测控技术及仪器专业 专业综合课程设计成绩专业综合课程设计设计说明书设计题目：大型齿轮渐开线齿形误差在位测量仪 姓 名： （机械） （电气） （软件） 专 业：测控技术与仪器三班 年 级： 指导教师： 辅导教师： 起止时间： 重庆大学光电工程学院专业综合课程设计设计说明书撰写要求1. 整理提纲，与指导教师讨论设计说明书的撰写内容；2. 设计说明书应在设计工作的基础上独立完成，严禁抄袭，以便培养良好的学术道德；3. 设计说明书内容包括：摘要、目录（标题及页次）、设计任务书、总体设计（设计任务分析与创新点的构思、测控仪器若干设计原则的考虑、测控仪器若干设计原理的讨论、测控仪器工作原理的选择和系统设计、测控系统主要结构参数与技术指标的确定、测控仪器造型设计）、精度设计、机械系统设计、光电系统设计、软件系统设计、精度分析、设计小结及参考文献；4. 设计说明书应按教师推荐的格式书写，要求文字简明、通顺，尽量使用专业术语；5. 说明书的内容应以计算内容为基础，参数的最后选择应符合相关国家标准；6. 设计说明书中的相关计算内容应列出计算公式，标注出处、单位，写出简短的分析结论；7. 为了清楚说明计算内容，应附必要的插图和简图。在简图中对主要零件应统一编号、以便在计算中和分析中引用；8. 全部设计中所使用的参量符号和标注，必须前后一致，各参量的数值应标注单位（采用国际单位）；9. 设计说明书文中和文后要标注和著录参考文献，标注和著录参考文献的方法参考中华人民共和国国家标准GB 771487文后参考文献著录规则。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月第四次修改摘 要齿轮检测技术在齿轮制造中占有重要地位，没有先进的检测技术和仪器，不可能制造出性能优良、高质量、高精度的齿轮。伴随着齿轮制造技术的提高和对其传动性能、精度、寿命等方面的要求越来越高，齿轮检测技术一直在不断的研究和提高。本文介绍一种基于采用测量头直线运动轨迹做基准在位测量大齿轮渐开线齿形误差方法，采用机械、光电、计算机一体化设计的一种仪器。简要叙述了测量系统的原理、各部分组件结构、特点以及精度分析。设计过程包含测量仪的机械系统、电路系统以及软件系统三部分的设计。在关键的机械装置的设计中提出了坐标统一的思想，提高了测量系统的精度，通过建立定位球的直径与定位球同齿廓在切点的端面压力角之间的公式，得到定位球直径与齿轮轴心之间的位置关系和定位球精确的定位关系，大大提高了仪器的定位精度；通过步进电机驱动测量头沿齿面运动，电路系统对电感传感器所采集的齿形误差信号进行采样和处理，通过PCI总线接口芯片把信号送入计算机；软件子系统的设计是基于Visual C+，构建了测控系统人机交互平台，实现对齿形误差信号的自动采集、处理、存储、显示、打印。关键词 大型齿轮 齿形误差 直线基准 在位检测 计算机辅助设计目 录设计说明书1摘 要3目 录4组员分工和完成情况51 设计任务书12 总体设计22.1 总体说明22.2 基本概念22.3 齿形误差的测量方法的确定42.4 直线基准法的测量原理62.5 测控仪器设计原则的考虑112.6 测控仪器系统的设计122.7 测控系统主要结构参数与技术指标的确定162.8 造型设计172.9 总结173 精度设计与误差分配183.1 精度设计183.2 误差分配184 机械子系统的设计194.1 总体说明194.2 误差传递机构的设计194.3 定位机构的设计294.4 导轨的设计314.5 驱动丝杆的设计374.6 电机的选择454.7 联轴器的选择454.8 箱体的设计465 光电系统设计495.1 引言495.2 电路系统性能要求分析495.3 总体设计505.4 光电系统原理实现515.5 电感传感器及其信号处理电路515.6 光栅位移传感器585.7 信号处理615.8 控制及驱动电路665.9 PCI总线及接口技术746 软件系统设计866.1 前言866.2 软件系统的设计原理866.3 系统初始化886.4 实验数据的生成916.5 齿形误差的计算936.6 硬件接口946.7 软件界面及相关人机界面的设计977 精度分析1017.1 机械系统1017.2 电气系统1037.3 软件系统1047.4 系统的误差综合104心得体会105附录一：系统的部分机械图107附录二：系统的部分电路图112附录三：程序源代码113组员分工和完成情况1 总体设计：全体组员2 精度设计和误差分配精度设计：全体组员误差分配：谭艾英3 机械子系统设计：机械小组完成 3.1 机械零件设计的分工： 谭艾英：误差传递机构的设计、定位机构的设计、燕尾槽及丝杆的设计 王语诗：双v型导轨及丝杆的设计、箱体的设计徐文韬：机座的设计、电机的选择、联轴器的选择 3.2 机械绘图的分工： 谭艾英:误差传递机构和定位机构的绘制. 