大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀(10級測控2班第一大組之機械組課程設(shè)計報告)

1、成績專業(yè)綜合課程設(shè)計設(shè)計題目：大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀專題名稱： 機械子系統(tǒng)設(shè)計報告人姓名: 朱濠 同組人姓名： 張云 林宏煒 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器年 級： 2010級指導(dǎo)教師： 施軍 起止時間：2013年12月1日 2014年1月3日 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院2014年1月專業(yè)綜合課程設(shè)計設(shè)計說明書撰寫要求1. 整理提綱，與指導(dǎo)教師討論設(shè)計說明書的撰寫內(nèi)容；2. 設(shè)計說明書應(yīng)在設(shè)計工作的基礎(chǔ)上獨立完成，嚴禁抄襲，以便培養(yǎng)良好的學(xué)術(shù)道德；3. 設(shè)計說明書內(nèi)容包括：摘要、目錄（標(biāo)題及頁次）、設(shè)計任務(wù)書、總體設(shè)計（設(shè)計任務(wù)分析與創(chuàng)新點的構(gòu)思、測控儀器若干設(shè)計原則的考慮、測控儀器若干設(shè)計原理

2、的討論、測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計、測控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定、測控儀器造型設(shè)計）、精度設(shè)計、機械系統(tǒng)設(shè)計、光電系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、精度分析、設(shè)計小結(jié)及參考文獻；4. 設(shè)計說明書應(yīng)按教師推薦的格式書寫，要求文字簡明、通順，盡量使用專業(yè)術(shù)語；5. 說明書的內(nèi)容應(yīng)以計算內(nèi)容為基礎(chǔ)，參數(shù)的最后選擇應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；6. 設(shè)計說明書中的相關(guān)計算內(nèi)容應(yīng)列出計算公式，標(biāo)注出處、單位，寫出簡短的分析結(jié)論；7. 為了清楚說明計算內(nèi)容，應(yīng)附必要的插圖和簡圖。在簡圖中對主要零件應(yīng)統(tǒng)一編號、以便在計算中和分析中引用；8. 全部設(shè)計中所使用的參量符號和標(biāo)注，必須前后一致，各參量的數(shù)值應(yīng)標(biāo)注單位（

3、采用國際單位）；9. 設(shè)計說明書文中和文后要標(biāo)注和著錄參考文獻，標(biāo)注和著錄參考文獻的方法參考中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 771487文后參考文獻著錄規(guī)則。王代華2003年12月第一稿2004年12月修改2005年12月第二次修改2007年1月第三次修改2009年1月第四次修改2012年1月第五次修改摘 要齒輪檢測技術(shù)在齒輪制造中占有重要的地位，沒有先進的檢測技術(shù)和儀器，不可能制造出性能優(yōu)良、高質(zhì)量、高精度的齒輪。隨著大齒輪在工業(yè)工程等方面的廣泛應(yīng)用，對大齒輪的精度要求越來越高。針對大齒輪的齒形誤差的測量，本文提出了用測量頭的直線運動軌跡做基準(zhǔn)來在未檢測大齒輪漸開線齒形誤差的方法，設(shè)計了集機械、

4、光電、計算機一體化的在位測量儀器。在總體設(shè)計中闡述了大齒輪在位測量系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)組成的各個部分，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，建立了齒形部分理論漸開線數(shù)學(xué)模型和測量頭軌跡方程，采用了高精度的定位方法，根據(jù)測量頭所采集的齒輪誤差信息，通過光電系統(tǒng)對測量頭信號的調(diào)理，完成了實際齒輪齒廓的測量，軟件子系統(tǒng)的設(shè)計是基于Visual C+，構(gòu)建了測控系統(tǒng)人機交互平臺，實現(xiàn)了誤差的自動采集、處理、存儲、顯示、打印。關(guān)鍵詞：大齒輪，齒形誤差，直線基準(zhǔn)，在位檢測 ，Visual C+目 錄摘要3目錄4小組任務(wù)分配81 專業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)書92 總體設(shè)計102.1引言102.2設(shè)計任務(wù)分析與

5、創(chuàng)新性設(shè)計102.2.1設(shè)計任務(wù)的分析包括以下內(nèi)容102.2.2創(chuàng)新性設(shè)計112.2.3本儀器設(shè)計中應(yīng)注意的問題112.2.4本設(shè)計中創(chuàng)新點的構(gòu)思122.3測控儀器設(shè)計原則考慮132.3.1阿貝原則132.3.2變形最小原則142.3.3測量鏈最短原則142.3.4坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則142.3.5精度匹配原則152.3.6經(jīng)濟原則152.4測控儀器若干設(shè)計原理討論152.4.1平均讀數(shù)原理152.4.2比較測量原理162.4.3補償原理162.5大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測的主要方法162.5.1直角坐標(biāo)法162.5.2標(biāo)準(zhǔn)漸開線法172.5.3直線基準(zhǔn)法1172.6大型齒輪漸開線齒形誤差在位

6、檢測系統(tǒng)工作原理的選擇172.6.1直線基準(zhǔn)法的基本原理172.6.2坐標(biāo)系的建立182.6.3理論漸開線數(shù)學(xué)模型192.6.4定位球球心相對與齒輪軸心位置232.6.5測量頭坐標(biāo)計算的數(shù)學(xué)模型252.7測量系統(tǒng)設(shè)計262.7.1總體功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃262.7.2機械子系統(tǒng)功能實現(xiàn)262.7.3光電子系統(tǒng)功能實現(xiàn)272.7.4測量系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)282.8造型設(shè)計282.8.1造型要求282.8.2裝飾方面283 精度設(shè)計與誤差分配303.1精度設(shè)計303.2誤差分析303.2.1機械子系統(tǒng)誤差303.2.2電氣子系統(tǒng)誤差313.2.3軟件子系統(tǒng)誤差313.2.4其余誤差313.3誤差分配314 機械

