電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先是對(duì)檢測(cè)儀市場(chǎng)使用情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集工作，以確定設(shè)計(jì)的方案。 其次，分析所具備的條件因素，考慮廠方的成組技術(shù)要求，進(jìn)行方案的制定。 最后，開(kāi)始零件設(shè)計(jì)和重要零件三維繪圖設(shè)計(jì)。 本儀器用于測(cè)量直齒或斜齒的圓柱齒輪的漸開(kāi)線齒輪誤差。這種儀器不需要不同尺寸的基圓盤(pán)。通過(guò)在儀器上的數(shù)控裝置可以將被測(cè)工件的基圓半徑調(diào)準(zhǔn)到0.002MM.儀器表有電感比較儀 ,其傳感器將被測(cè)工件齒形的漸開(kāi)線誤差傳到指示電表上。本課題主要是著重與儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，并制作相關(guān)的三維軟件，以滿足設(shè)計(jì)改進(jìn)，質(zhì)量控制 ，售后服務(wù)，商務(wù)洽談方面的要求。 目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中銷量很多。國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的質(zhì)量和性能不斷提高，已經(jīng)具有和國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。不過(guò)在儀器精度、穩(wěn)定性，尤其在測(cè)量軟件、儀器故障診斷功能等方面，和國(guó)外還有一定差距。 關(guān)鍵詞： 漸開(kāi)線；儀器精度；數(shù)控裝置；傳感器 II Abstract This graduation design is first acquisition work on the use of market detector data, to determine the design scheme. Secondly, with analysis of factors, considering the requirements of group technology, make plan. Finally, start part design and important parts of 3D graphics design. This instrument is used for measuring the error of cylindrical gear involute spur or helical gear. This instrument does not need discs of different sizes. Through the numerical control device on the instrument can be measured workpiece radius of base circle aligned with the 0.002MM. instrument with inductance comparator, involute error of the sensor was measured the tooth profile of the workpiece to the indicating meter. This topic is mainly focuses on the design and equipment of mechanical structure, and fabrication of three-dimensional software related, in order to satisfy the design improvement, quality control, after sale service, business requirements. At present in the domestic sales of many products. The quality and performance of domestic gear measuring center continuously improve, ability has competition and foreign products. But in the instrument accuracy, stability, especially in the aspect of software, measuring instrument fault diagnosis function, there is still a certain gap with foreign. Key words: involute ； precision ； CNC device ； sensor III 目錄 摘 要 . I Abstract . II 目錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容 和意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 2 2 設(shè)計(jì)的要求及基本技術(shù)規(guī)格 . 4 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要 求 . 4 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量 . 4 2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 4 2.3.2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，翻譯英文資料 . 4 3 總體方案的設(shè)計(jì)原理 . 5 3.1 總體方案的確定 . 5 3.1.2 齒輪實(shí)際齒輪誤差的測(cè)量 . 5 3.2 原有儀器示意圖 . 6 3.3 總體方案的確定 . 