為ρ±Δ ，故傳動系統(tǒng)可分為二級，第一級傳動漸開線方程為： 第二級傳動漸開線方程為： 由于圓盤與齒輪回轉(zhuǎn)的角度相等，則 此公式為漸開線檢查儀的基本工作原理，從公式可看出儀器的杠桿系統(tǒng)是一種比例放大機構(gòu)并呈線性放大，當儀器的比例關(guān)系遭到破壞時，則儀器失調(diào)，并將出現(xiàn)誤差，故使用中經(jīng)常用標準漸開線樣板校對儀器。 （1） 旋轉(zhuǎn)杠桿式漸開線檢查儀 旋轉(zhuǎn)杠桿式漸開線檢查儀（見圖5.4）工作原理與擺動杠桿式漸開線儀器基本相同，所不同的是杠桿機構(gòu)與被測齒輪同軸回轉(zhuǎn)，測量時，用讀數(shù)顯微鏡c按標尺b調(diào)整被測齒輪的基圓半徑，使測量頭a正好落在滑架e在基圓滑架的滑動面上移動，同時通過滾柱推動杠桿h回轉(zhuǎn)，比例杠桿h轉(zhuǎn)動時， 圖5.4 旋轉(zhuǎn)杠桿式漸開線檢查儀 滾柱k與滑座j隨之移動，則鋼帶m1和m2使圓盤o施轉(zhuǎn)，與其同軸的被測齒輪p通過g的帶動也一起旋轉(zhuǎn)，若圓盤o的半徑為R0，滑架e移動ρ。則圖盤鋼帶移動的距離為； 此式與前面比例放大公式相同，旋轉(zhuǎn)杠桿式儀器主要的優(yōu)點是傳動鏈的對稱性比較好。 （2） 靠模式漸開線檢查儀 圖5.5 靠模式漸開線儀器原理圖 靠模式漸開線檢查儀（見圖5.5）的特點是儀器內(nèi)裝有一塊標準漸開線靠模板7，用它來起理論漸開線的作用，被測齒輪與靠模7安裝在同一軸上，通過帶動器連接并使其回轉(zhuǎn)，直尺6緊貼漸開線靠模板7的形成展成運動，滑板８同時被推動，當靠模轉(zhuǎn)過φ角時，滑板８移動Ｓ距離即 式中α=漸開線靠模板壓力角 面滑板８通過較鏈使與杠桿3回轉(zhuǎn)β角，則 式中A--杠桿回轉(zhuǎn)中心B到較鏈5的距離杠桿3又通過較鏈4與測量滑架2相連，測量時，調(diào)整滑架2靠緊墊入的量塊，量塊尺寸等于基圓半徑這時鉸鏈4到杠3的擺動中心距離等于齒輪的基圓半徑 rb。測量頭1到頂尖中心的距離也等于齒輪的基圓半徑rb，當杠桿回轉(zhuǎn)β角時，鉸鏈4就使測頭1 移動ρ距離。即 由引可見靠模式漸開線檢查儀的工作原理也與上述儀器相同，但靠模式儀器精度低，靈敏限差，不大使用。 （3） 正切式漸開線檢查儀 圖5.6 正切式漸開線檢查儀 正切式漸開線檢查儀的工作原理如圖5.6所示，轉(zhuǎn)動手輪使直尺與扇形板作無滑動的純滾動，直尺與縱向滑板連在一起，滑板上裝有正弦尺，通過滾動與重直測量滑架，聯(lián)系起來，測量滑板上又有一個調(diào)整測量頭位置的滑架，測量時，把測量頭調(diào)整到被測齒輪的基圓位置上，齒輪與扇形板同軸轉(zhuǎn)動，調(diào)整正弦尺使其斜角滿足下式關(guān)系； 當轉(zhuǎn)動手輪使滑板移動S距離時，圓盤與被測齒輪則轉(zhuǎn)動φ角，即 通過正弦尺的作用，使測量滑板移動的距離為ρ 正弦尺是本儀器實現(xiàn)萬能性的機構(gòu)，從它的工作性質(zhì)來說，在測量過程中會產(chǎn)生同步誤差和正弦原理誤差，兩者誤差方向相反。 