7、子系統(tǒng)324.1引言324.2機械結(jié)構(gòu)的原理及功能324.2.1測量定位系統(tǒng)324.2.2 X方向誤差信號的傳遞334.2.3測量頭Y方向的運動334.3定位機構(gòu)的設(shè)計334.3.1總體要求334.3.2定位球直徑的計算334.3.3定位球跨距以及定位臂長的確定354.3.4測頭及測桿的設(shè)計計算374.3.5片簧的設(shè)計424.3.6柱銷的設(shè)計454.3.7十字片簧的設(shè)計454.3.8 杠桿的設(shè)計計算474.3.9 杠桿限位裝置的設(shè)計494.3.10電感傳感器的安裝緊固件尺寸設(shè)計計算504.3.11 誤差傳遞機構(gòu)外廓尺寸計算524.4 導(dǎo)軌的設(shè)計524.4.1設(shè)計要求524.4.2在Y方向運動導(dǎo)

8、軌的設(shè)計554.4.3定位臂導(dǎo)軌的設(shè)計594.5 螺旋傳動的設(shè)計624.5.1 螺旋傳動的分類624.5.2螺旋副的選擇634.5.3滑動螺旋傳動的計算634.5.4滾動螺旋副的設(shè)計674.6電機的選擇714.7 聯(lián)軸器的設(shè)計714.8箱體的設(shè)計724.8.1 箱體分類724.8.2 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計734.8.3 箱體的毛坯、材料及熱處理734.8.4 設(shè)計的主要問題和設(shè)計要求744.8.5 箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇745 精度分析765.1 機械部分誤差分析765.1.1定位誤差765.1.2數(shù)據(jù)采集機構(gòu)的誤差775.1.3導(dǎo)軌直線運動誤差785.1.4絲桿螺母結(jié)構(gòu)的運動誤差785.1.5差動電感傳

9、感器的測量誤差785.1.6差動電感傳感器的裝配誤差785.1.7光柵位移傳感器的測量誤差785.1.8光柵位移傳感器的裝配誤差785.1.9電機與連軸器連接部分安裝誤差795.1.10動導(dǎo)軌與連軸器連接部分安裝誤差795.2 機械部分誤差合成796 心得體會807 參考文獻82附錄一 軟件子系統(tǒng)83附錄二 光電子系統(tǒng)87小組任務(wù)分配 組長：朱濠 組員：張云、林宏偉我們機械小組的任務(wù)具體被分為四部分：1 張云、林宏煒完成各種參數(shù)的確定和零部件選取配合；2 朱濠、張云繪制零部件草圖和裝配圖；3 朱濠、林宏煒通過SoildWorks制圖；4 張云、朱濠、林宏煒完成了報告的整理工作。1 專業(yè)綜合設(shè)計

10、任務(wù)書設(shè)計題目： Large-scale gears involute profile error measuring machine with a straight line basis(大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀)設(shè)計要求： 設(shè)計大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀器，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小，測量鏈短； 被測齒輪參數(shù)：模數(shù)8,齒數(shù)Z90，精度4級及其以下； 實現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)的自動采集、處理、存儲、顯示、打印輸出；2 總體設(shè)計 2.1引言儀器總體設(shè)計，是指在進行儀器具體設(shè)計之前，從儀器自身的功能、技術(shù)指標(biāo)、檢測與控制系統(tǒng)框架及儀器應(yīng)用的環(huán)境和條件等總體角度出發(fā)，對儀器設(shè)計中的全局問題進行全面

11、的設(shè)想和規(guī)劃。現(xiàn)代測控儀器是機械、光學(xué)、電學(xué)及計算機一體化的整體系統(tǒng)，是檢測與控制相結(jié)合的智能型動態(tài)系統(tǒng)。因此，測控儀器的范疇十分廣泛。總體來說，儀器總體設(shè)計的最終評估，是以其所能達到的經(jīng)濟指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)來衡量的。一般而言，在所有指標(biāo)中，精度和可靠性指標(biāo)是儀器設(shè)計的核心問題。就具體一臺儀器而言，其所能達到的新功能，所實現(xiàn)的新方法，所反映出的新技術(shù)、新理論等，則是儀器總體設(shè)計中的創(chuàng)新。創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)貫穿儀器總體設(shè)計的始末，創(chuàng)新才有發(fā)展，創(chuàng)新才有效益?？傮w設(shè)計要考慮的主要問題：1 設(shè)計任務(wù)分析與創(chuàng)新性設(shè)計2 測控儀器若干設(shè)計原則的考慮3 測控儀器若干設(shè)計原理的討論4 測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計5

12、 測控儀器系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定6 測控儀器造型設(shè)計2.2設(shè)計任務(wù)分析與創(chuàng)新性設(shè)計為了設(shè)計好儀器，首先必須對設(shè)計任務(wù)有詳細的了解和分析。這一工作的目的是要弄清楚設(shè)計任務(wù)對儀器設(shè)計提出的要求和限制，以便所設(shè)計的儀器能實現(xiàn)和滿足設(shè)計任務(wù)提出的各項指標(biāo)和要求。為此，要了解被測對象的特點、技術(shù)指標(biāo)、使用條件、測量范圍等。2.2.1設(shè)計任務(wù)的分析包括以下內(nèi)容測控儀器的工作任務(wù)首先是對被測參數(shù)的測量和跟蹤。本次設(shè)計任務(wù)的被測參數(shù)是大齒輪齒形誤差。（1）了解測控參數(shù)載體（測控對象）的特點測控參數(shù)載體，即測控對象，一般是各種各樣的機械或光學(xué)載體。這些載體的大小、形狀、材料、重量、狀態(tài)等特點都將對測量

13、和跟蹤控制的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。因此，儀器設(shè)計要設(shè)法消除測控對象中其它參數(shù)對被測參數(shù)的影響，即要獲取被測信號本身。本次設(shè)計任務(wù)的被測對象是大齒輪，它具有尺寸大、重量大的特點，尤其是加工工藝的特殊性，其精度主要靠加工工藝來保證，因此要設(shè)計一種能在車間中使用的大齒輪在位檢測儀器是迫切需要的。（2）了解儀器的功能要求儀器的功能要求包括儀器用途（是靜態(tài)測量還是動態(tài)測量、是開環(huán)測量還是閉環(huán)測控、是一維測量還是多維測量、是單一參數(shù)測量還是多種參數(shù)測量）；儀器的檢測效率；儀器的測量范圍；儀器的承載能力；儀器的操作方式（手動、自動、鍵盤、觸摸屏）；測量結(jié)果的顯示方式（儀表、數(shù)字、圖象、記錄、打印等）；儀器的自動

