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： 邢志伟 蔡娇龙 谢文文 刘国 （机械） 卢 丹 杨 斌 宋凤娇 （电气） 周 冲 蔡 彬 王春梅 （软件）专 业： 测控技术与仪器3班 年 级： 2007级 指导教师： 秦岚 教授 辅导教师： 段莹 周为 起止时间： 2010年12月20日 2011年01月14日 重庆大学光电工程学院2011年1月22007级测控技术与仪器专业专业综合课程设计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。 王代华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V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地研究与提高。针对大型齿轮齿形误差的测量，采用机械、光电、计算机一体化在线测量，在总体设计中阐述了大齿轮在位测量系统的工作原理及系统组成的各个部分，在关键的机械装置的设计中提出了坐标统一的思想，采用了高精度的定位方法，根据测量头所采集的齿轮误差信息，通过光电系统对测量头信号的调理，完成了实际齿轮齿廓的测量，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，实现了误差的自动采集、处理、存储、显示、打印。关键字：大齿轮，齿形误差，直线基准，在位检测，定位目录摘 要I1 专业综合课程设计设计任务书12 总体设计22.1 引言22.2 主要测量方法22.2.1 直角坐标法22.2.2 标准渐开线法22.2.3 直线基准法32.2.4 本次设计原理选择及其理由32.3 创新点42.4 测量仪器工作原理及其系统设计42.4.1 直线基准法的基本原理42.4.2 理论渐开线数学模型52.4.3 定位球球心相对于齿轮轴心位置82.4.4 测量头坐标计算的数学模型92.5 测量系统设计102.5.1 总体功能结构规划102.5.2机械子系统功能实现112.5.3光电子系统功能实现122.5.4测量系统软件结构132.6 测控仪器设计原则考虑142.6.1 阿贝原则142.6.2 变形最小原则152.6.3 测量链最短原则152.6.4 坐标基准统一原则152.6.5 精度匹配原则162.6.6 经济原则162.7 造型设计162.7.1 造型要求162.7.2 装饰方面162.8 测控系统主要结构参数与技术指标的确定172.8.1 测头在X方向的行程172.8.2 测头在Y方向的行程172.8.3 定位球直径的选择172.9 小结173 精度设计和误差分配183.1 精度设计183.2 误差分析183.3 误差分配184 机械系统设计204.1 机械结构的原理及功能204.1.1 测量定位系统204.1.2 X轴方向误差信号的传递204.1.3 测量头Y方向的运动204.2 定位机构的设计214.2.1 总体要求214.2.2 定位球直径的计算214.2.3 定位球跨距以及定位臂长的确定234.3 误差传递机构设计264.3.1 测头及测杆的设计计算264.3.2 片簧的设计284.3.3 柱销的设计304.3.4 十字片簧的设计314.3.5 杠杆的设计计算324.3.6 杠杆限位装置的设计354.3.7 电感传感器的安装紧固件尺寸设计计算364.3.8 杠杆预紧弹簧的选用374.3.9 误差传递机构外廓尺寸计算374.4 导轨的设计384.4.1 设计要求384.4.2 在Y方向运动导轨的设计404.4.3 在X方向运动导轨的设计434.5 驱动丝杆的设计444.5.1 设计要求444.5.2 螺旋传动的分类444.5.3 螺旋副的选择454.5.4 滑动螺旋传动的计算454.5.5 螺纹计算474.5.6 滚动螺旋副的设计494.6 电机的选择504.7 联轴器的设计514.8 箱体的设计524.8.1 箱体分类524.8.2 箱体结构设计534.8.3 箱体的毛坯、材料及热处理534.8.4 设计的主要问题和设计要求544.8.5 箱体结构参数的选择545 光电子系统设计565.1 引言565.2 测控电路系统性能565.3 总体设计575.4 