將上式偏微分得誤差方程： 以此式知，當dθ和ds 誤差大小一定時，θ角愈大，則儀器的合成誤差dθ愈大，故使用此儀器時θ角應(yīng)小于45度， 儀器的正弦尺誤差主要是由于扇形板與直尺工作面之間的滑動現(xiàn)象所引起，其次是 弦尺的原理誤差，滑動在本儀器中不會直接引起測量誤差，故可令 并設(shè)s=100mm,dθ=2″，當θ=45°時， 當θ=30°時 故使用儀器時要注意正弦尺的原理誤差，即θ角應(yīng)盡可能小于45度，否則會出現(xiàn)校大的原理誤差。屬于這一類型的儀器有我國第二汽車廠ZZP109齒形檢查儀等。 4可換圓盤式漸開線檢查儀 PFS-600型漸開線螺旋線檢查儀經(jīng)過改進，生成了PFSU儀器。 PFSU型儀器的工作原理具有坐標測量儀器的特點，儀器的滑板1為主動 件，通過水平度盤斜槽2推動測量滑架3移動，同時通過與滑板連接的拉桿迫使摩擦圓盤4轉(zhuǎn)動（圓盤有兩種尺寸D1=40mm，D2=200mm），使主軸5與帶動器6和被測齒輪7產(chǎn)生角位移，調(diào)整基圓用的刻度尺，只起尺寸調(diào)整作用即儀表測量頭8的位置，不再起到改變運動關(guān)系的作用。 測量時，齒輪的基圓半徑通過調(diào)整，水平度盤斜槽的角度α來實現(xiàn)，計算公式為： 式中各符號含義見圖5.7 圖5.7 PFSU儀器工作原理 由于大小圓盤的尺寸相差5倍，當測量同一基圓齒輪時，用小圓盤測量的斜角α比大圓盤小5倍，故大小圓盤測量精度相差5倍。 圖5.8 斜槽與測量位移的關(guān)系 根據(jù)試驗斜槽角度與測量徑移的精度關(guān)系（見圖5.8）為：10″能產(chǎn)生4mm的位移，即相當于2.5″產(chǎn)生1ｍｍ的位移，對主軸轉(zhuǎn)角影響為 故本儀器的角度轉(zhuǎn)位的精度很高，但由于機械結(jié)構(gòu)的關(guān)系，儀器的靈敏限卻不一定能相適應(yīng)。 例如，用D=40mm的圓盤測量基圓直徑 =150.09mm的齒輪，由于基圓有0.003mm的誤差，如國將此誤差測量出來 ，并用角度秒表示，按式算出； 可見儀器水平斜度盤出現(xiàn)的1″的誤差，將造成被測齒輪基圓0.003mm的誤差故使用PFSU型儀器要注意此誤差的影響，而且這種影響隨使用圓盤直徑的不同及被測齒輪基圓尺寸的不同各異。 萬能漸開線檢查儀檢定規(guī)程規(guī)定，萬能式漸開線儀器分為三個精度，如表5.2所示，任何一類漸開線儀器按其檢定的情況和條件均可檢定高精度齒輪或精度稍低的齒輪，其先決條件是看儀器所劃出齒形曲線的直線度如何。直線度越好，則儀器精度越高，相反則精度要稍差一些。 表5.2 測量不同精度齒輪漸開線的儀器精度要求 被測齒輪精度 畫曲線的直線度誤差 綜合誤差（mm） rb<60mm Rb<150mm 4級 0.00-1 0.0015 0.002 5級 0.0015 0.002 0.003 6級以下 0.002 0.003 0.004 5.2.2 漸開線絕對測量儀 常用的漸開線絕對測量方法有兩種，旋轉(zhuǎn)坐標法和直角坐標法，坐標測量具有方法簡單，容易實現(xiàn)等特點，而缺點是測量不連續(xù)，但脈沖技術(shù)和電子計算機用于測量之后，坐標測量方法就是具有其他方法無可比擬的優(yōu)點， 下面介紹坐標測量方法和儀器。 1、 坐標式漸開線檢查儀 （1）坐標測量機 根據(jù)傳統(tǒng)的坐標測量方法，是在萬能工具顯微鏡上，使齒輪齒圓中心與圓轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心重合，將主顯微鏡的米字中心交點調(diào)整到齒輪的基圓上。