14、診斷要求；儀器的自動保護要求以及儀器的外輪廓尺寸與自重要求等。（3）了解儀器的使用條件儀器的使用條件和工作環(huán)境對儀器能否達到設(shè)計要求起到至關(guān)重要的作用。例如：儀器是在室內(nèi)還是室外工作；是在計量室內(nèi)還是車間工作；是在線測量還是離線脫機測量；間斷工作還是連續(xù)工作（以及連續(xù)時間）；儀器工作環(huán)境（環(huán)境溫度變動范圍，濕度及振動情況，灰塵以及外界干擾）等。（4）了解國內(nèi)外同類產(chǎn)品的類型、原理、技術(shù)水平和特點了解國內(nèi)有關(guān)方面的加工工藝水平及關(guān)鍵元器件銷售情況。2.2.2創(chuàng)新性設(shè)計創(chuàng)新性設(shè)計體現(xiàn)在儀器設(shè)計所實現(xiàn)的原理、所達到的功能、所反映出的新方法和新技術(shù)等方面。創(chuàng)新主要包括原創(chuàng)性設(shè)計和對原設(shè)計的繼承和發(fā)展。

15、對現(xiàn)有儀器的原理、功能、特點了解的愈多，掌握的愈深入，愈容易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有儀器的缺陷，從而找到進一步完善和發(fā)展的途徑。2.2.3本儀器設(shè)計中應(yīng)注意的問題被測參數(shù)的精度要求被測參數(shù)的精度要求，關(guān)系到儀器選用什么樣的信號轉(zhuǎn)換原理和采用什么樣的主要結(jié)構(gòu)形式。例如，在設(shè)計高精度的分度裝置，除了應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)男盘栟D(zhuǎn)換原理外，軸系實際便是一個關(guān)鍵。在高精度大量程的直線位移測量中，保證儀器中有關(guān)部件做精確的直線位移，也是設(shè)計中的主要問題之一。（1）儀器類型根據(jù)測量任務(wù)的不同，可以有比較法測量的儀器和絕對法測量的儀器兩大類。這兩類不同測量方法的儀器，設(shè)計時差別很大，它們對信號轉(zhuǎn)換原理的選擇有不同的考慮，而且在儀器結(jié)

16、構(gòu)布局上也有較大差異。為此，應(yīng)根據(jù)設(shè)計前選擇測量方法選擇儀器。（2）儀器中的感受轉(zhuǎn)換部件類型感受元件是采用接觸式的還是采用非接觸式的，既決定于被測件材料的性質(zhì)，也與被測參數(shù)本身的性質(zhì)有關(guān)。例如，有些參數(shù)的測量，可能由于無法用測頭感受而不得不采用非接觸的感受方法。（3）儀器中的定位元件常用的定位元件有平臺、定位球、頂尖等多種形式。有些是固定的，有些是可動的，有些是可調(diào)的。它們的設(shè)計一方面要遵守基準(zhǔn)面統(tǒng)一原則，同時也和被測件的特定及精度要求有關(guān)。例如，在光柵式齒輪單面嚙合檢查儀和絲桿動態(tài)檢查儀等儀器中，它們的頂尖都做成死頂尖，其目的是為了克服活頂尖引起的軸向跳動對測量結(jié)果的影響。（4）儀器的通用性

17、如果要求儀器具有一定的通用性，就應(yīng)為儀器設(shè)計一定的附件和調(diào)整環(huán)節(jié)，同時也要考慮各種附件在主機上的裝卸問題，使儀器能適應(yīng)不同的測量對象。但在專用儀器中考慮較少。（5）儀器的使用場合對于計量室內(nèi)使用的高精度儀器，在設(shè)計時，應(yīng)盡量采取措施避免外界條件變化對它的影響，或者設(shè)計有消除外界條件變化對測量結(jié)果影響的校正環(huán)節(jié)。而對于在車間條件下使用的儀器，考慮的出發(fā)點則是防塵、防油、防水等密閉裝置，至于其它環(huán)境條件，要求在允許的范圍內(nèi)變化時，保證儀器也能正常工作。所要設(shè)計的儀器是和設(shè)計任務(wù)密切相關(guān)的，實際情況非常復(fù)雜，設(shè)計任務(wù)提出的要求是多方面的，應(yīng)該視具體情況而定。另外對于提高檢驗效率，降低勞動強度等方面的

18、要求，在儀器設(shè)計中也應(yīng)有所考慮。2.2.4本設(shè)計中創(chuàng)新點的構(gòu)思就儀器總體設(shè)計而言，創(chuàng)新包括所設(shè)計儀器在理論上、所實現(xiàn)的原理上、所達到的功能上、所反映出的新方法上和新技術(shù)等方面的創(chuàng)新。創(chuàng)新是指對原設(shè)計的繼承和發(fā)展。本次設(shè)計中創(chuàng)新點有：（1）原理創(chuàng)新提出測量齒輪齒形誤差的直線逼近漸開線的原理，測量頭的直線運動，消除了傳統(tǒng)測量儀器采用復(fù)合導(dǎo)軌所引起的誤差，保證了精度，并使開發(fā)的儀器結(jié)構(gòu)簡單、測量鏈短、成本降低等。（2）技術(shù)創(chuàng)新提出用測量頭直線運動軌跡去逼近齒形漸開線的在線測量方案，在確保測量精度的前提下，顯著縮短了測量導(dǎo)軌尺寸，并且由于雙定位球的精確定位系統(tǒng)確定測量頭相對于齒輪的位置，使測量頭的對正

