齒輪徑向綜合誤差測量系統(tǒng)的設(shè)計

1、百度文庫讓每個人平等地提升自我齒輪徑向綜合誤差測量系統(tǒng)的設(shè)計作者姓名：專業(yè)：學(xué)號：指導(dǎo)教師：完成日期：目錄目錄1第一章緒論5齒輪測量技術(shù)簡介51.1.1齒輪測量技術(shù)的起源與歷程5齒輪的應(yīng)用有著悠長的歷史，而齒輪的科學(xué)研究卻始于17世紀M-Camus發(fā)現(xiàn)齒輪傳動的節(jié)點原理；1765年，LEuler將漸開線齒形引入齒輪,100連年后，F(xiàn)ellows等人應(yīng)用范成法高效地生產(chǎn)出漸開線齒輪,從此漸開線齒輪取得了普遍應(yīng)用。5由于制造與安裝等方而的原因,實際齒輪老是存在著誤差。這種誤差對傳動系統(tǒng)的精度與動態(tài)特性（特別是振動與噪聲）有直接的影響。因此，如何表征、測量、分析、利用和控制齒輪誤差一直是不斷探索的課

2、題。5齒輪測量的基礎(chǔ)是齒輪精度理論。齒輪測量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實質(zhì)上反映了人們對齒輪誤差熟悉的深化。迄今,齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運動學(xué)理論和齒輪誤差動力學(xué)理論的發(fā)展進程。其中，齒輪誤差動力學(xué)理論還處在探索中。第一種理論將齒輪看做純幾何體，以為齒輪是一些空間曲面的組合，任一曲而都可由三維空間中點的坐標來描述，實際曲面上點的位置和理論位置的誤差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看做剛體，以為齒輪不單單是幾何體，也是個傳動件，并以為齒輪誤差在嚙合運動中是通過嚙合線方向影響傳動特性的，因此嚙合運動誤差反映了齒而誤差信息。第三種理論將齒輪

3、看做彈性體，對齒廓進行修形，“成心地”引入誤差，用于補償輪齒承載后的彈性變形，從而獲取最佳動態(tài)性能，由此形成了齒輪動態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展，致使了齒輪精度標準的不斷豐碩和更新，如傳動誤差、設(shè)計齒廓的引入等。反過來，齒輪測量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標準的貫徹提供了技術(shù)支撐。5齒輪測量技術(shù)及其儀器的研發(fā)已有近百年的歷史。51.1.2齒輪測量技術(shù)的演變5齒輪綜合誤差測量原理6齒輪徑向綜合誤差的精度公差7齒輪徑向綜合誤差的精度公差公式如下：（m表示模數(shù)，d表示被測齒輪7直徑）7F；=3,2m+1.01石+64/-2.96111+0,017+0.87»I.由上述公式，

4、按照不同的m和d計算出的耳和工可以形成一個用于肯定被測齒輪1I.各類精度品級的表格。用實際測量所得的”和工的值，別離與表格中的數(shù)值相較較,就可以夠肯定被測齒輪的精度品級。7第二章齒輪徑向綜合誤差檢測系統(tǒng)設(shè)計8測量系統(tǒng)的設(shè)計框圖8測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計8系統(tǒng)的工作步驟9第三章系統(tǒng)各部份電路設(shè)計9差動變壓器LVDT與AD5989本測量系統(tǒng)采用差動變壓器來測量齒輪中心距的變更量。線性差動變壓器是一種應(yīng)用超級普遍的傳感器，用于測量距離、位移等物理量。線性差動變壓器專用集成電路芯片AD598（圖4）集成了正弦交流鼓勵信號的產(chǎn)生、信號調(diào)解、放大和溫度補償?shù)裙δ堋Ｍㄟ^改變外接振蕩頻率電容的大小，就可改變正弦交流

5、鼓勵信號的頻率，以適應(yīng)各類類型的線性差動變壓器對頻率的要求。9本設(shè)計的齒輪中心距變更量的檢測電路如圖4所示。AD598的二、3引腳產(chǎn)生一個正弦波鼓勵信號供給差動變壓器LVDT的一次繞組，從16引腳輸出反映LVDT內(nèi)芯位置的直流電壓信號。105十w士±±6.8pF0.1pF15V +R1LVDTC1 用于檢 測中心 距變動 皿 02 出R41 163,正. 0.11F探 頭R2-VSAD598 小EXC 1OFFSET1EXC2OFFSFT2LEV1SIG REFLEV2SIG OUTFREQ 1FEEDBACKFREQ 2OUT FILTB 1 FILIAl FILIB 2