測 量時，旋轉(zhuǎn)分度頭，使齒形齒根處的齒廊與米字線交點重合，記下縱向顯微鏡的讀數(shù)ρ0，然后將齒輪轉(zhuǎn)過一定的展開角φ1 ，再縱向移動主顯微鏡，使用米字線再次與齒廊相交，第二次讀取顯微量鏡讀數(shù)ρ1 ，然后再轉(zhuǎn)動分度臺到φ2并移動顯微鏡交點到齒面上，再次從顯微鏡讀取ρ2，如此重復(fù)至齒頂。 由漸開線的表成原理式：知，被測定齒型誤差為： 上述測量過程如果在具有電子計算機的坐標測量機上按程序自動進行測量，則測量操作就非常簡單，齒輪的裝夾也不需找正，并可在測量時同時裝夾工件。 高精度坐標測量機各坐標的分辨率為；長度1μm，角度 0.5″，探測頭0.1μm，測量齒輪各參數(shù)的精度可高于或相當于一般齒輪測量儀器。 坐標測量機的探測頭有安全裝置，具有可預(yù)置測力，自動平衡頭重量和尋找齒間，孔徑等接觸中心的功能。 （2）極坐標齒形測量儀 它與上述坐標測量方法基本相同，不同的僅僅是將坐標測量方法用專門的儀器或裝置來實現(xiàn)。如中國計量科學(xué)研究院研制的漸開線樣板檢查儀。 儀器的測量方法是將漸開線的測量轉(zhuǎn)變?yōu)殚L度和角度的測量，這對量值統(tǒng)一工作十分有利，即可把長度基準和角度基準直接傳遞到漸開線儀器。 漸開線樣板檢查儀器如圖5.9所示由軸系1，調(diào)基圓半徑的滑座2，分度角塊和工作臺5，F(xiàn)A3準直管6，阿欠測長儀9，激光器13及其干涉系統(tǒng)7、8、11及接收系統(tǒng)12等部分組成。 目前機械式漸開儀器確定基圓半徑的方法都存在一定的主觀性， 圖5.9 漸開線樣板檢查儀 且精度較低，為克服主觀誤差因素提高測量精度，可采用最小二乘法，但計算繁瑣是其不足之處。 坐標測量方法的測量頭誤差是一種方法誤差，測量頭在坐標測量中就某種意義上說可代表齒輪基圓的位置，因為儀器的調(diào)整主要就是調(diào)測量頭的位置。 通過計算，只要基圓或測頭位置的調(diào)整誤差不大于0.01mm,方法誤差是很小的,故此法比較容易保證測量精度. （4） 直角坐標齒形測量儀 該儀器采用直角坐標測量原理,將測得值與理論值進行比較. 測量時，是以高度定位，移動水平滑板使測量頭與齒面接觸。指示表讀數(shù)，測量值和計算值之關(guān)就是齒形誤差。 5.2.3電子范成式漸開線檢查儀 （1） 電子演算式漸開線檢查儀。 AMC-40型齒輪漸開線檢查儀是利用長光柵和磁分度來實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)處理方面采用了計算機系統(tǒng)。這樣，儀器就實現(xiàn)了坐標測量的數(shù)字化及數(shù)據(jù)處理自動化。 儀器沿被測齒輪基圓切線方向具有能自由滑動的測量架，其上固定一測頭，以很輕的測量壓力與齒面相接觸，當齒輪轉(zhuǎn)動時推動測量頭，沿X方向移動，如圖5.10 圖5.10 電子演算式齒形檢查儀 移動距離X由光柵偏碼器檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，同時從與被測齒輪同軸安裝的磁分度盤檢測出相應(yīng)轉(zhuǎn)角的脈沖信號，由計算中心電路算出齒形誤差。計算電路的數(shù)字輸出經(jīng)D-A變換器變成直流電壓，用直角坐標記錄儀畫出齒形誤差曲線。 