19、誤差非常微小，測量操作方便。2.3測控儀器設(shè)計原則考慮在儀器設(shè)計長期實踐的基礎(chǔ)上，設(shè)計者經(jīng)過不斷的總結(jié)經(jīng)驗、繼承和發(fā)展前人的科技成果，形成了一些帶有普遍性的或在一定場合下帶有普遍性的儀器設(shè)計所遵循的基本準(zhǔn)則與基本原理。這些設(shè)計原則和設(shè)計原理，根據(jù)不同儀器設(shè)計的具體情況，作為儀器設(shè)計中的技術(shù)措施，在保證和提高儀器精度，改善儀器性能，以及在降低儀器成本等方面帶來了良好的效果。因此，在儀器的總體設(shè)計中，要特別注意的一個重要內(nèi)容就是具體考慮各設(shè)計原則和設(shè)計原理在儀器設(shè)計中應(yīng)如何實現(xiàn)以及采用何種具體措施實現(xiàn)。2.3.1阿貝原則對于線值尺寸測量儀器的設(shè)計，阿貝提出了一條具有指導(dǎo)性的原則，原則指出：為使量儀

20、能正確給出測量結(jié)果，必須將儀器的讀數(shù)刻線尺安放在被測尺寸線的延長線上。就是說，被測零件的尺寸線和儀器中作為讀數(shù)用的基準(zhǔn)線（刻線基準(zhǔn)）應(yīng)順序排成一條直線。但在實際設(shè)計中，完全遵守阿貝原則會造成：（1）儀器外廓尺寸過大；（2）自由度測量儀器很難在所有方向上都遵守阿貝原則；儀器設(shè)計者在大量的實際工作中進一步擴展了阿貝原則的定義。阿貝原則的擴展包含了三重意思，即：1)標(biāo)尺與被測量一條線；2)若做不到，則應(yīng)使導(dǎo)軌沒有角運動；3)若導(dǎo)軌存在角運動，則應(yīng)跟蹤測量算出偏移量加以補償；遵守這三條中的任意一條，就遵守了阿貝原則。在本次設(shè)計中，測頭在X方向采用了數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，不符合阿貝原則，在設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少測

21、頭的延伸長度以保證傳遞機構(gòu)的運動精度，并考慮是否需要進行阿貝誤差補償。測頭在Y方向上，標(biāo)尺光柵和測量線在一條直線上，運動導(dǎo)軌為雙V形滾珠導(dǎo)軌，運動的靈敏度較高，導(dǎo)軌的角運動極小，因此可認為是符合阿貝誤差的。而指示光柵和標(biāo)尺光柵的距離又很接近，其誤差可忽略不計。2.3.2變形最小原則變形最小原則是指盡量避免在儀器工作過程中，因受力變化或因溫度變化而引起的儀器結(jié)構(gòu)變形或儀器狀態(tài)和參數(shù)的變化，并使之對儀器精度的影響最小。在儀器工作過程中，無論是受力引起的變形，或是溫度變化或其它原因引起的變形，都是無法避免的。例如：儀器承重變化，引起儀器結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生測量誤差；溫度變化引起儀器或傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，導(dǎo)

22、致光電信號的零點漂移及系統(tǒng)靈敏度變化。為此，需要著重考慮變形最小原則。2.3.3測量鏈最短原則測量鏈最短原則是指構(gòu)成儀器測量環(huán)節(jié)的構(gòu)件數(shù)目應(yīng)最少。在儀器的整體結(jié)構(gòu)中，凡是直接與感受標(biāo)準(zhǔn)量和被測量信息的有關(guān)元件均屬測量鏈。這類元件對儀器精度影響最大，一般都是1:1影響到測量結(jié)果，因此設(shè)計時應(yīng)盡量減少測量鏈環(huán)節(jié)以提高儀器精度。測量鏈最短原則，一般只能從原始設(shè)計上加以保證，不能采用補償?shù)姆椒▉韺崿F(xiàn)。如采用電子式位移同步比較原理的儀器可以大大縮短測量鏈，使儀器的精度及其它方面的功能得到大幅度提高。本設(shè)計中采用了電子式位移同步比較原理，可以大大縮短測量鏈，使儀器的精度及其它方面的功能得到大幅度的提高。測

23、量時，使觸頭和被測齒輪的齒面接觸。在測量過程中，電感傳感器采集觸頭在X方向上的微位移信號，光柵傳感器采集導(dǎo)軌運動方向信號，兩路信號同時送入計算機進行分析。這就是位移量同步比較原理。2.3.4坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則坐標(biāo)系基準(zhǔn)統(tǒng)一原則是對儀器群體之間的位置關(guān)系，相互倚賴關(guān)系來說，或主要是針對儀器中的零件設(shè)計及部件裝配要求來說。對零部件設(shè)計來說，這條原則是指：在設(shè)計零件時，應(yīng)該使零件的設(shè)計基面、工藝基面和測量基面一致起來，符合這個原則，才能使工藝上或測量上能夠比較經(jīng)濟地獲得規(guī)定的精度要求而避免附加的誤差。對于部件裝配，則要求設(shè)計基面、裝配基面和測量基面一致。在本設(shè)計中，標(biāo)準(zhǔn)漸開線的數(shù)學(xué)模型、測量頭的移動、

24、定位球的定位精度等相關(guān)計算最后通過坐標(biāo)變換統(tǒng)一到XOY中，從而避免了附加誤差。2.3.5精度匹配原則精度匹配原則是在對儀器精度分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)儀器中各部分環(huán)節(jié)對儀器精度的影響程度不同，分別對各部分環(huán)節(jié)提出不同的精度要求和恰當(dāng)?shù)木确峙?。本次設(shè)計中機械子系統(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。具體精度分配在精度分析中有詳細闡述。2.3.6經(jīng)濟原則經(jīng)濟原則在儀器設(shè)計中應(yīng)從以下幾個方面考慮工藝性：（1）合理的精度要求；（2）提高儀器壽命；（3）盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)化模塊；（4）合理的調(diào)整環(huán)節(jié)，設(shè)計合理的調(diào)整環(huán)節(jié)，往往可以降低儀器零部件的精度要求，以便降低成本的目的；（5）合理