6、 FILIFILTVAEH. AA圖4測量電路10電容式位移傳感器與多諧振蕩器10MSP430單片機及其外圍電路113.3.1單片機最小系統(tǒng)加液晶顯示電路113.3.2單片機上位機串行通信電路12333報警器、指示燈和繼電器電路12334步進電機和鍵盤部份13圖9整體設(shè)計框圖14令鍵盤控制電路14令步進電機驅(qū)動電路14為了高效控制步進電機的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進角度，才能控制步進電機轉(zhuǎn)動，咱們在這里采用ULN2OO3為步進電機提供脈沖信號。14J6F2ULN2003-(7000000001B2B3B4B5B6B7Bc c c c c c C12 3 4 5 6 7GNDVC

7、C1234 5 678 OJ9CQN2圖9-2步進電機驅(qū)動原理圖153.3.5電源部份電路15第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計15系統(tǒng)軟件流程圖15多諧振蕩器脈沖頻率檢測子程序16差動放大器信號的A/D轉(zhuǎn)換子程序16百度文庫讓每個人平等地提升自我第一章緒論齒輪測量技術(shù)簡介1.1.1齒輪測量技術(shù)的起源與歷程齒輪的應(yīng)用有著悠長的歷史，而齒輪的科學(xué)研究卻始于17世紀M<amus發(fā)現(xiàn)齒輪傳動的節(jié)點原理；1765年,L-Euler將漸開線齒形引入齒輪,100連年后,Fellows等人應(yīng)用范成法高效地生產(chǎn)出漸開線齒輪,從此漸開線齒輪取得了普遍應(yīng)用。由于制造與安裝等方面的原因,實際齒輪老是存在著誤差。這種誤差對傳動

8、系統(tǒng)的精度與動態(tài)特性（特別是振動與噪聲）有直接的影響。因此，如何表征、測量、分析、利用和控制齒輪誤差一直是不斷探索的課題。齒輪測量的基礎(chǔ)是齒輪精度理論。齒輪測量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實質(zhì)上反映了人們對齒輪誤差熟悉的深化。迄今，齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運動學(xué)理論和齒輪誤差動力學(xué)理論的發(fā)展進程。其中，齒輪誤差動力學(xué)理論還處在探索中。第一種理論將齒輪看做純幾何體，以為齒輪是一些空間曲面的組合，任一曲面都可由三維空間中點的坐標來描述，實際曲而上點的位置和理論位置的誤差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看做剛體，以為齒輪不單單是幾何體，也是個傳

9、動件,并以為齒輪誤差在嚙合運動中是通過嚙合線方向影響傳動特性的，因此嚙合運動誤差反映了齒而誤差信息。第三種理論將齒輪看做彈性體，對齒廓進行修形，“成心地”引入誤差,用于補償輪齒承載后的彈性變形，從而獲取最佳動態(tài)性能，由此形成了齒輪動態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展，致使了齒輪精度標準的不斷豐碩和更新，如傳動誤差、設(shè)計齒廓的引入等。反過來，齒輪測量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標準的貫徹提供了技術(shù)支撐。齒輪測量技術(shù)及其儀器的研發(fā)已有近百年的歷史。1.1.2齒輪測量技術(shù)的演變整體上考察過去一個世紀里齒輪測量技術(shù)的發(fā)展，主要表此刻三個方面:3百度文庫讓每個人平等地提升自我1）在測量原理方而

10、，實現(xiàn)了由“比較測量”到“嚙合運動測量”，直至“模型化測量”的發(fā)展。2）在實現(xiàn)測量原理的技術(shù)手腕上，歷經(jīng)了“以機械為主"到'機電結(jié)合”，直至現(xiàn)今的“光-機-電”與“信息技術(shù)”綜合集成的演變。3）在測量結(jié)果的表述與利用方面，歷經(jīng)了從“指示表加肉眼讀取”，到“記錄器記錄加人工研判”，直至“計算機自動分析并將測量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。與此同時,齒輪量儀經(jīng)歷了從單品種單參數(shù)儀器（典型儀器有單盤漸開線檢查儀），單品種多參數(shù)儀器（典型儀器有齒形齒向檢查儀），到多品種多參數(shù)儀器（典型儀器有齒輪測量中心）的演變。齒輪綜合誤差測量原理齒輪徑向綜合誤差查驗時，所用的裝置按放了一對齒輪，其中