對于被測齒輪的基圓半徑rb，在計算電路中用預(yù)置數(shù)的方法輸入常數(shù)K 值來解決。 這種測量方法是對齒形進行抽樣檢查，取樣間隔是以角值λ=2ΠJ/N（弧度）對展開長度K（mm）取樣，為了避免齒面表面光清度的影響，要取適當大的取樣間隔，評定總齒形誤差，通常齒形誤差測量的取100個點為合適。 （2）補償式電子展成漸開線檢查儀 GC-HP儀器采用補償式電子展成方法從根本上取代了機械范成原理，因而產(chǎn)生了新一代新型齒輪儀器。 測量齒形時，齒輪的回轉(zhuǎn)角為φ，測量頭沿基圓切線方向移動量為x，基圓直徑為，則 φ與x關(guān)系為； 那么，當每次對被測齒輪取樣時，測出X以后，把它和用公式計算出的 數(shù)值進行比較時，就可獲得齒形誤差。取樣越細，齒形便越接近連續(xù)曲線。 儀器中主軸回轉(zhuǎn)與測量頭的移動是對應(yīng)著被測齒輪齒形的。由計算機給出動作指令，通過脈沖馬達驅(qū)動，位移量是由旋轉(zhuǎn)編碼器與直線編碼器檢測出來，而且驅(qū)動系統(tǒng)的誤差及齒輪齒形都存在誤差，因此用檢測頭把它們的誤差測量出來，通過測量頭把驅(qū)動系統(tǒng)誤差加以補償，求出與理論值的差異，就可以檢測出齒形的誤差。 電子展成運動是采用DDA數(shù)控方式實行開環(huán)控制，而測量系統(tǒng)加入D-A變換后是實行閉環(huán)檢測，故此種系統(tǒng)的精度基準。已不是基圓盤和直尺，而是由電子計算機軟件系統(tǒng)建立起來的數(shù)學(xué)模型，只要編碼器的精度很高，就可達到較高的測量精度，這種儀器從簡化了機械作用來說，可以認為是機械式齒輪量儀的一大進展。 （3）電子追蹤范成漸開線測量設(shè)備 該儀器主軸和安裝測量頭的定位部件之間的相對位置可連續(xù)檢測，并與理論值相比較，測量頭位置的偏差由理論位置來決定，而主軸和測量頭間的 理論值是用來修正測量頭所指方向，對于固定距離的偏差，即側(cè)量頭追蹤著 漸開線齒形并保持著固定距離，記錄儀所記錄的信號曲線或數(shù)據(jù)，即為齒輪的實際誤差。 通過對以上各種儀器及其測量原理的參考，我認為：作為對單盤式漸開線檢查儀的改裝，若改變其測量原理，必要做很大的運動，故不適宜。由此我決定只在原儀器基礎(chǔ)上作微小改動，使其在某些性能方面得到較大改善。 6 方案選擇 6.1方案選擇1：關(guān)于定位裝置 在測量過程中，為了正確地感受被測信號，應(yīng)把被測對象的被測尺寸線 與儀器測量線的相對位置確定下來，因此必須定位。實現(xiàn)這種功能的裝置叫 定位裝置或定位件。 原來的單盤式漸開線檢查儀采用的是圓錐定位裝置，應(yīng)該說其定位精度是很高的，但是其結(jié)構(gòu)限制了儀器的使用范圍，即儀器只能測量帶孔的一般齒輪面對帶軸的齒輪無能為力，為了擴大儀器的使用范圍，增強儀器的通用性，決定對定位裝置進行改進，采用頂尖定位裝置，這樣就解決了儀器的通用性問題。 對于以軸心線作為測量基面的工件，不論是本身自帶軸的，還是配上心軸的，常常以軸或心軸的頂尖孔在頂尖間定位，頂尖定位簡單方便，定位精度高。 頂尖根據(jù)安放形式不同，分為臥式和立式兩種，若按形狀不同可分為直柄頂尖和錐柄頂尖，如果按頂尖尖部呈內(nèi)錐面或外錐面的不同，又可分為內(nèi)頂尖或外頂尖，此外，按頂尖在工作中是否與被測件一起轉(zhuǎn)動，分活頂尖和死頂尖。 