包含测杆、杠杆、十字片簧、片簧、柱销、凸轮、支撑台、弹簧、紧固螺钉、两个定位球、锁紧螺母等零件 王语诗:导轨、箱体、机座以及电感传感器固定装置的绘制. 包含双V型动导轨、尾槽、两个定导轨、紧固螺钉、平镶条等零件。 徐文韬:两个丝杆的零件、光栅传感器、电机的绘制. 包含微分筒、滑动丝杆、滚动丝杆、丝杆螺母、螺母固定装置、丝杆支架等 装配图:谭艾英、王语诗、徐文韬。 3.3 机械精度分析：谭艾英、王语诗、徐文韬。4 电气子系统设计：电气小组完成蒋 波：总体设计模块流程图，光栅位移传感器原理及选择、信号处理电路设计、细分判向、采样及正反计数电路设计、总电路原理图绘制、PCB板制作、精度分析、编写报告。周海洋：电感传感器工作原理、电感测头功能与选择、信号放大电路设计、电平平移电路设计、限幅电路设计、A/D转换芯片选择和设计、总电路原理图绘制、精度分析、编写报告。李腾飞：步进电机原理及选择、控制电路与驱动电路设计、PCI总线的设计、PCI总线驱动设计、电路图原理图相应模块设计、编写报告。邹 晨：地址译码芯片选择、地址译码电路设计、PCI总线的设计、PCI总线驱动设计、总线整体设计、电路图原理图相应模块设计、编写报告。5、软件子系统设计：软件小组完成吴卫馨：设计软件结构框图、软件系统功能框图、测量系统软总体流程、系统主软件编写、各子系统模块框图、完成软件界面及相关人机界面的设计、精度分析、编写报告。丰雯瑞:系统子程序源代码编写，包括 :初始化对话框程序流程图、计算被测齿轮的测量范围、定位球直径的计算、测量次数的计算、采样次数的计算、计算采样点的XY坐标、计算定位球球心位置、测量头坐标,迭代方法的程序.、精度分析、编写报告。向 征：查阅资料、被测齿轮齿形偏差信息采集、 齿形误差值的算法、 生成模拟数据的算法、精度分析、编写报告。6 完成情况 根据分工的项目，组员均顺利完成相应的设计，符合设计要求。31 设计任务书设计题目：large-scale gearsinvolute profile error measuring machine with a straight line basis(大型齿轮渐开线齿形误差在位测量仪)设计要求： 设计大型齿轮渐开线齿形误差在位测量仪器，结构简单，重量轻，体积小，测量链短； 被测齿轮参数：模数 ,齿数,精度4级及其以下； 实现误差数据的自动采集、处理、存储、显示、打印输出专业综合课程设计检测参数； 齿形误差。2 总体设计2.1 总体说明随着大齿轮在船舶、冶金、采矿、发电等设备以及在宇宙探索、空间追踪、火箭及导弹发射等方面的广泛应用，对大齿轮的精度要求越来越高。迫切需要开发一些结构简单、造价低廉、使用方便、精度稳定可靠且能在车间使用的大齿轮在位检测仪器。我们查阅及阅读资料，大齿轮齿形误差在位检测的主要原理有：直角坐标法原理、圆弧基准法原理、标准渐开线法原理、直线基准法原理。在仪器设计中必须考虑得原则有：阿贝原则、最小变形原则、测量链最短原则、坐标基准统一原则、精度匹配原则、经济原则、造型原则。我们对总个系统必须实现的功能进行了分析，机械部分实现对误差的传递和测量，电路部分处理测量信号和控制信号，使计算机能识别测量的信号，通过软件部分实现控制以及一些参数的计算。然后我们集体讨论各子系统出现误差的大体情况，衡量各子系统所占的权重后，我们得出了按加权平均原则进行的误差分配。2.2 基本概念2.2.1 渐开线的形成及其性质 如图2.1所示，当一直线沿一圆周作纯滚动，则直线上任一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆，其半径用表示；直线称为渐开线的发生线，角称为渐开线AK段的展角。图2.1 渐开线的形成渐开线的形状取决于基圆的大小。因渐开线是从基圆开始向外展开，故基圆以内无渐开线。由于选用的坐标不同，渐开线齿形方程可写出以下几种形式。 极坐标参数方程 由图2.1可见，当发生线转过角，K点与中心O点的距离OK称为K点的极半径，所对应的展角为，则 （2-1）为渐开线极坐标参数方程，以角为参变量。称展角为压力角的渐开线函数， 工程上常用表示,且。 直角坐标参数方程 如图2-2，渐开线上任一点K的、坐标为: （2-2）在直线BK上另一点所展开的渐开线，其方程为： （2-3）图2.2 坐标示意图 矢量参数方程 如图2.2中直线OK为渐开线的矢径，渐开线的矢量参数方程为： （2-4） 法线极坐标方程 渐开线上各点曲率半径的计算式为：，K为渐开线上各点的曲率，习惯上又称为渐开线上各点的长度。展开长度常用L表示，则 （2-5）2.2.2 齿形误差的定义根据部颁标准JB179-83规定，齿形误差的定义是：在端截面上，齿形工作部分内（齿顶倒棱部分除外）包容实际齿形的两条最近的设计齿形间的法向距离。齿形误差和齿形公差的示意图，如图2.3和图2