6 4 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與說(shuō)明 . 8 4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 8 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 9 4.3 伺服驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì) . 10 5 機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) . 12 5.1 縱向?qū)к壍倪x擇 . 12 5.1.1 承受載荷的估算： . 12 5.2 橫向?qū)к壍倪x擇 . 13 5.3 滾珠絲杠副的計(jì)算 . 13 5.3.2 額定動(dòng)載荷 Ca 的計(jì)算 . 13 5.4 穩(wěn)定 性驗(yàn)算 . 14 5.5 軸承的選擇 . 17 5.5.1 壽命計(jì)算 . 17 5.5.2 計(jì)算附加軸向力 . 18 5.5.3 計(jì)算單個(gè)軸承 的軸向載荷 . 18 5.5.4 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 . 18 5.5.5 壽命hL10 . 18 IV 5.5.6 額定靜載荷驗(yàn)算 . 19 5.5.7 極限轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 . 19 5.6 聯(lián)軸器的選擇 . 19 5.7 鍵的選擇與聯(lián)接強(qiáng)度的計(jì)算 . 22 5.8 步進(jìn)電機(jī)的選擇 . 23 6 維護(hù)與保養(yǎng) . 25 7 結(jié)論和展望 . 26 致謝 . 27 參考文獻(xiàn) . 29 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 1 1緒論 此次設(shè)計(jì)是我到單位設(shè)計(jì)的 ，在設(shè)計(jì)之前，我曾到公司參觀了一臺(tái)手動(dòng)檢測(cè)儀（如圖1所示）對(duì)漸開(kāi)線齒輪工作原理有了一些了解，并提出了這種數(shù)控改造方案。為了增加論文的可持續(xù)性和易懂性，在論文中配一些相關(guān)圖解。 圖 1.1 普通漸開(kāi)線齒輪誤差檢測(cè)儀 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為了完全實(shí)現(xiàn)數(shù)控化，針對(duì)原有老式手動(dòng)儀器的數(shù)控化改造，因此系統(tǒng)采新的機(jī)電一體化技術(shù)和元件器，現(xiàn)代的機(jī)械系統(tǒng)必然是由電腦控制的伺服系統(tǒng)，其中包含機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)，機(jī)電一體化集成電路 的應(yīng)用，微電子和接口技術(shù) ,傳感技術(shù)等。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，精密測(cè)量技術(shù)也需要得到長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，再此次對(duì)漸開(kāi)線齒輪檢測(cè)儀進(jìn)行數(shù)控化改造，使其在應(yīng)用中獲得更佳性能參數(shù)。 1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 從上世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，齒輪測(cè)量中心的開(kāi)發(fā)受到眾多齒輪測(cè)量?jī)x器制造商的重視；90 年代逐步形成了系列化產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 CNC 齒輪測(cè)量中心是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在齒輪測(cè)量?jī)x器上集成應(yīng)用的結(jié)晶，主要用于齒輪單項(xiàng)幾何精度的檢測(cè)，也可用于（靜態(tài)）齒輪整體誤差的測(cè)量。 德國(guó) KLINGELNBERG 的 P 系列齒輪測(cè)量中心，其 特點(diǎn)是采用了專利的三維數(shù)字式高精度光柵測(cè)量頭（使用了 HEINDENHAIN 的超高精度光柵）；性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，高性能直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；高精度滾珠軸系和密珠滾動(dòng)導(dǎo)軌。儀器精度達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 1 級(jí)。據(jù)報(bào)道該廠生產(chǎn)并經(jīng)精化的一臺(tái) P65 齒輪測(cè)量中心，被英國(guó)國(guó)家齒輪計(jì)量實(shí)驗(yàn)室選定，作為英國(guó)齒輪精度傳遞及標(biāo)定的基準(zhǔn)儀器。美國(guó) M&M 的齒輪測(cè)量中心，其三維高精度電感測(cè)量頭；花崗石基座；精密氣浮軸系以及精密直線滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌，成為該儀器的特色（近年也采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)），儀器測(cè)量不確定度為 2m。德國(guó) MAHR 的 GMX275 采用的模擬量測(cè)量頭，可選擇掃描或單點(diǎn)采樣方式，可以按 0.1間距轉(zhuǎn)動(dòng)，使測(cè)頭的測(cè)尖能處于被測(cè)齒面的法面上，儀器測(cè)量不確定度在測(cè)量空間內(nèi)為（ 2.3m+L/200）。