a． 安放形式選擇：考慮到原來的單盤式漸開線檢查儀采用圓錐定位方 式，在儀器工作過程中，齒輪安放形式為立式，為了避免過多的改動， 仍采用立式的安放形式，故采用立式頂尖。 b內(nèi)頂尖或外頂尖：考慮到改裝的方便性使之技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，應(yīng)作盡小改動，故宜采用外頂尖。 c活頂尖或死頂尖：由于活頂尖可以減少頂尖與工件之間的摩擦，使頂尖經(jīng)久、耐用，更易保證精度，故宜采用活頂尖。 另外，由于該頂尖用于測量齒形，屬于大批量測量類型，故宜使其上頂尖上下活動方便，故宜采用彈簧頂尖。 圖6.1 定位裝置示意圖 綜上所述，我設(shè)計了如上頁圖6.1所示頂尖。 換成頂尖定位后，必須設(shè)計一個頂尖支架，在這里我有兩個選擇： 1.采用導(dǎo)軌 2.采用橫梁 由于下頂尖就在主軸上，為了保證上下頂尖同軸度，上下頂法應(yīng)該同步運動。故頂尖架必須固定在徑向滑架上?？紤]到徑向滑架本身空余平面不大，故友架設(shè)計應(yīng)盡量從簡，所以我選擇與橫梁作為頂尖支架。 由于橫梁的重心不穩(wěn)，如何緊固成了問題， 對此我作了如下設(shè)計來解決，1在徑向滑架下表面與支架下表面用一面兩銷定位，具體采用三個螺釘兩個銷。2在其側(cè)面采用兩個螺釘緊固，這樣頂尖支架的穩(wěn)定性就比較好，儀器的剛度得到保證。 相應(yīng)地徑向滑架要做如下修整：將緊固頂尖支架的兩個接觸平面銑平， 并嚴格保證垂直。 安裝頂尖架之后，徑向滑架的重心偏高該側(cè)，必然導(dǎo)致該燕尾導(dǎo)軌磨損嚴重，在實際測量過程中，我認為可以在另一側(cè)加一配重，保證重心偏移不太大，使兩側(cè)導(dǎo)軌磨損均勻。 6.2方案選擇2：關(guān)于對中間零裝置 6.2.1原單盤式漸開線檢查儀存在的不足 先說對中間調(diào)零的重要性：對儀器的測量頭來說，它可能出現(xiàn)三種位置，即位于基圓上，基圓內(nèi)和基圓以外三種情況。如圖6.2所示 漸開線儀器是利用直尺帶動基圓盤產(chǎn)生理想漸開線利用測量頭來描繪被測齒輪的實際漸開線，而測量頭的位置不同，則描繪出來的漸開線也不一樣，圖中測量頭A′位于基圓以內(nèi)，對于基圓中心的距離為rb-b為不正確的位置：測量頭A位于基圓和直尺的工作面上，為正確的位置；測量A″位于基圓以外，對于基圓中心的距離為rb+b也是不正確的位置。 圖6.2 測頭位置與各種漸開線關(guān)系 測量頭的位置偏差可按下式計算： 經(jīng)計算，測量頭的位置誤差在0.02mm以上,所引起的測量誤差就比較大,影響了儀器的測量精度,故有必要進行準確的對中調(diào)零過程。 原儀器是采用一種缺口樣板進行對中調(diào)零的,該過程十分繁瑣,須反 復(fù)進行多次才能達到調(diào)整目的,故有必要對該調(diào)整裝置進行改進。 6.2.2改進思路 為了簡化對中調(diào)零過程,增強儀器的使用方便性,設(shè)計一個限位裝置,使測量頭能在較短的時間內(nèi)調(diào)整到直尺的工作面上,達到一步到位。 