11、一個齒輪裝在固定的軸上,另一個齒輪則裝在帶有滑道的軸上，該滑道帶一彈簧裝置，從而使兩個齒輪在徑向能緊密地嚙合（見圖1）。旋轉(zhuǎn)中測量出中心距的變更量。圖1測量徑向綜合誤差的原理測量齒輪要做得很精準，以達到其對徑向綜合誤差的影響可忽略不計的目的，在此情況下，當(dāng)被測齒輪旋轉(zhuǎn)一整周后，就可以取得一個可接受的測量記錄。設(shè)計測量系統(tǒng)時，必需十分重視測量齒輪的精度,特別是它與被測齒輪嚙合的壓力角，不然會嚴重影響測量的結(jié)果。測量齒輪應(yīng)該有足夠的嚙合深度，使其能與被測齒輪的整個有效齒廓相接觸，但不該與非有效部份或根部相接觸，避免產(chǎn)生這種接觸的辦法是將測量齒輪的齒厚增厚到足以補償被測齒輪的側(cè)隙。齒輪旋轉(zhuǎn)一整周記錄

12、下的曲線接近于正弦形狀幅值為fe，表示齒輪偏心距。被查驗齒輪徑向綜合誤差F”等于齒輪旋轉(zhuǎn)一整周中最大的中心距變更量，它可以從記錄下來的線圖上肯定。單齒徑向綜合誤差f”等于齒輪轉(zhuǎn)過一個齒距角時其中心距變更量的最大值。圖2徑向綜合誤差曲線齒輪徑向綜合誤差的精度公差齒輪徑向綜合誤差的精度公差公式如下：（m表示模數(shù)，d表示被測齒輪直徑）F：=32】i+L01而+64/-2.96111+0.01/7+0.8»II由上述公式，按照不同的m和d計算出的耳和工可以形成一個用于肯定被測齒輪<II各類精度品級的表格。用實際測量所得的月和工的值，別離與表格中的數(shù)值相較較，就可以夠肯定被測齒輪的精度品

13、級，第二章齒輪徑向綜合誤差檢測系統(tǒng)設(shè)計測量系統(tǒng)的設(shè)計框圖測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計本齒輪測量系統(tǒng)采用雙面嚙合的測量方式，即把被測齒輪作為一個回轉(zhuǎn)運動的傳動元件，與標準件（測量齒輪或測量蝸桿）作無間隙的雙而嚙合，并以徑向移動的方式調(diào)整被測圓柱齒輪與標準件的中心距，在齒輪轉(zhuǎn)動進程中，采用位移式傳感器測量取值，用以評定齒輪的運動精度和工作平穩(wěn)性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3,其中探頭部份同時接入電容和電感式位移傳感器，用以檢測位移轉(zhuǎn)變量。圖3測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的工作步驟通過單片機程序來控制步進電機，帶動標準齒輪轉(zhuǎn)動，這里光電編碼器用作收集閉環(huán)控制的反饋信號。壓力彈簧使被測齒輪和標準齒輪緊密嚙合，齒輪轉(zhuǎn)動進程中被測齒輪的徑

14、向綜合誤差直接反映為中心距的尺寸轉(zhuǎn)變，通過位移傳感器及處置電路使得位移信息準換為電信號送給CPU進行分析和處置。測量人員可以按照齒輪的精度品級選擇相應(yīng)的測量檔位，通過按鍵輸入給計算機，計算機通過度析選擇利用的傳感器及控制步進電機的轉(zhuǎn)速。一般35級選用電容式位移傳感器，67級選用差動放大式位移傳感器。第三章系統(tǒng)各部份電路設(shè)計差動變壓器LVDT與AD598本測量系統(tǒng)采用差動變壓器來測量齒輪中心距的變更量。線性差動變壓器是一種應(yīng)用超級普遍的傳感器，用于測量距離、位移等物理量。線性差動變壓器專用集成電路芯片AD598（圖4）集成了正弦交流鼓勵信號的產(chǎn)生、信號調(diào)解、放大和溫度補償?shù)裙δ?。通過改變外接振蕩

