曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计说明书[带图纸].doc

1曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计学生：宋力指导老师：周光永(湖南农业大学东方科技学院，长沙410128)摘要：本文介绍了曲轴轴线同轴度误差自动检测仪设计的详细过程，其中运用最小二乘法原理建立了曲轴轴线同轴度误差检测原理的数学模型，对检测装置的组成部分进行了详细的分析及运算，提出了多套设计方案，并选择其中一种进行了详细地说明和计算，包括对床身的结构设计、驱动用电动机的选择、测量装置的选择、对主要的传动部件进行计算和校核，并列出了多个图表进行补充说明，还绘制了检测系统原理图、组成联系图、检测装置的装配图和部分零件图。根据原理编写了对已采集数据进行计算处理的程序。关键词：同轴度误差；数学模型；自动检测及数据分析THEDESIGNOFAUTOMATICDETECTORFORCOAXIALITYOFCRANKSHAFTStudent:SONGLiTutor:ZHOUGuang-yong(OrientalScienceTechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128)Abstract:Thispaperintroducedtheaxisofthecrankshaftcoaxialityautomaticallydetecterrorsindetailtheprocessofhomedesign,accordingtotheprincipleofleastsquarestoestablishtheaxisofthecrankshaftcoaxialityerrordetectionprincipleofmathematicalmodelofdetectiondeviceshavebeenanintegralpartofdetailandputforwardanumberofsetsofdesignoptions,andselectoneofadetailedexplanationandcalculation,includingthebedofthestructuraldesign,thechoiceofdrivingmotor,thechoiceofmeasuringdevices,themaincomponentsofthecalculationoftransmissionandchecking,andsetoutanumberaddedtothechart.Drawingaschematicdiagramdetectionsystem,composedoflinkedmaps,detectiondevicesandpartsassemblydiagram.Preparedinaccordancewiththeprincipleofthecalculationhastodealwithdatacollectionprocedures.Keywords:coaxialityerror；mathematicalmodel；automaticdetectionandthedataanalysis；2目录摘要1关键词11前言21.1选题研究意义21.2国内外研究现状21.3课程研究内容32形位误差检测原理32.1形位误差检测的特点32.2形位误差检测的基本原则42.3同轴度测量的数学模型52.4最小二乘法测量72.4.1测量原理72.4.2计算机处理程序83方案论证103.1方案一103.2方案二113.3方案三113.4小结114检测系统设计114.1测量部分114.2计算机控制处理及测量过程124.3机械部分134.3.1驱动电机的选择134.3.2工件的定位194.3.3机身设计194.3.4导轨截面设计214.3.5滚珠丝杠螺母副设计234.3.6滚动轴承的选择2634.3.7传感器支架弯度校核285结论28参考文献29致谢301前言1.1选题研究意义自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学,它在仪器表的使用、研制、生产的基础上发展起来的一门综合性技术。自动检测就是在检测和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。现实自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。形位误差对零件的使用功能有很大的影响，为了保证零件的互换性和精度等要求，不仅要控制尺寸误差和表面粗糙度，还必须控制零件的形位误差。在加工过程中，由于机床、夹具、刀具、工件所构成的工艺系统会出现受力变形、热变形、振动及磨损等情况，在其影响之下被加工零件的几何要素不可避免地将会产生误差、波度和表面粗糙度。零件的形位误差会影响零件的功能要求、配合性质和装备性质，所以，零件的形位误差对其工作性能的影响一定不能忽视，它是衡量机器、仪器产品质量的重要指标。我国汽车工业的快速发展，对发动机的需要量越来越大。