6.2.3采用什么樣的限位裝置 首先，該裝置應(yīng)當具有刻線標志，這樣可使對中調(diào)零作為一個狀態(tài)記錄下來，下次對中調(diào)零只須達到這個狀態(tài)點就表面儀器已經(jīng)對中調(diào)零，亦即可達到一步到位的要求。 其次，由于儀器在測量過程中，測頭桿杠的尾部要有微小的位移量來表 示齒形誤差，故當限位裝置在對中調(diào)零過程完成之后，必須和測頭尾部脫離， 這就要求這個對中調(diào)零裝置要有進退自如或裝卸方便的特點，這樣才能保證儀器的方便靈活可靠。 方案一、采用檔塊作為限位裝置，在縱向滑臺上安裝一尋軌，檔塊就在導(dǎo)軌上可自由進退，滿足第二個要求。然后在導(dǎo)軌上可作上刻度線，使擋塊在尋軌上滑動，時刻都有一個明確的狀態(tài)點，滿足了第一個要求。故該方案滿足要求，在技術(shù)上可行。 方案二、采用螺旋千分表的一半作為限位裝置 千分表本身就帶有刻度，且螺桿的轉(zhuǎn)動就可進行自由的進退，所以很顯然它很好地滿足了對中調(diào)零裝置的兩個要求，故在技術(shù)上也可行。 分析以上兩個方案，兩者技術(shù)上均可行。但檔塊裝置須設(shè)計導(dǎo)軌，且檔塊與導(dǎo)軌的配合精度也必須高，否則滿足不了精度。而千分表本身的精度就比較高，材料也比較好找，故從經(jīng)濟上合理來看，方案2要優(yōu)于方案1，故對中調(diào)零裝置選擇千分表作為確定方案。 對中調(diào)零過程如下；首先還是用缺口樣板進行對中調(diào)零，達到要求之后，施轉(zhuǎn)千分表，使千分表的測桿頂住測頭杠桿尾部，記下此刻千分表的讀數(shù)N，這個N就作為對是調(diào)零的狀態(tài)點，以后只要千分表測桿頂住測桿尾部并旋轉(zhuǎn)至讀數(shù)N時，就表明對中調(diào)零已經(jīng)完成，接下來就可以進行傳感器的調(diào)零了。 也就是說該裝置帶入了一個標定的過程，使整個過程得到簡化，提高了測量效率。 6.3方案選擇3：關(guān)于記錄裝置 6.3.1單盤式漸開線檢查儀存在的不足 原儀器是這樣進行記錄的：當被測齒形與理論漸開線存在誤差時，測頭 的微小位移通過杠桿反映到杠桿尾部，測微計便可反映出這個誤差。這里所用的測微計是百分表。由于百分表的讀數(shù)精度相對較低。在當今機械工業(yè)飛 速發(fā)展的今天，機器的動力越來越大，速度越來越高，檢驗齒輪的精度也要 求越來越高，百分表在這個場合顯得比較落伍，因此有必要對這里的測微計 進行改進。 6.3.2改進思路 現(xiàn)代傳感器技術(shù)的突飛猛進為測量技術(shù)的提高提供了很大保障，我認為在這個場合采用傳感器，進行測微比較合適的，這樣可大大提高儀器的準確性和方便性。 6.3.3采用什么類型的傳感器 傳感器是將各種機械量轉(zhuǎn)換成電量的關(guān)鍵器件，而測微傳感器是將被測幾何量的微小變化轉(zhuǎn)換成電量微小變化的器件，按其工作原理可分為：電感式，互感式，電容式，壓電式以及電觸式等。 在本儀器上，傳感器的要求是：精度高，工作可靠，長期工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，信號可進行各種運算處理，使用方便。針對這一要求，我準備選擇電感互感類型的傳感器。 電感式傳感器分截面式和管式兩種：前者靈敏度中等，后者靈敏度較低。互感式傳感器分氣隙式和管式兩種：前者靈敏度較高，后者靈敏度較低。 