25、選材。合理選材是儀器設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)之一，從減小磨損、減小熱變形、減小力變形、提高剛度及滿足許多物理性能上來說，都離不開材料性能。而不同的材料，其成本差價很大，因此合理選材至關(guān)重要。2.4測控儀器若干設(shè)計原理討論2.4.1平均讀數(shù)原理在計量學(xué)中，利用多次讀數(shù)取其平均值，通?？梢蕴岣咦x數(shù)精度。利用這一原理來設(shè)計儀器的讀數(shù)系統(tǒng)，即稱之為平均讀數(shù)原理。這種儀器的每一個讀數(shù)值實際上是由多個讀數(shù)的平均值構(gòu)成，所以精度很高。2.4.2比較測量原理 比較測量原理廣泛地應(yīng)用于各種物理量的測量。在電信號的測量中，比較電橋和比較放大是比較測量的基本形式。它可以消除共模信號的影響，有利于提高測量精度。在光電法測量儀

26、器中雙通道差動比較測量可以有效地減小光源光通量變化的影響。比較測量原理尤其適用于幾何量參數(shù)測量，如漸開線齒形誤差、齒輪切向綜合誤差、螺旋線誤差、凸輪型誤差等的測量。（1）位移量同步比較（2）差動比較測量（3）零位比較測量2.4.3補償原理儀器精度不可能只依靠加工精度來保證。如果在設(shè)計過程中，恰當(dāng)?shù)牟捎冒ㄑa償、調(diào)整、校正環(huán)節(jié)等技術(shù)措施，能在提高儀器精度和改善儀器性能方面收到良好的效果。2.5大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測的主要方法齒形誤差的主要測量方法有：直角坐標(biāo)法、極坐標(biāo)法原理、標(biāo)準(zhǔn)漸開線法、直線基準(zhǔn)法、標(biāo)準(zhǔn)圓弧法(會田氏法)、單面嚙合整體測量法。2.5.1直角坐標(biāo)法直角坐標(biāo)法是指將被測齒形

27、上的若干點的實際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)進行比較，計算得出齒形誤差。根據(jù)測量過程中采用的漸開線坐標(biāo)形式，坐標(biāo)法可以分為直角坐標(biāo)法與極坐標(biāo)法。直角坐標(biāo)法測量漸開線齒形的原理是把被測齒形置于給定的直角坐標(biāo)系中，把測量得到的齒形各點的直角坐標(biāo)值與其理論坐標(biāo)比較，經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲得齒形誤差。這種方法的控制與數(shù)據(jù)處理軟件均比較復(fù)雜，測量精度難以提高。極坐標(biāo)法的漸開線齒形測量儀，其工作臺在旋轉(zhuǎn)的同時，測頭按漸開線極坐標(biāo)方程 沿徑向移動，同時測量實際齒形偏差。此方法測量齒形，不需要切向運動機構(gòu)，可以簡化齒輪測量中心的機械結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，兩軸位移非線性，對徑向測量系統(tǒng)的精度及測頭相對于齒輪軸線的位置精度要求較高，僅適

28、合中等精度齒形的測量。2.5.2標(biāo)準(zhǔn)漸開線法將被測齒形與儀器產(chǎn)生的理論漸開線軌跡進行比較，從而求出齒形誤差的方法稱為標(biāo)準(zhǔn)漸開線法。用一直尺與基圓盤相切，當(dāng)基圓盤旋轉(zhuǎn)，直尺沿切線方向做無滑動的移動時，直尺與基圓盤的切點相應(yīng)移動，使直尺上的點A相對于基圓盤上的點形成理論漸開線軌跡。若測微儀的測端相對于切點，當(dāng)被測齒形與測端接觸時，就可以使實際齒形與理論漸開線軌跡進行比較，從而測得誤差。在大齒輪的測量中，理論漸開線軌跡不容易復(fù)現(xiàn)，常用一些簡單的幾何型線，如圓弧和直線來代替理論漸開線作為替代標(biāo)準(zhǔn)。2.5.3直線基準(zhǔn)法1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。如圖1所示，測量頭A沿Y軸

29、方向作直線運動，而且始終保持與齒面接觸。當(dāng)測量頭A沿Y軸方向做直線運動時，它在X軸方向的變化量可以由測微傳感器反映出來。假設(shè)在齒形工作范圍內(nèi)齒面上任意一點處的采樣值為，則既包括了齒形誤差信息量，又包括了測量頭的直線運動軌跡與漸開線之間的原理誤差即。2.6大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測系統(tǒng)工作原理的選擇2.6.1直線基準(zhǔn)法的基本原理我們選擇直線基準(zhǔn)法作為設(shè)計原理，應(yīng)屬于展成法范圍，其原理是利用測量頭的直線運動軌跡去逼近齒輪漸開線。在齒形工作范圍內(nèi)，用直線作基準(zhǔn)在位檢測大齒輪漸開線誤差是完全可行的。圖1 直線基準(zhǔn)法選擇直線基準(zhǔn)法主要考慮到以下三點：（1）大型齒輪漸開線輪廓接近直線，在測量范圍內(nèi)原理

30、誤差不大，有利于實現(xiàn)測量原理。（2）隨著齒數(shù)和模數(shù)增大，其原理誤差變化不大，故該測量原理適用范圍廣，具有現(xiàn)實意義。（3）運用該方法易于實現(xiàn)在線測量，并且有利于提高大型齒輪在位測量的精度。測量的基本原理是利用測量頭的直線運動軌跡去逼近齒形漸開線，如圖1所示：在齒形工作范圍內(nèi)的齒面上的任意一點Mi，有： （1）式中，xi為齒形誤差信息，xi為測量頭的直線運動軌跡與漸開線之間的理論誤差。2.6.2坐標(biāo)系的建立為了研究方便，建立三個坐標(biāo)系：1（O1-x1,y1,z1）：其原點O1為被測齒輪的軸心，其y1軸為O1點的漸開線發(fā)生點的連線；1（O2-x2,y2,z2）：其原點O2為齒廓上的某點（暫定為分度圓