國(guó)外齒輪測(cè)量太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 中心廠商，大多還開(kāi)發(fā)了測(cè)量軟件和加工機(jī)床的參數(shù)修正軟件，選用相關(guān)軟件，還能用于反求工程對(duì)工件參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。高精度和一機(jī)多能的特點(diǎn)，使齒輪測(cè)量中心更適合于工廠計(jì)量站使用。日本的齒輪測(cè)量?jī)x器制造商，在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)過(guò)近十年的沉寂后近年來(lái)亮相頻繁。大阪精機(jī)在 GC-HP 系列齒輪測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出 CNC 電子創(chuàng)成式的 CLP 系列齒輪測(cè)量?jī)x器。特別 值得一提的是最近在國(guó)內(nèi)參展亮相的東京技術(shù)儀器公司（ Tokyo Technical Instruments Inc.）。在 2003 年底上海中國(guó)國(guó)際齒輪傳動(dòng)、制造技術(shù)及裝備展覽會(huì)上該廠首次展出 TTI-300E 型 CNC 齒輪檢測(cè)儀，據(jù)稱其質(zhì)量較小的測(cè)頭部件能單獨(dú)在徑向運(yùn)動(dòng)，便于快速測(cè)量齒輪齒距偏差。密珠軸系的主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá) 0.03m，儀器測(cè)量重復(fù)性達(dá)到 0.5m。 國(guó)內(nèi)近年來(lái)， CNC 齒輪測(cè)量中心有了長(zhǎng)足的發(fā)展，哈爾濱量具刃具廠、哈爾濱精達(dá)公司都先后成功開(kāi)發(fā)出了系列產(chǎn)品。哈量的 3903A 齒輪測(cè)量中心，經(jīng)過(guò)幾年努力 ，儀器精度和測(cè)量速度已達(dá)到或接近 KLINGELNBERG 公司產(chǎn)品的先進(jìn)水平。精達(dá)公司作為后起之秀，發(fā)展引人矚目，其 JD、 JDS 系列齒輪測(cè)量中心。 目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中銷量很多。國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的質(zhì)量和性能不斷提高，已經(jīng)具有和國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。不過(guò)在儀器精度、穩(wěn)定性，尤其在測(cè)量軟件、儀器故障診斷功能等方面，和國(guó)外還有一定差距。令人欣慰的是國(guó)內(nèi)齒輪量?jī)x制造商已有共識(shí)，已聯(lián)合高校院所協(xié)同攻關(guān)努力縮小差距；隨著性價(jià)比的迅速提高，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的增強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的發(fā)展前景看好。 當(dāng)前齒輪制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是 將齒輪測(cè)量技術(shù)和齒輪設(shè)計(jì)、加工制造進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)齒輪制造信息的融合及 CAD/CAM/CAT 的集成，從而構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)的齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)（由于通常由數(shù)字化信息來(lái)實(shí)現(xiàn)，可稱為數(shù)字化閉環(huán)制造系統(tǒng)）。隨著齒輪制造業(yè)的快速發(fā)展，因此齒輪測(cè)量技術(shù)和齒輪測(cè)量?jī)x器的發(fā)展方向更加明確。 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本儀器用于測(cè)量直齒或斜齒的圓柱齒輪的漸開(kāi)線齒輪誤差。這種儀器不需要不同尺寸的基圓盤(pán)。通過(guò)在儀器上的數(shù)控裝置可以將被測(cè)工件的基圓半徑調(diào)準(zhǔn)到 0.002MM。儀器表有電感比較儀，其傳感器將被測(cè)工件齒形的漸開(kāi)線誤差傳到 指示電表上，用電表可以直接讀數(shù)。本儀器也可以測(cè)量直尺圓柱齒輪的齒向誤差（大致的設(shè)備的樣子如圖，但我設(shè)計(jì)的儀器與此有些出入）。 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 3 圖 1.2 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 由于時(shí)間倉(cāng)促和作者缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和不足之處懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)指正。 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 設(shè)計(jì)的要求及基本技術(shù)規(guī)格 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 測(cè)量范圍： m=2 5； 分辨率： 0.002； 測(cè)量齒輪精 度等級(jí)： 7-10 級(jí)； 使用范圍：基圓直徑 d250m 的直齒，斜齒和圓柱齒輪。 