齿轮测量中系统设计

齿轮测量中基座及径向滑架系统设计Gearmeasurementbaseandradialcar-riagesystemdesign摘要齿轮测量仪器种类很多，可分为基本几何参数误差测量仪器、综合参数误差测量仪器和整体误差测量仪器。基本几何参数误差测量仪器、能完成被测齿轮的齿形（渐近线）、齿向（螺旋线）、周节和齿厚等四项基本几何参数的测量。双面啮合测量是一种大体模拟齿轮实际加工情况的测量方法，即所有误差综合地在径向上以中心距的变动量来起作用，所以能比较真实地反映齿轮实际加工中、齿轮与刀具的相对位置误差，这对工艺参数的调整提供了方便。这种检验方法具有检验效率高的优点，但其不足之点在于从齿轮综合参数误差的测量结果中，要分析出周节、齿形等基本几何参数误差是困难的。本设计主要针对从测量结果中做出对基本几何参数误差的分析，来设计基座及径向滑架，不仅能真实地反映齿轮实际加工中，齿轮与刀具的相对位置误差，也能分析出周节、齿形等基本参数误差。关键词：万能齿轮测量仪径向滑架基座误差AbstractManytypesofgearmeasuringinstrumentscanbedividedintobasicgeometricparametersoferrorofmeasuringequipment,integratedparametersoferrorofmeasuringinstrumentsandtheoverallerrorofmeasuringinstruments.Basicgeometricparametersoferrorofmeasuringinstruments,tocompletethemeasuredgeartooth(Asymptote),totheteeth(spiral),thick-sectionandteeth,suchasthefourbasicgeometricparametersmeasured.Measurementisatwo-sidedmeshinggearsroughlysimulatetheactualprocessingofthemeasurementmethod,thatis,allintegratedintheradialerroronthedistancetoplayaroleinthemovement,thetechnicalparametersoftheadjustmentoftheconvenience.Thistestmethodhastheadvantageofhigh-efficiencytest,butthepointisthatlackofcomprehensiveparametersoferrorofgearfromthemeasurementresults,itisnecessarytoanalyzeweekfestival,thebasicgeometricparametersprofileerrorisdifficult.Thedesignmainlyfromthemeasurementsmadeinthebasicparametersofthegeometricerrorofanalysis,todesignthebaseandradialslidingplanes,notonlycantrulyreflecttheactualprocessinggear,thegearandtherelativepositionoferrortoolcanalsoanalyzeWeekFestival,tooth,andotherbasicparameterserror.Keywords:Universalgearmeasuringinstrumentradialslidingplanesthebaseerror目录第一章绪论………………………………………………………………….21.1万能齿轮测量仪的发展现状……………………………………….21.2论文研究的目的及意义…………………………………………...4第二章万能式齿轮测量机………………………………………………….52.1测量系统…………………………………………………………….52.1.1万能齿轮测量机测量原理…………………………………..52.1.2万能齿轮测量机测量误差…………………………………72.2万能式齿轮测量机技术要求：…………………………………….82.2.1精度规定……………………………………………………82.2.2齿轮整体误差曲线的测量方法…………………………….102.2.3齿轮整体误差………………………………………………11第三章基座及径向滑架系统设计…………………………………………163.1基座及径向滑架系统功能与结构组成…………………………….163.1.1基座及滑架系统功能组成………………………………….173.1.2基座及径向滑架系统的结构组成………………………..193.1.3基座及径向滑架具体设计…………………………………203.1.3.1轴的设计…………………………………………………...213.1.3.2传递盘的设计……………………………………………223.1.3.3接套的设计………………………………………………233.1.4安全性要求…………………………………………………23第四章零件的计算与校核…………………………………………………254.1轴的校核…………………………………………………………..254.2弹簧的校核………………………………………………………..284.3丝杠的校核…………………………………………………………30结论……………………………………………………………………………33参考文献：……………………………………………………………………34致谢……………………………………………………………………………36附录第一章绪论1.1万能齿轮测量仪的发展现状目前常用的齿轮精度测量方法有两种，一种是齿轮啮合试验法，用以判断一对齿轮副的回转传动性能；另一种是几何解析测量法，它将被测量齿轮实际齿面形状和理论值进行比较测量。