曲轴是发动机的几大基本组件之一，其加工质量关系到发动机整体的质量，可以说曲轴尺寸及形位参数直接影响着发动机的性能。因此，在控制曲轴的加工质量上，这些参数是主要的检测对象。在加工曲轴时对其曲轴轴线的同轴度要求较高。同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动，而振动对机器的正常工作有很大影响，由于转动惯量大、转速高，造成机器轴不对中，会带来一系列的严重问题：一是增加了轴承所受的力，轴承会过早地发生损坏，缩短了轴承的使用寿命；二是增大了联轴器的磨擦，使联轴器处磨擦增大，会使机器的能源使用效率显著下降，提高了运营成本；三是缩短了机器寿命，4由不对中所产生的额外的力，会使转轴发生往复移动，这样活动性的动作会显著地缩短机器的寿命；四是不对中会对转轴密封产生特别严重的影响。为适应我国汽车工业发展的需要，改变汽车工业生产中检测手段落后的局面，研制具有高新技术含量的在线检测仪器，显然有着重要意义。1.2国内外研究现状近年来，现代科学技术不断进步，工业生产趋向于集成化，专业化，标准化。机械工业中的在线检测，从狭义上讲，是指在机械加工生产线上，加入某一环节，以便对加工生产中的某些参数或工况进行检测。国内外曲轴主轴轴线的生产加工自动化程度明显提高，多有主动测量装置，加工精度高，其尺寸及形位参数在加工时就予以保证了。同轴度误差常见的测量方法有坐标法、对径双测头测量法、反向法和壁厚差法。这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪、坐标测量仪、分度头或以平板为基准,利用V型块和指示器进行测量。较先进的还有激光的非接触测量，用CCD获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。1.3课程研究内容这次设计的课题是曲轴轴线同轴度误差自动测量仪的设计。同轴度误差是用于限制被测要素对基准要素的轴线同轴的位置误差。就实际价值而言，发动机缸体是发动机的基础零件，曲轴轴线同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动，而振动对机器的正常工作有很大影响，由于转动惯量大、转速高，造成机器轴不对中，会带来一系列的严重问题，这对于发动机性能及其寿命都有重要影响，因此利用计算机系统控制其误差具有重要的现实意义。本次设计的数学模型是用最小二乘法建立的，最小二乘法常被应用在误差检测的建模方面，因此本次设计具有一定的理论基础和实际意义。就目前国内同轴度误差测量的状况来看，开发出的设备主要都是运用在外圆，即轴类零件的圆度和同轴度误差的检测。同轴度误差常见的测量方法有坐标法、对径双测头测量法、反向法和壁厚差法。这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪、坐标测量仪、分度头或以平板为基准,利用V型块和指示器进行测量。较先进的还有激光的非接触测量，用CCD获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。但这些方法都不适应在线测量的要求。本次设计要求解决的问题是完成发动机曲轴轴线同轴度误差自动检测装置的设计。说明书中的主要内容是检测装置机械部分的结构设计，而计算机的控制和电气部分只5是稍微做介绍。2形位误差检测原理2.1形位误差检测的特点第一个特点就是加工后测量。形位误差涉及到某方面的全部尺寸，所以只能在加工完成后进行测量。例如，在机床上加工圆柱体，其圆度误差与每个截面上的直径尺寸有关，所以，其圆度误差只有在加工完成后才能被测量出来。第二个特点就是多尺寸测量。由于形位误差涉及到某方面的全部尺寸，为了获得全部或较多的的尺寸信息，可用下面良种方法实现：（1）少传感器测量。例如用一个测量直径的传感器并用旋转法去扫描测出某个圆周上各点的直径，从而得出该圆周上各点的直径信息，然后可找出该截面上的圆度误差。（2）多传感器测量。如前例中，可用多个测量直径的传感器同时测量。采用的传感器越多，获得的信息越多，测量精度越高，否则相反。对于某个具体问题，要经过经济技术比较后方可确定。第三个特点是数据处理。由于形位误差涉及到某个方面的全部尺寸，当获得信息后，还要经过运算后才能求出形位误差，也就是说，形位误差不能直接测量出来。例如，确定某圆柱体的圆度误差。首先测出某个截面上的诸多半径R，然后找出最大半径Rmax和最小半径Rmin，而该圆截面上的圆度误差就是两者之差=Rmax-Rmin。对于一个圆柱体的圆柱面来说，还要测出众多的截面上的圆度误差，从中找出最大误差max，就是被测圆柱体的圆度误差。2.2形位误差检测的基本原则检测形位误差的具体方法，随检测对象的特点、精度要求以及设备条件不同，可以采用多种方法。只要能够保证一定的测量精度，又符合经济原则，就是一个合理的方案。按国际惯例，将常用仪表显示的各种检测方法概括为以下几种检测原理。检测原则一：与理想要素比较原则。该原则是将被测实际要素与理想要素直接进行比较，得到一系列数据，再根据这些数据来评定形位误差。检测原则二：测量坐标原则。该原则是指被测量要素的测的数据为相对于某种坐标而言的坐标值，再根据这些数据做数据处理后获得形位误差的一种原则。