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量 1.完成開(kāi)題報(bào)告。 2.對(duì)指定零件進(jìn)行有限元分析 3.查閱文獻(xiàn) 15 篇以上，并有不少于 8000 字符的外文資料譯文 4.中文摘要在 400 字以內(nèi)，有 34 個(gè)關(guān)鍵詞，外文摘要在 2000 字符以上 5.至少完成 A0 圖紙 4 張和一份 1 萬(wàn)字以上的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 2.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.3.1 儀器運(yùn)動(dòng)方案的確定 （ 1） 儀器伺服系統(tǒng)的選擇，設(shè)計(jì)計(jì)算； （ 2） 機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝圖 ，部分零件圖設(shè)計(jì)。 2.3.2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，翻譯英文資料 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 5 3 總體方案的設(shè)計(jì)原理 3.1 總體方案的確定 3.1.1 漸開(kāi)線的形成 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)漸開(kāi)線齒輪誤差檢測(cè)儀的原理 ,是基于在圓上產(chǎn)生漸開(kāi)線的方法 .即一條直線沿著一個(gè)直徑為 d 的圓 ,做無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)時(shí) ,該直線上任意一點(diǎn)的軌跡為該圓的漸開(kāi)線 ,如圖3.1。 （ 圖 1 ） 圖 3.1 圓漸開(kāi)線 3.1.2 齒輪實(shí)際齒輪誤差的測(cè)量 我們現(xiàn)在在假設(shè)用被檢測(cè)齒輪的基圓盤(pán)代替這個(gè)圓 ,用滑齒板代替這條直線 ,把檢測(cè)儀的測(cè)頭放在上圖 1 的 A 點(diǎn)時(shí) ,那么這個(gè)測(cè)頭就會(huì)沿著尺面進(jìn)行滑行 . 如果被檢齒形符合理論的漸開(kāi)線 ,則與測(cè)頭相連的指示表指針就不動(dòng) ,反之 ,則指示表就示出偏差數(shù)值 .使用這種儀器 ,每一個(gè)不同基圓直徑的齒輪 ,需要有一相應(yīng)尺寸的基圓盤(pán) ,這是一個(gè)很大的缺點(diǎn)。 為了避免產(chǎn)生上述的缺點(diǎn) ,本儀器采用無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)機(jī)構(gòu)和可以調(diào)各種基圓半徑的杠桿機(jī)構(gòu) .在儀器的內(nèi)部裝有一個(gè)固定的基圓盤(pán) a 及連接在它上面的兩條鋼帶 b,鋼帶 的另外兩端分別固結(jié)在滑板 c上 .使滑板的運(yùn)動(dòng)傳給杠桿直尺 d.杠桿直尺 d控制著測(cè)量滑架 .對(duì)滑板做平移運(yùn)動(dòng) .即對(duì)基圓盤(pán)作切向運(yùn)動(dòng) .測(cè)量時(shí) ,將被測(cè)滑架上的測(cè)頭調(diào)到被測(cè)齒輪的基圓上 .則當(dāng)滑架移動(dòng)時(shí) ,測(cè)頭即在被冊(cè)齒面上滑行。 圖 3.2 儀器原理圖 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 其比例適合于 : 0RSRS （ 3.1） 式中 S固定基圓盤(pán)滾程 S受檢齒輪基圓的滾程 R固定基圓半徑 0R受檢齒輪基圓半徑 上式表明 ,僅有一個(gè)基圓盤(pán)，就可以檢查任意基圓盤(pán)大小的漸開(kāi)線齒廓 .由于滑板 c 的移動(dòng)，通過(guò)杠桿，就可以帶動(dòng)測(cè)量滑架沿著與滑板平行的方向，產(chǎn)生一個(gè)適應(yīng)于上述比例關(guān)系的移動(dòng)量。這時(shí)測(cè)頭的測(cè)來(lái)量，即按照理論漸開(kāi)線在受檢齒輪的齒面上滑行。 3.2 原有儀器示意圖 圖 3.3 儀器示意圖 該測(cè)量?jī)x器基座的兩側(cè)有兩個(gè)電源插座，左側(cè)的云斗插座插座可獲得儀器總電源 ,右側(cè)的插座可供測(cè)威儀 220V 電源。全套測(cè)威儀由傳感器，測(cè)威儀電箱，功率放大電箱及自動(dòng)記錄器四個(gè)部分組成。 3.3 總體方案的確定 經(jīng)過(guò)考慮 ,我確定了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案：我分別在老式手動(dòng)檢測(cè)儀的 Y 向和 Z向作了改動(dòng)，改造后，被測(cè)齒輪通過(guò)安裝心桿來(lái)固定在兩頂尖之間 ,用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別代替以前的純手動(dòng)部件，控制帶測(cè)頭的工作臺(tái)和被測(cè)齒輪的相互匹配運(yùn)動(dòng)，他們分別是用 Y向步進(jìn)電機(jī)控制測(cè)頭的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用 Z 向步進(jìn)電機(jī)來(lái)控 制被測(cè)齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用軟件(也就是用單片機(jī)語(yǔ)言編程 )來(lái)完成這些運(yùn)動(dòng)。 