光电子系统功能实现585.5 电感传感器及其信号处理电路595.5.1 电感传感器的简单介绍595.5.2 电感测量头的功能与选择595.5.3 放大电路设计605.5.4 限幅电路设计615.5.5 采样保持电路设计625.5.6 A/D转换电路设计635.6 光栅位移传感器及其信号处理电路655.6.1 光栅位移传感器的工作原理655.6.2 光栅位移传感器的选择665.6.3 整形电路设计665.6.4 细分判向电路设计675.7 控制及驱动电路705.7.1 步进电机简单介绍705.7.2 步进电机的选择715.7.3 控制系统提供的信号735.7.4 步进电机的控制原理745.7.5 步进电机的选择785.8 中央控制处理电路795.8.1 单片机与AD转换器的连接815.8.2 单片机的计数功能815.8.3 单片机与步进电机驱动的连接825.8.4 单片机串口设计825.8.5 单片机数据存储器的扩展825.9 RS.232接口技术855.9.1 RS.232接口的简单介绍855.9.2 RS.232接口功能说明855.9.3 RS.232接口与单片机的连接865.9.4 RS.232电平转换芯片MAX232的功能介绍875.10 与机械设计以及软件设计之间的关系886 软件系统设计896.1 软件系统功能分析896.2 软件系统总体设计896.3 软件系统详细设计916.4 参数设置936.5 系统设置946.5.1 定位球直径的计算和选择946.5.2 定位球球心的位置及公法线长度的计算946.6 实验数据的生成956.6.1 理论渐开线的生成966.6.2 实际渐开线的生成966.6.3 最大齿形误差的计算及精度等级评价976.7 总结1007 精度分析1017.1 机械部分1017.1.1定位误差1017.1.2数据采集机构的误差1017.1.3导轨直线运动误差1027.1.4丝杆螺母结构的运动误差1027.1.5差动电感传感器的测量误差1027.1.6差动电感传感器的装配误差1027.1.7光栅位移传感器的测量误差1027.1.8光栅位移传感器的装配误差1037.1.9电机与连轴器连接部分安装误差1037.1.10动导轨与连轴器连接部分安装误差1037.2 光电部分1037.2.1 分配的误差1037.2.2 测控电路总误差1037.3软件部分1047.3.1迭代误差1047.3.2 数据精度误差104心得体会105参考文献106附录A107附录B114附录C1171 专业综合课程设计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mm，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、打印输出检测参数；2 总体设计2.1 引言齿轮是机械制造中的重要传动元件,它广泛应用于汽车、机床、工程机械、发电、船舶、航天航空、兵器等各方面。随着仪器科学的发展,对于齿轮制造精度的要求日益提高。因此在不断提高齿轮加工工艺水平的同时, 还必须不断地完善各种齿轮的测量方法与装备,把齿轮测量技术提高到一个新的水平。在做到准确测量的同时, 通过分析、研究测量出的各种参数误差, 找出其产生的原因及解决的方法, 并将其提供给制造加工部门, 使他们能够及时改进加工工艺, 提高产品质量。齿形误差是指在齿轮端截面上齿形的工作部分内，包容实际齿形且距离最小的两条设计齿形间的法向距离，它是一个合成误差。评定渐开线齿形用两平行直线来包容评定，设计齿形则用两条平行的设计齿形线来包容。齿形误差可使齿廓上接触点脱离啮合线造成瞬时传动比的变化，影响齿轮传动的平稳性，因此齿形误差是评定齿轮加工精度的主要项目之一，必须严格控制在国家标准的齿形公差范围内。2.2 主要测量方法齿形误差的主要测量方法有：直角坐标法、标准渐开线法以及直线基准法。2.2.1 直角坐标法坐标法是指将被测齿形上的若干点的实际坐标与理论坐标进行比较，计算得出齿形误差。根据测量过程中采用的渐开线坐标形式，坐标法可以分为直角坐标法与极坐标法。直角坐标法测量渐开线齿形的原理是把被测齿形置于给定的直角坐标系中，把测量得到的齿形各点的直角坐标值与其理论坐标比较，经数据处理获得齿形误差。这种方法的控制与