31、上的點），其y2軸為在該點處齒廓的切線；1（O3-x3,y3,z3）：其原點O為通過測量頭球心A（A點位于x2軸上）同y2軸平行的直線與被測齒中線的交點，顯然y軸平行于y2軸，三坐標(biāo)系的建立如圖2所示。2.6.3理論漸開線數(shù)學(xué)模型測量頭在齒廓上滾動，其軌跡就是理論漸開線齒形的等距漸開線，如圖3所示，Mi點為測量頭與齒輪的接觸點，故： （2）式中d為測量頭直徑，b為基圓螺旋角。圖2 三坐標(biāo)系的建立圖3 漸開線生成線圖2.4 直角坐標(biāo)系變換 （3） （4） （5）因此在x1O1y1坐標(biāo)系中，漸開線上任意一點Mi的徑矢： （6）Rb為基圓半徑，i為齒廓上Mi處的端面齒形展開角，i為展角，ti為壓力角

32、。坐標(biāo)系變換：由坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系時： （7） （8）如若兩坐標(biāo)的原點不同，則需在上式轉(zhuǎn)換后，加上偏移向量 A1，即式： （9）Mz為變換矩陣，Ai為偏移向量。其中M-z一般為下式： （10）一、由到變換：x1O1y1中的xi軸上的分量投影到x2O2y2中，由于x1O1y1坐標(biāo)系與x2O2y2坐標(biāo)系夾角為t（t為分度圓上的端面齒形展開角），即=t，則：變換矩陣： （11）式中偏移向量： （12）式中：R為分度圓半徑， t為分度圓的端面壓力角將式（11），（12）代入式（9），得到（13）二、由到變換：從x2O2y2坐標(biāo)系變換xOy為：，變換矩陣 （14）在x2軸方向上向左平移，b為基圓螺旋角，

33、d為測量頭直徑。在y2軸方向上向上平移L，根據(jù)圖3可得： （15） （16）根據(jù)齒輪的一些方程式得： （17） （18）由公式（14）、（15）、（16）和（17）得： （19） （20）可得到偏移向量： （21） 式中，Z為齒輪齒數(shù)。就可得到接觸點在x2O2y2的坐標(biāo)： 令： （23）則（24）m為齒輪模數(shù)，Z為齒輪齒數(shù)，St為齒輪分度圓上的齒厚。 （25）則可得到： （26）2.6.4定位球球心相對與齒輪軸心位置如圖5所示在定位球與齒的接觸點上，半徑為，齒寬為： （27）式中： （28）則任意齒間隙為： （29）將公式（27）（28）代入式Ss=2Ri，可得： （30）由圖5 可知： （3

34、2） 化簡得： （32）圖5 定位球球心相對與齒輪軸心位置圖圖6測量頭坐標(biāo)計算的數(shù)學(xué)模型圖2.6.5測量頭坐標(biāo)計算的數(shù)學(xué)模型如圖6所示，A、B分別為兩定位球球心，測量頭在坐標(biāo)系xOy中的位置可由下式表示： （33）在圖3中可知 （34）根據(jù)圖6知： （35）將公式（32）代入（33）可得：（36） （37） （38） （39） （40）將代入，可得： （41）2.7測量系統(tǒng)設(shè)計2.7.1總體功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀設(shè)計，是光、機、電、算一體化的有機結(jié)合。該測量系統(tǒng)包括測量數(shù)據(jù)的自動采集、處理、存儲、顯示、結(jié)果分析及打印輸出。該測量系統(tǒng)具體是由機械主體、誤差信號提取及處理單元

35、電路、采樣控制信號單元及伺服驅(qū)動單元電路四部分組成，整個測控系統(tǒng)以IBM.PC機為核心在軟件菜單的控制下完成齒形誤差的采集和處理。機械子系統(tǒng)通過傳感器實現(xiàn)自動測量，將位移量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量送入光電子系統(tǒng)，光電子系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換過來的電學(xué)量進行信號處理、分析，并實現(xiàn)對機械系統(tǒng)動力的自動驅(qū)動控制，同時將信號送入計算機，軟件系統(tǒng)通過人機界面將信號獲取，并經(jīng)最終的數(shù)據(jù)處理、誤差分析等處理。本儀器是針對齒數(shù)為90，模數(shù)為8的一類大型齒輪齒形誤差測量而進行的設(shè)計。其功能由機械子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)三個部分實現(xiàn)。2.7.2機械子系統(tǒng)功能實現(xiàn)（1）測量系統(tǒng)的定位測量系統(tǒng)的定位主要是為了確定齒輪的基圓半徑，確定齒

36、輪的中心。在系統(tǒng)運行開始時，軟件系統(tǒng)的人機對話界面在輸入待測齒輪參數(shù)后，系統(tǒng)自動提示可選用的定位球直徑的大小范圍，及已經(jīng)計算確定的定位臂的長度范圍和調(diào)整參數(shù)，選用合適的定位球直徑和定位臂長，系統(tǒng)可以自動的確定定位位置并補償定位誤差。測量系統(tǒng)的定位靠定位球A和B完成, 定位球A的移動靠微分筒的絲桿驅(qū)動并帶有鎖緊裝置，定位球B為浮動。在定位時首先調(diào)整A的位置，并鎖緊后，定位球B會自動伸入另一個齒槽中，完成定位功能。為了適合不同齒輪的測量，需要設(shè)定不同定位球的大小和測量臂長度的選擇，這個通過一定的計算公式有軟件部分給出相應(yīng)的推薦范圍。為測量不同模數(shù)和不同直徑的齒輪，要求定位球易安裝及更換，且定位精度