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 7 在 X 向我用的是粗調(diào)和微調(diào)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整被測(cè)齒輪的位置，粗條只能是調(diào)整被測(cè)齒輪的大致位置 ,而微調(diào)則是調(diào)整被測(cè)齒輪的精確位置，此次用來(lái)進(jìn)一步確保該檢測(cè)儀的精度。 因?yàn)闈L珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、精度高，為了確保測(cè)量精度，所以我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)測(cè)頭。 太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與說(shuō)明 4.1 轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要 求精度很高 ,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) ,工作可靠 ,這個(gè)不僅僅是機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)所能解決的問(wèn)題 ,而是要通過(guò)控制裝置 ,使機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分與伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性相匹配 ,所以本次設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足以下幾個(gè)部分。 4.1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 也就是在不影響機(jī)械系統(tǒng)剛度的前提下，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量減小。否則，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)造成不良影響，機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降。所以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 4.1.2 剛度大 剛度是使彈性體單位量所需的作用力。大剛度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)而言是有利的： （ 1） 伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失 隨之減小。 （ 2） 機(jī)構(gòu)固有頻率高 ,超出機(jī)構(gòu)的頻帶寬度，使之不容易產(chǎn)生共振。 （ 3） 增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以再設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該選用大剛度的機(jī)構(gòu) 。 4.1.3 阻尼合適 機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的阻尼越大，其最大振幅就越小而且衰減也越快，但大阻尼也會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。所以設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼要選擇適當(dāng)。此外要球摩擦小（特別是提高機(jī)構(gòu)的靈敏度），抗振性好（提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性），間隙?。ūＷC機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)精度），特別是其動(dòng)態(tài)特性應(yīng)與伺服電動(dòng)機(jī)等其他環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性相匹配。 基于以上對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求， 所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用滾珠式杠轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它有許多優(yōu)點(diǎn)，比如： （ 1） 轉(zhuǎn)動(dòng)效率高 ,它的效率高達(dá) 90%-95%,耗費(fèi)的能量?jī)H為滑動(dòng)絲杠的 1/3。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)具有可逆性 ,即可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) ,又可以將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ,而且逆?zhèn)鲃?dòng)效率幾乎與正傳動(dòng)效率相同。 （ 3） 系統(tǒng)剛度好 ,通過(guò)給螺旋母組件內(nèi)施加預(yù)壓來(lái)獲得較高的系統(tǒng)剛度 ,可以滿足各種機(jī)械傳動(dòng)要求 ,無(wú)爬行現(xiàn)象 ,始終保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性。 （ 4） 傳動(dòng)精度高 ,經(jīng)過(guò)淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具很高的制造精度 ,又由于摩擦小 ,絲剛副工作時(shí)溫升和熱變形小 ,容易獲得較高的傳動(dòng)精度。 （ 5） 使用壽命長(zhǎng) ,滾珠是在淬硬道上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,磨損極小 ,長(zhǎng)期使用后仍能保持其精度 ,因而壽命長(zhǎng) ,且具有很高的可靠性 .其壽命一般比滑動(dòng)絲杠要高 5-6 倍。 但是 ,滾動(dòng)絲杠也有缺點(diǎn) ,如 : （ 1） 不能自鎖 ,特別是垂直安裝的絲杠 ,當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后 ,螺母將在重力重用下下滑 ,故長(zhǎng)需設(shè)置制動(dòng)裝置。 （ 2） 造工藝復(fù)雜 ,滾珠絲杠和螺母等件加工精度 ,表面粗糙度要求很高 ,制造成本高。 雖然滾珠絲杠有兩個(gè)缺點(diǎn) ,但是基于它有這 么多優(yōu)點(diǎn) ,能保證本次設(shè)計(jì)測(cè)頭的測(cè)量精度 ,電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 9 從而保證漸開(kāi)線齒輪誤差檢測(cè)儀的精度 ,很能符合本次設(shè)計(jì)的要求。 由于滾動(dòng)絲杠副獨(dú)特的性能而受到極大的評(píng)價(jià) ,因而已出成為數(shù)控機(jī)床 ,精密機(jī)械 ,各種省力機(jī)械設(shè)備急各種機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 滾珠絲杠軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法 :滾珠絲杠除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外 ,對(duì)其軸向間隙也有要求 ,以保證其反向傳動(dòng)的精度 .滾珠絲杠的軸向間隙是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原由間隙的總和 .通常采用雙螺母預(yù)緊的方法 把彈性變形 控制在最小限度內(nèi) ,以減小和消除軸向間隙 ,并可以提高滾珠絲杠副的剛度。 目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá) 0.05mm,而雙螺母式的經(jīng)過(guò)預(yù)緊力調(diào)整后基本上能消除軸向間隙 .應(yīng)用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn) : （ 1） 預(yù)緊力大小必須合適 ,過(guò)小不能保證無(wú)隙傳動(dòng) ,過(guò)大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大 ,效率降低 ,壽命縮短 ,預(yù)緊力應(yīng)不超過(guò)最大軸向負(fù)載的 1/3。 （ 2） 要特別注意減小絲杠安裝部分驅(qū)動(dòng)部分的間隙 ,這些間隙用預(yù)緊的方法是消除的 ,而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。 常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu) 有三種 : （ 1） 墊片調(diào)隙法； （ 2） 螺母調(diào)隙法； （ 3） 齒差調(diào)隙法。 滾珠絲杠副的支承方式的選擇： （ 1） 一端固定 ,一端自由 (F-O)； （ 2） 一端固定 ,一端游動(dòng) (F-S)； （ 3） 兩端固定 (F-F)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是兩端固定的方式 .因?yàn)閮啥斯潭ǚ绞降闹С袨闇p少絲杠因自重的下垂和補(bǔ)償熱膨脹，應(yīng)進(jìn)行的拉伸。只要實(shí)際問(wèn)升不超過(guò)預(yù)見(jiàn)的溫升，這種預(yù)見(jiàn)的溫升就不會(huì)產(chǎn)生周詳?shù)拈g隙。 4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)要求機(jī)械系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須得 到安全支承，并能精確的完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)任務(wù)由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)電一體化產(chǎn)品的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌，可以分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 其中滑動(dòng)導(dǎo)軌有兩個(gè)導(dǎo)軌工作面的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦?；瑒?dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛性好，抗振性高，是機(jī)械產(chǎn)品中最廣泛使用的導(dǎo)軌形式。為了減小磨損，提高定位精度，改善摩擦特性，通常選用合適的導(dǎo)軌材料，采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砗图庸し椒?，如采用?yōu)質(zhì)鑄鐵，合金耐磨鑄鐵或鑲淬火鋼導(dǎo)軌，采用導(dǎo)軌表面滾扎強(qiáng)化，表面淬硬、涂鉻、涂鉬等方法提高導(dǎo)軌的耐磨性。另外采用新型工程塑料可滿足導(dǎo)軌低摩擦、 耐磨、無(wú)爬行的要求。 滾動(dòng)導(dǎo)軌的承載能力很大，它的軌道采用圓弧形式，增加了滾動(dòng)體與圓弧軌道接觸面積，從而大大的提高了軌道的承載能力，可以達(dá)到平面軌道的 3 倍。滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛性很強(qiáng)，太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 在該導(dǎo)軌制作時(shí)常常需要預(yù)加載荷，這種導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度得以提高，所以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌在工作時(shí)能承載較大的沖擊和振動(dòng)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的壽命長(zhǎng)，由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)敦的 1/50 左右，磨損小，因而壽命長(zhǎng)，功耗小，便于機(jī)械小型化。滾動(dòng)導(dǎo)軌傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，由于摩擦小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。還有，滾動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力 ，裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。 基于以上滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)導(dǎo)軌作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，來(lái)作為導(dǎo)向和支承用。 4.3 伺服驅(qū)動(dòng)元件的設(shè)計(jì) 伺服系統(tǒng)也叫做隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行運(yùn)作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 大多數(shù)伺服控制系統(tǒng)具有檢測(cè)反饋控制理論，伺服系統(tǒng)不斷的檢測(cè)在各種擾動(dòng)作用下被控對(duì)象輸出量變化，與指令值進(jìn)行比較，并用兩者的偏差，使被控對(duì)象輸出量始終跟蹤輸入的指令值。 伺服系統(tǒng)中所用到的執(zhí)行元件很多，主要有：電氣式、 液壓式、氣壓式，其中電氣式主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、支流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 伺服系統(tǒng)要求執(zhí)行元件慣性小、動(dòng)力大，著為了使伺服系統(tǒng)具有良好的快速響應(yīng)性和足夠的負(fù)載能力，希望執(zhí)行元件具有較小的慣量，并輸出較大的功率；要求執(zhí)行元件體積小、質(zhì)量輕，這是為了執(zhí)行元件易于安裝及與機(jī)械系統(tǒng)連接，使伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，常常希望執(zhí)行元件具有較小的體積和較輕的質(zhì)量；要求便于進(jìn)行微機(jī)控制，因?yàn)闄C(jī)電一體化產(chǎn)品多采用微機(jī)控制，因而要求伺服系統(tǒng)及執(zhí)行元件也能采用微機(jī)來(lái)統(tǒng)一控制；另外，伺服系統(tǒng)還要 求執(zhí)行元件成本低、可靠性好、便于安裝和維修。 步進(jìn)電機(jī)又被叫做馬達(dá)，是伺負(fù)電動(dòng)機(jī)的一種。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以按照輸入的麥冬指令一步步地旋轉(zhuǎn)，即可以將輸入的數(shù)字指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移，。因此，它實(shí)質(zhì)上也是一種數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)成本較低，易于采用計(jì)算機(jī)控制，因而被廣泛用于開(kāi)環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。 4.4 其他元件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的粗調(diào)與微調(diào)機(jī)構(gòu)選的是絲杠螺母機(jī)構(gòu)，采用手動(dòng)調(diào)整絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)做 X向的運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)調(diào)整被測(cè)齒輪和測(cè)頭的位置，進(jìn)一步地保證測(cè)頭的測(cè)量精度，保證整個(gè)測(cè)量?jī)x的精度。 本次設(shè) 計(jì)中測(cè)頭在測(cè)齒行誤差時(shí)會(huì)有跳動(dòng)量，我們通過(guò)傳感器、放大器、顯示器把這個(gè)跳動(dòng)量顯示出來(lái)。 其中測(cè)量記錄的設(shè)計(jì)原理如圖 4.1。 電腦漸開(kāi)線齒輪齒形誤差檢測(cè)儀 11 振蕩器放大器相敏整流器功率放大器記錄器測(cè)量電橋傳感器指示器 圖 4.1 測(cè)量記錄的設(shè)計(jì)原理 其中傳感器內(nèi)兩個(gè)電感線圈按差動(dòng)方式接在測(cè)量電橋上，傳感器測(cè)端的位移就直接帶動(dòng)兩個(gè)電感線圈內(nèi)銜接的鐵位移。當(dāng)銜鐵處于兩線圈中間位置時(shí)，兩線圈電感相等，測(cè)量電橋平衡，沒(méi)有輸