齿轮大多为渐开线齿轮，其测量原理和非渐开线齿轮的测量原理是不同的。测量渐开线齿轮的齿面形状时，测头置于被测齿轮基圆的切线上，被测齿轮的回转和测头的直线运动，按照展成关系进行控制。在以往机械式齿轮测量仪中采用了基圆盘；如今仪器的轴系导轨上都装有圆编码器或长编码器(长刻度尺)，由计算机按展成关系实现高速、高精度的NC控制。近年来，因生产工程集团化，ISO9000得以普及，测量值可溯源体系的有关问题得到重视。目前，ISO正对齿轮测量仪器的精度评定方法制订有关标准，德、美两国已经确立了溯源体系顶端的国家机构。在日本，企业是用基于ISO标准建立起的JIS标准来确立齿轮精度的等级，由于没有建立如图所示的可溯源体系，因而测量误差值的保证体系还没有建立起来。所以，日本齿轮工业协会组建了一个项目组，对“超精密齿轮精度检验评定方法的标准化”进行了研究，开发了高精度齿轮测量仪器，它适用于检验一般齿轮测量仪器用样板。由大阪精机承担制造的高精度CNC齿轮测量仪，其测量精度(重复性)为0.2～0.3μm，我们进行了如下技术开发：(1)上下顶尖采用气浮轴承，提高了主轴回转精度；(2)主轴气浮轴承中内装有高精度圆光栅，提高了输出性能；(3)齿形和齿向的测量滑座都采用了气浮导轨，提高了测量运动性能；(4)采用激光测长仪来检查误差，测量放大倍数可达10000倍。该仪器的驱动系统，主轴回转运动采用步进电机驱动，测头的直线运动也采用步进电机驱动，二者用NC控制来实现渐开线或齿向的展成运动，以实现测量。齿距误差按齿距等分、与齿面接触的测头的位移变化量，通过激光测长系统进行检测。位移检测元件安装在平行簧片上，而测座上装有反射镜，激光束照射其上进行齿面精度的测量。目前，该仪器已安置于日本电气通讯大学内，进行仪器测试、数据采集，以分析测量的不确定度。在所讨论的渐开线齿轮齿面的检测中，其检测仪器主轴的回转和测头的直线运动均采用CNC控制以实现同步，而非渐开线齿形的齿轮，特别是锥齿轮等，其齿面形状是三元函数的，测量时，必须将实际齿面的坐标位置和预先计算出来的理论齿面三维坐标值进行比较测量。准双曲面齿轮齿面的测量以及用测量的结果来评定准双曲面齿轮的性能就是一典型事例。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。齿轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性的,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体对齿廓进行修形,“有意地”引入误差,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑。综上所述，齿轮测量中的渐开线齿轮测量，要建立起其测量精度传递(溯源)体系，有必要开发出高精度齿轮测量技术。为了保证产品质量，推进齿轮测量的高速化，对锥齿轮及非渐开线齿轮的测量也提出了要求。今后，还应考虑微小齿轮的测量问题。对齿轮测量仪器及其相关技术有必要不断改进提高。1.2论文研究的目的及意义作为齿轮性能分析的实例，基于上述采用准双曲面齿轮测量仪的齿面测量结果进行啮合模拟仿真的相关技术介绍如下。在该仿真中，基于准双曲面齿轮副的齿面测量数据，是相对于大齿轮理论齿面的误差和相对于小齿轮齿面的共轭齿面的误差二者合成的结果，是求出的齿轮副总的齿面误差——称其为相对齿面误差。然后再求出啮合瞬间接触点的轨迹。在啮合区的一个齿距内，按照各个接触点周围5μm啮合间隙范围来预测齿面的接触形状。进而求出基于相对误差的回转传动误差(运动误差)。利用富里哀变换，可求得传动误差的1～6次啮合谐波分量。整体误差测量仪器是上述二者兼顾的测量仪器。这种仪器能按齿轮整体误差测试技术理论，高效而准确地绘出包含齿轮各基本几何参数误差和综合参数误差在内的“整体误差曲线”。便于误差分析和工艺分析，即可综合评定齿轮的传动质量，又可对单相几何参数误差进行取值。整体误差测量方法，是将齿轮误差作为一个整体，综合研究其误差结构及误差间的内在联系。它不仅丰富了齿轮误差理论，促进了齿轮加工技术的改进，而且还提出了齿轮误差测量和研究的新方法、新概念。为逐步过渡到齿轮测量仪产品的标准化、规格化和系列化，以减少的齿轮量仪品种满足国标GB2363-80，需进一步提高测量的精确性，因此必须提高仪器的精确度。第二章万能式齿轮测量机2.1测量系统万能式齿轮测量机可测渐开线圆柱齿轮，剃齿刀、插齿刀、扇形齿轮、内齿轮等截面整体误差和一些基本几何参数误差，还可测蜗轮、分度板、花键、非渐开线齿轮等工件的分度误差。适用于计量室、车间检定站。2.1.1万能齿轮测量机测量原理1-被测齿轮2-切向滑架3-长光栅4-径向滑板5-垂直滑板6-伺服电机7-测头8-圆光栅9-自整角机发送机图2.1万能齿轮测量机工作原理图万能齿轮测量机由九个部件组成，分别为：切向滑板、长光栅、径向滑板、滑板、伺服电机、测头、圆光栅、自整角发送机。在进行测量时，将测头移至被测齿轮的基圆切向上来，与被测齿廓相接触，由转动着的齿轮面带动测头沿渐开线的法线移动进行测量。从齿根开始测量到齿顶，一齿测完测头滑过齿顶而进入下一齿间，在测量力作用下，测头与齿面接触，齿面反转完成自动分齿。测头返回到