37、高，重復(fù)性好。對于鎖緊螺母與半球形墊圈，應(yīng)避免夾緊時的過定位，保證定位精度，且裝夾方便。（2）位移的測量（X和Y方向）X方向即齒形誤差信號由測量頭測量，經(jīng)杠桿機構(gòu)將齒形誤差信號放大，由電感傳感器進行測量。在杠桿機構(gòu)中，利用十字片簧機構(gòu)可使測量頭與實際齒形機密貼合。片簧與柱銷構(gòu)成換向機構(gòu)，用于測量左右齒面?？紤]測量頭的應(yīng)力變形，分析時，先將測量頭測量的偏移量通過測桿傳遞到片簧，計算出彈力的大小，再將彈力折算到測頭的受力，計算出應(yīng)力變形的大小并給予適當(dāng)?shù)难a償。在Y方向上，主要通過光電子系統(tǒng)對光柵位移傳感器的條紋計數(shù)來控制Y方向上恒定的位移，從而實現(xiàn)等距離的數(shù)據(jù)采集。每次移動的距離決定了數(shù)據(jù)采集的精

38、度。在該方向上的運動靠步進電機控制絲桿導(dǎo)軌，因此涉及到步進電機的選擇和導(dǎo)軌的選擇。步進電機主要考慮到步進角和轉(zhuǎn)矩，絲桿導(dǎo)軌考慮與步進電機的選擇匹配。采用密珠滾動導(dǎo)軌，其運動靈敏度較高，并具有較高的導(dǎo)向精度。數(shù)據(jù)采集機構(gòu)安裝在雙V行密珠導(dǎo)軌副的動導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的運動采用滾珠絲桿副驅(qū)動，并利用長光柵位移傳感器檢測其運動量。由于該導(dǎo)軌采用單層導(dǎo)軌，避免采用復(fù)合導(dǎo)軌引起的儀器誤差，易于保證精度。（3）箱體的設(shè)計箱體的設(shè)計主要參考設(shè)計機械部分裝配后的具體尺寸，并根據(jù)一些設(shè)計手冊等資料提供的數(shù)據(jù)，確定箱體的尺寸、壁厚、肋板和凸臺等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。2.7.3光電子系統(tǒng)功能實現(xiàn)測控電路系統(tǒng)主要功能是信號轉(zhuǎn)換、

39、數(shù)據(jù)傳輸與自動控制，主要從精度、轉(zhuǎn)換速率、自動化程度等方面來考慮整個系統(tǒng)的構(gòu)造。本系統(tǒng)主要從精度和自動化程度來構(gòu)思整個系統(tǒng)的構(gòu)造。測控系統(tǒng)電路原理圖如圖7所示。由電感傳感器將測量頭傳遞過來的齒形誤差信息（X方向位移量）轉(zhuǎn)換成模擬信號，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入單片機系統(tǒng)中進行處理；由光柵位移傳感器獲取直線導(dǎo)軌的位移量（Y方向位移量），其作用有兩方面：一方面通過采用信號發(fā)生器產(chǎn)生采樣信號，采集齒形誤差信息；另一方面通過莫爾條紋的計數(shù)單元獲取導(dǎo)軌的準(zhǔn)確位置，再通過計算獲得齒形誤差。在齒形誤差測量測控電路中共有四路信號：第一路信號是由電感測量頭測量其位移量，經(jīng)十字片簧和杠桿機構(gòu)放大。傳遞出來

40、的輸出信號經(jīng)過放大、限幅、采樣保持以及A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機進行處理。第二路信號是由光柵位移傳感器采集導(dǎo)軌運動方向和位移量信號，經(jīng)過放大、整形、細分判向后送入單片機進行計數(shù)處理，并在相應(yīng)個數(shù)計數(shù)脈沖后產(chǎn)生中斷。第三路電路是由單片機輸出脈沖控制步進電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)導(dǎo)軌移動，從而使測頭隨齒行方向移動。第四路電路是用單片機與PC機實行串口連接，實現(xiàn)齒形誤差的顯示。2.7.4測量系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵，采用模塊化結(jié)構(gòu)，首先通過參數(shù)初始化及計算求出定位球直徑的范圍，再經(jīng)過定位球直徑、跨齒數(shù)、定位臂長和測量臂長的選擇，通過I/O端口采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行處理，最終將齒輪齒行誤差顯示在窗口上。

41、軟件系統(tǒng)主模塊框圖如圖7所示。2.8造型設(shè)計2.8.1造型要求(1)外形齒廓應(yīng)由直線和光滑曲線組成，盡量避免過度的凸出物，使外形美觀大方，減少安全隱患。(2)結(jié)構(gòu)勻稱，長和寬比例近似為黃金分割比，以取得協(xié)調(diào)美感。(3)結(jié)構(gòu)要均衡穩(wěn)定。儀器各部分輕重對稱，相對和諧，且下部較重，上部較輕，以降低重心。2.8.2裝飾方面(1)色彩格調(diào)符合人的審美觀，給操作者美的感受；(2)造型與布局的關(guān)系，以布局為主，造型應(yīng)為布局服務(wù)，為布局上使用方便服務(wù)。(3)考慮操作者人體尺度、視角要求、作用力要求及操作安全等。電感傳感 器放大電路限幅電路采樣保持A/D轉(zhuǎn)換AVR單片機光柵位移傳感器整形電路四細分辨向計數(shù)電路步

42、進電機驅(qū)動步進電機USB通信模塊PC機圖7 測控系統(tǒng)硬件電路原理框圖圖8 軟件系統(tǒng)模塊圖 界面顯示程序數(shù)據(jù)處理程序接口部分的程序圖9 軟件結(jié)構(gòu)框圖 電機驅(qū)動程序軟件系統(tǒng)3 精度設(shè)計與誤差分配3.1精度設(shè)計通過測量頭的直線運動軌跡做基準(zhǔn)來在位測量大齒輪漸開線齒形誤差，對于大型齒輪，其漸開線齒廓已很接近直線，只是在漸開線的兩端誤差較大，因此需要在兩端進行補償。由設(shè)計要求，選取參數(shù)如下：mn=8,Z=90,精度為IT8時，齒輪的公差為Ff=36um。根據(jù)1/3原則，儀器的總精度為36×1/3=12um，則U儀=12um。3.2誤差分析3.2.1機械子系統(tǒng)誤差（1）定位誤差（2）數(shù)據(jù)采集機構(gòu)