15、頻率電容的大小，就可改變正弦交流鼓勵信號的頻率，以適應(yīng)各類類型的線性差動變壓器對頻率的要求。本設(shè)計的齒輪中心距變更量的檢測電路如圖4所示。AD598的二、3引腳產(chǎn)生一個正弦波鼓勵信號供給差動變壓器LVDT的一次繞組，從16引腳輸出反映LVDT內(nèi)芯位置的直流電壓信號01163" .mb. O.lpFA/SAC698R1EXC 1 p" EXC2 尸 LEVI E LEV2!p" FREQ 1C10FFSET10FFSFT2SIG REFSIG OUTFEEDBACKR2OUT FILT可t R 3叫，A，一:HLAl FILT9 B 2 FILTLVDT用于檢 測中

16、心 距變動po" VBFREQ 2B 1 FILT探圖4測量電路電容式位移傳感器與多諧振蕩器電容式位移傳感器是利用電容器兩極板間的距離轉(zhuǎn)變會引發(fā)電容值的轉(zhuǎn)變這一原理，將位移轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)化為電容值轉(zhuǎn)變量，從而進行進一步的信號處置。多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加觸發(fā)信號，接通電源后就可以夠產(chǎn)生必然頻率和幅值的矩形脈沖輸出。在這里咱們利用555按時器組成的多諧振蕩器的特點和原理,將電容式位移傳感器當(dāng)做一個可變電容連接到震蕩電路中，按照震蕩周期公式：T=(R1+R2)Cf=l/T可見電容值的轉(zhuǎn)變與振蕩器輸出脈沖的頻率成線性關(guān)系，那么只要咱們檢測出脈沖的頻率即可取得相應(yīng)的電容值從而取得對

17、應(yīng)的位移量。實際電路如圖:圖5電容式位移傳感器應(yīng)用電路MSP430單片機及其外圍電路3.3.1單片機最小系統(tǒng)加液晶顯示電路MSP430系列是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機。選用430單片機主如果因為，內(nèi)部集成12位的AD轉(zhuǎn)換功能，能夠直接將AD598輸出的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。另外430單片機的I/O口較多，能夠知足鍵盤、顯示、開關(guān)量等利用需求,而且性能較好，便于系統(tǒng)擴展與聯(lián)機通信。LCD顯示采用并行模式，由于單片機主要用于數(shù)據(jù)收集與系統(tǒng)控制，為使顯示部份暫用更少的主機時間顯示模塊采取并行通信模式。占用的I/O口較多，但通信所歷時間較短。1 WXU n i£l

18、(wl £ 曼£ iEC圖6MSP430單片機最小系統(tǒng)電路3.3.2單片機上位機串行通信電路在數(shù)據(jù)通信應(yīng)用電路中，RS232作為一種典型的串行通信協(xié)議被普遍接受，其特點是原理簡單，操作方便，傳輸穩(wěn)定，但數(shù)據(jù)量較小。由于這里需要傳輸給上微機的數(shù)據(jù)信息不大所以RS232能夠很好的知足利用要求。圖7單片機與上位機串行通信電路333報警器、指示燈和繼電器電路繼電器是用于開關(guān)量的控制，如預(yù)緊力的施加，測量前的選當(dāng)?shù)?，繼電器同時起到一個高地電壓隔離的作用，避免儀器驅(qū)動部份的高電壓燒壞單片機口蜂鳴器起錯誤報警的作用,指示燈則是用于操作指示。圖8報警器、指示燈和繼電器電路334步進電機和鍵

19、盤部份采用MSP430單片機對步進電機的控制，通過I/O口輸出的時序方波作為步進電機的控制信號，信號通過芯片ULN2003驅(qū)動步進電機：同時，用4個按鍵來對電機的狀態(tài)進行控制，并用數(shù)碼管動態(tài)顯示電機的轉(zhuǎn)速。電源V串口通信圖9整體設(shè)計框圖令鍵盤控制電路鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送死令等功能，是人工干與單片機的主要手腕。鍵盤實質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用,14圖9-1鍵盤控制模塊原理圖令步進電機驅(qū)動電路為了高效控制步進電機的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進角度，才能控制步進電機轉(zhuǎn)動，咱們在這里采用ULN2OO3為步進電機提供脈沖信號。2IH+HTI接12 3 4 5 6 7 8000000001B2B3B4B5Bc c c c c c c1234567GNDVCC1234 5 678百度文庫讓每個人平等地提升自我圖9-2步進電機驅(qū)動原理圖335電源部份電路MSP430是一個低功耗的單片機，其供電電源為.不作詳細介紹。百度文庫讓每個人平等地提升自我多諧振蕩器脈沖頻率檢測子程序/*頻率檢測一利用高低電平檢測計數(shù)的方式檢測輸入方波的