在電感互感式傳感器中，又分軸向式和旁向式兩種，旁向式的比軸向式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度略低，但在測量內(nèi)表面時，使用方便。由于在本儀器的傳感器使用當中，只涉及測頭在軸向方向的微小位移，故沒必要選擇旁向式傳感器。在軸向式傳感器中具代表性的有如下幾種； 圖6.3為軸向式電感傳感器，其優(yōu)點是滾動導(dǎo)軌，精度高，磨損小，壽命長。缺點制造裝配較復(fù)雜。 圖6.4為軸向式電感器；其優(yōu)點是多層片簧導(dǎo)軌，精度高：行程大， 測力變化不大。缺點是徑向受力敏感。 圖6.5是軸向式互感傳感器，其優(yōu)點是片簧導(dǎo)軌，精度高：缺點是徑向 受力敏感、行程小、測力變化大。 在本儀器中傳感器要求測力變化不大，精度高，安裝方便，故我選擇圖6.4的軸向式電感傳感器。 圖6.3 軸向式電感傳感器1 圖6.4 軸向式電感傳感器2 圖6.5 軸向式互感傳感器 7 單盤式漸開線檢查儀精度分析 這項工作的目的在于掌握齒形誤差的大小和性質(zhì)，以便設(shè)法減小其影響，并找出誤差因素與儀器總誤差關(guān)系，同時了解儀器的性能，正確地使用和調(diào)修儀器，達到準確一致統(tǒng)一量值的目的。 7.1誤差分析概述 我改裝后的單盤式漸開線檢查儀，涉及到儀器測量誤差的有：上下頂尖，基圓盤、直尺、杠桿等，其測量鏈如圖7.1所示。 圖7.1儀器測量鏈示意圖 由于儀器制造和安裝精度所引起的誤差有： 1、 上下頂尖同軸度誤差； 2、 主軸回轉(zhuǎn)跳動誤差； 3、 基圓盤跳動誤差及其尺寸精度； 4、 直尺的平直度誤差； 5、 杠桿不等臂誤差。 7.2精度分析 7.2.1上下頂尖同軸度誤差 圖7.2 上下頂尖同軸度誤差分析 該誤差將引起齒輪的安裝誤差，最終表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)偏心?；剞D(zhuǎn)偏心對齒形測量的影響決定于偏心的方向和初始角位置。如果齒輪安裝成與軸線不垂直，則測量截面呈橢圓形。 由于頂尖偏心a使工件運動偏斜，相當于被測齒輪基圓在小平面內(nèi)有一位移量a′，其影響將與齒輪的偏心相同，如圖7.2所示； 展開角φ0=0°，φ=36° 上下頂尖不同軸使測量頭的齒側(cè)面上的運動軌跡不能理量論漸開線AB移動。 而按AB′近傾曲線移動，AB與AB′之間有一傾斜角λ，測頭在齒面上走的軌跡AB′，與理論的基圓半徑有差異，即理論漸開線有誤差。 基圓半徑誤差由下式計算： 由基圓半徑誤差引起的測量誤差 為： 設(shè) 則 7.2.2主軸回轉(zhuǎn)跳動誤差 當主軸回轉(zhuǎn)存在跳動誤差時，圓周下的一點A將產(chǎn)生偏移，其偏移量為 ，此時當基圓盤隨直尺走過距離時，實際走過，A點轉(zhuǎn)過φ角，兩者有一差值： 由圖7.3中關(guān)系可知： 圖7.3 主軸回轉(zhuǎn)跳動誤差 1、 基圓盤跳動及其尺寸誤差 該儀器要求其圓盤的制造精度如下： 直徑尺寸公差為±0.003mm 跳動公差為0.003mm 則 圖7.4 基圓盤跳動誤差分析 根據(jù)漸開線理論方程： 其中ρ即為儀器的測量要素，φ為展開角，設(shè)為36度 對上式進行微分，得： 則由基圓盤帶來的誤差為 則 2、 直尺的不平直度誤差 