43、的誤差（3）導(dǎo)軌直線運動誤差（4）絲桿螺母結(jié)構(gòu)的運動誤差 （5）差動電感傳感器的裝配誤差（6）光柵位移傳感器的裝配誤差（7）電機與連軸器連接部分安裝誤差（8）動導(dǎo)軌與連軸器連接部分安裝誤差3.2.2電氣子系統(tǒng)誤差光電系統(tǒng)將測量頭采集的微位移通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由I/O端口送入軟件子系統(tǒng)，電路受外界干擾較大，且易受到溫度、環(huán)境的影響。主要包括：（1）傳感器誤差（2）A/D轉(zhuǎn)換誤差 3.2.3軟件子系統(tǒng)誤差 在軟件系統(tǒng)中誤差均為0.01um以內(nèi)，可取極小值。3.2.4其余誤差（1）原理誤差可完全補償；（2）溫度誤差 當(dāng)測量頭和齒輪兩者材料不同時，線膨脹系數(shù)就不同，則會引起溫度誤差。但由于測量頭直徑較小

44、，齒輪本身由于溫度引起的變化暫時不考慮，故在此溫度誤差不計。3.3誤差分配以上所分析的各種誤差中，需要進行考慮和計算的基本屬于隨機誤差和未定系統(tǒng)誤差，故主要按照隨機誤差的分配原則進行分配。參考加權(quán)作用原則，考慮到一些實際情況，并進行了適當(dāng)?shù)恼`差調(diào)整，確定各子系統(tǒng)的精度要求（局部誤差）如下：各子系統(tǒng)權(quán)重：機械系統(tǒng):0.75 電氣系統(tǒng):0.20 軟件系統(tǒng):0.05機械系統(tǒng)：電氣系統(tǒng): 軟件系統(tǒng): 4 機械子系統(tǒng)4.1引言機械一般認為它是“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

45、。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。這里我們將總體機器分為定位機構(gòu)，誤差傳遞機構(gòu)，光柵位移傳感器機構(gòu)，導(dǎo)軌傳動機構(gòu)，動力傳動機構(gòu)和箱體。4.2機械結(jié)構(gòu)的原理及功能本設(shè)計選用直線基準(zhǔn)法檢測齒輪誤差，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，并且始終與齒面接觸。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。4.2.1測量定位系統(tǒng)測量系統(tǒng)的定位靠定位球A和B完成。當(dāng)系統(tǒng)啟動以后，輸入待測齒輪參數(shù)，系統(tǒng)會自動提示可選用

46、的定位球直徑大小、定位臂長及調(diào)整參數(shù)。在選用適當(dāng)?shù)亩ㄎ磺蛑睆郊岸ㄎ槐坶L度之后，系統(tǒng)自動確定定位位置并會補償定位誤差。定位球A的移動靠微分筒的絲桿驅(qū)動并帶有鎖緊裝置，定位球B為浮動。定位時先調(diào)整A的位置并鎖緊，當(dāng)A伸入齒槽后，B將自動伸入另一個齒槽，完成定位功能。為測量不同模數(shù)和不同直徑的齒輪，要求定位球易安裝及更換，且定位精度高，重復(fù)性好。對于鎖緊螺母與半球形墊圈，應(yīng)避免夾緊時的過定位，保證定位精度，且裝夾方便。4.2.2 X方向誤差信號的傳遞齒形誤差是由十字片簧和杠桿將傳遞給電感測微儀測頭，由電感測微儀將位移信號轉(zhuǎn)換成電信號。片簧與柱銷構(gòu)成換向機構(gòu)，用于測量齒輪的左右齒面；預(yù)緊彈簧是為了保證

47、電感測頭工作的測量力范圍；限位裝置是為了防止可能因操作不當(dāng)或震動等造成杠桿位移過大而使十字片簧機構(gòu)受到損壞。因為此測量方案為接觸式測量，需考慮測量頭的應(yīng)力變形，并給予適當(dāng)?shù)难a償。4.2.3測量頭Y方向的運動系統(tǒng)的主要運動是Y方向的導(dǎo)向運動，采用雙V型密珠滾動導(dǎo)軌。誤差信號傳遞機構(gòu)安裝在雙V型密珠導(dǎo)軌副的動導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的運動靠步進電機控制滾珠絲桿導(dǎo)軌驅(qū)動，并利用長光柵位移傳感器檢測其運動量。因此涉及到步進電機的選擇和導(dǎo)軌的選擇，步進電機主要考慮到步進角和轉(zhuǎn)矩，絲桿導(dǎo)軌考慮與步進電機的選擇匹配。4.3定位機構(gòu)的設(shè)計4.3.1總體要求由前面的系統(tǒng)測量原理分析可知，直線基準(zhǔn)法存在原理誤差，而定位機構(gòu)的

48、設(shè)計精度是影響原理誤差的重要因素之一。目前大型和超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。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。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。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。4.3.2定位球直徑的計算定位球的直徑選擇一定要根據(jù)它的運動軌跡。定位球大小要保證其與兩齒廓可靠接觸，定位球球心位置應(yīng)在分度圓與齒頂圓之間。根據(jù)資料可查到定位球

49、直徑公式：通過查閱相關(guān)資料，定位球的直徑可由接下面超越方程（42）而得： (42)在此式中：Rb為基圓半徑；b為基圓螺旋角；Z為齒數(shù)；t為齒輪端面分度圓壓力角；ti為齒輪定位面分度圓壓力角；st為端面分度圓齒厚；將ti分別等于分度圓半的壓力角20，和齒頂圓壓力角23.18，算出定位球直徑范圍應(yīng)當(dāng)滿足（43）： (43)由（43）分析可得，D0的確定只與待測齒輪的具體標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)b（此處取用直齒， 即b=0）， t（我國規(guī)定的壓力角t=20°），Z,m有關(guān)。由matlab編程解方程(42)，可得出由GB135787所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列的定位球直徑范圍。如表1和表2所示，數(shù)據(jù)均取Z=90 （44）表1 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)所對應(yīng)的定位球直徑范圍 第一系列81012162025324050DminDmax13.4521.1916.8226.4920.1831.79