單盤式漸開線檢查儀在測量過程中，要求基圓盤與直尺的工作面接觸，測頭的位置必須處在這個工作面上，否則將帶來測量誤差，而直尺的不平直度誤差將影響到這個問題，如果直尺的工作面平直度如圖7.5所示，測量誤差按正弦變化： 圖7.5 直尺的不平度誤差分析 設(shè)：初始值，終值x=100mm，波距k=150mm，λ=0.0005mm 則 3、 杠桿不等臂誤差： 該儀器所記錄的齒形誤差不是直接從齒廊上獲得的，而是通過一個杠桿機構(gòu)間接獲得，如下圖7.6所示： 圖7.6 杠桿機構(gòu)示意圖 如果由于制造誤差或測頭磨損造成了兩臂不等長，就會帶來測量誤差，設(shè)兩臂相差 圖7.7 杠桿機構(gòu)原理圖 圖7.7中為實際齒形誤差，為記錄齒形誤差，二者存在誤差由下式計算： 則所帶來誤差為： 設(shè) 故 即由于杠桿不等臂將帶來0.02mm的誤差. 則 7.2.3儀器總誤差 本來,該儀器應(yīng)該還包括示值誤差和零位誤差,由于其數(shù)值較小,這里將其忽略. 由于上述各項誤差是隨機值,相互間無函數(shù)關(guān)系,故在合成總誤差時,采用隨機誤差的合成定律:即 7.2.4判斷精度達以要求否 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求,我設(shè)計的單盤式漸開線檢查儀要求能測量分度圓直徑100左右,6-9級精度法向模數(shù)為3.5~6.3的齒輪,通過查表可知,這種齒輪的齒形公差值為10mm,根據(jù)儀器精度判定標準 因為3.14<10/3 故儀器精度合格 8 結(jié) 束 語 經(jīng)過四個多月的努力,畢業(yè)設(shè)計任務(wù)順利完成了,在這里,我作一些補充. 通過對原單盤式漸開線檢查儀的定位裝置,對中調(diào)零裝置,記錄裝置三個方面的改進,原儀器的性能得到很大改善,但由于時間關(guān)系,以及自身能力有限,有些地方還沒有得以完善,對這些不夠之處我作如下設(shè)想: 一、 扇形板作為測量展開角的刻度,其最小分度值為 1°,精度太低, 宜做提高,我認為可采用光柵盤取代. 二、希望儀器能進行自動數(shù)據(jù)處理，進行誤差分析。 參考文獻 [1] 唐啟昌編.《圓柱齒輪測量》. 北京：中國計量出版社,1987 [2] 蔡康洪、李虹、王國芳編.《漸開線圓柱齒輪精度檢驗與測量儀器》. 北京：中國展望出版社,1987 [3] 胡彥群編.《用計算法確定齒形誤差曲線的傾斜中線》.計量技術(shù),1981 [4] 天津大學(xué)精儀系精儀教研室編.《齒輪測量與儀器》上冊 1980 [5] 柏永新著.《齒輪精度與綜合檢驗》. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1985 [6] 王明侗編著.《漸開線齒輪精度》1983 [7] 童玉麟主編.《互換性與測量技術(shù)》.中國林業(yè)出版社,1992 [8] 中國講師科學(xué)研究院長度室編.《齒輪測量》1974 [9] 唐敬修編著.《漸開線圓柱齒輪的測量》. 北京：中國計量出版社,1984 [10] 張善鐘主編.《精密儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》北京：機械工業(yè)出版社1990 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