（测试计量技术及仪器专业论文）螺旋线样板校准系统的开发.pdf

独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究t 作及取得的成果。爆我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外，论文 j 不包含其他人的研究成果。与我 一同工作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作j r 明确的 说明， 已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处由本人承担一切相关责任 论文作者签名：拉垣垄加f 年于月妒日 保护知识产权申明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生住 校攻读学位期问所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地未经学校许可。决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 ( 加密学位论文解密之前后以上申明同样适用) 论文作者签名：趣自墨导师签名论文作者签名：垃且杰 导师签名：囟遮兰矽弹弓月矽口 f 摘要 论文题 学科名称： 作者姓名： 导师姓名： 捌达过量撞丕丛邀墨 扬肖茇 郭篷盎教授 答辩日期：2 q q 生3 旦 签名： 签名： 叠逝苎 摘要 齿轮螺旋线样板是用于齿向测量仪、导程测量仪、齿轮测量机、齿轮测量中心 等螺旋线参数的检定、校准、调修和验收的标准计量器具。本项目的研究旨在对现 有美国m & m 公司生产的3 0 0 0 型齿轮检测仪进行功能扩充，即实现螺旋线样板校 准功能，解决重庆地区齿轮螺旋线样板校准的困难，以保证和提高重庆地区大量程 齿轮检测仪器量值传递的水平。 螺旋线样板的校准，依赖于螺旋线检测仪器的测量原理与数据处理水平。基于 原仪器的结构特点，在本课题中采用展成法，即采用机械展成的原理，将转轴与z 轴按给定的参数联动，用高精度测量仪测出其相对误差，并通过数据处理软件对螺旋 线误差进行评价。 本课题所作的工作就是在p c 机上开发螺旋线样板的测量校准软件系统。本文 通过对螺旋线样板的工作原理和运动轨迹方程进行分析，建立了测量的数学模型， 文中着重介绍了利用r s - 2 3 2 串口通讯和g p i b 总线实现运动控制和数据采集的工 作原理及其编程实现方法。最后利用最小二乘回归分析方法，建立了误差评定的数 学模型，通过将实际测量数据计算结果进行分析，结果表明。该软件的测试精度在 许可范围内，表明软件的开发是成功的。这不仅使进 2 1 精密仪器得到了再次利用， 也为今后其它测试软件与高精度测试仪器的开发打下了良好的基础。 关键词：螺旋线样板螺旋线m & m 3 0 0 0r s 2 3 2g p i b i a b s t r a c t i i 蔓曼曼曼量量曼皇皇量曼曼曼曼! 皇兰曼皇兰曼曼曼曼曼皇曼量量| 曼曼曼曼曼量皇鼍鼍鼍曼皇皂鼍曼曼曼曼曼曼写一 s u b j e c t ：t h e d e v e l o p m e n t o f h e l i xm a s t e rc a l i b r a t i o n s y s t e m s p e c i a l i t y ：m e a s u r e m e n tm e t r o l o g yt e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t c a n d i d a t e ：j 堕盥l 墨韭坚量盟艮 s i g n a t u r e ： 坠笃型! 嗡 i n s t r u c t o r ：鱼! qi i 坚旦ji 堡 s i g n a t u r e ： a b s t r a c t 噬坶e g e a rh e l i xm a s t e ri st h es t a n d a r dm e a s u r i n ga p p a r a t u su s e db yt o o t ht r a c eo rl e a d m e a s u r i n ga p p a r a t u s 、g e a rm e a s u r i n gm a c h i n eo rc e n t e rw h i l ev e r i f y i n g 、c a l i b r a t i n g 、 a d j u s t i n g 、c h e c ka n da c c e p tt h eh e l i xp a r a m e t e r t h er e s e a r c ho ft h ep r o j e c ta i m sa t e x p a n d i n gt h ef u n c t i o no f t h ee x i s t i n gg e a r3 0 0 0t y p ed e t e c t o rp r o d u c e db ym & mc o m p a n y o fu s a ，n a m e l y t or e a l i z eh e l i xm a s t e r l sc a l i b r a t i n gf u n c t i o n ，t h e nc l e a r i n gu pt h et r o u b l e o fh e l i xm a s t e r sc a l i b r a t i o ni nt h ed i s t r i c to fc h o n g q i n g ，a n df i n a l l yg u a r a n t e e i n ga n d h e i g h t e n i n gt h el e v e lo f q u a n t i t yt r a n s m i t t i n go f g e a rm e a s u r i n ga p p a r a t u si nt h i sa r e a t h ec a l i b r a t i o no fh e l i xm a s t e rd e p e n d so nt h em e a s u r i n gp r i n c i p l eo ft h ed e t e c t i n g a p p a r a t u sa n dt h el e v e lo fd a t ap r o c e s s i n g b a s e do nt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r , am e t h o do f g e n e r a t i v em e t r o l o g yi s u s e di nt h et h e s i e t h i sm e t h o dw o r k sl i k e t h i s ：u s i n gt h e m e c h a n i c a lg e n e r a t i v ep r i n c i p l e ，t h ec o m o t i o no fr o t a t ea x i sa n dza x i sw h i c hi sc a l c u l a t e d b yt h eg i v e np a r a m e t e r si sr e a l i z e d ，a tt h es a m et i m e ，h i g ha c c u r a c yp r o b ec o l l e c t st h e r e l a t i v e l ym e a s u r i n ge r r o r , t h e n ，u s et h ed a t ap r o c e s s i n gs o t t w a r et oe v a l u a t et h eh e l i x s e f r o l t h i st h e s i sm a i n l yf o c u s e s0 1 1t h es o f t w a r e sd e v e l o p m e n tt om e a s u r et h em a s t e r t h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo fm e a s u r i n gt h em a s t e ri se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h e m a s t e r so p e r a t i o np r i n c i p l ea n dt h eh e l i x sm o t i o nu a c ee q u a t i o n a ne m p h a s i si sa l s op u t o nt h ep r i n c i p l ea n dp r o g r a m m i n go fr s 一2 3 2s e r i a lc o m m u n i c a t i o na n dg p i bb u st or e a l i z e t h em o t i o nc o n t r o la n dd a t ac o l l e c t i o n t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fe r r o re v a l u a t i o ni sa l s o e s t a b l i s h e di nt h et h e s i sb yu s i n gt h em e t h o do fl e a s t - s q u a r er e g r e s s i o np r i n c i p l e r e s u l t s s h o wt h a tt h es o f t w a r er e a c h e si t sa n t i c i p a n tt a r g e t i ti n d i c a t e st h a tt h ed e v e l o p m e n to f t h e s o f t w a r ei ss u c c e s s f u l t h i sh a sn o to n l ye n a b l e dt h ep r e c i s i o ni n s t r u m e n tb e e nu t i l i z e d a g a i n ，b u ta l s ol a i dag o o df o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to fo t h e rt e s ts o f t w a r ea n d h i g h - a c c u r a c yi n s t r u m e n ti nt h ef u t u r e k e y w o r d ：h e l i xm a s t e r 、h e l i x 、m & m 3 0 0 0 、r s 一2 3 2 、g p i b 第一章绪论 1 绪论 1 1 课题研究的背景 齿轮是各种机器设备中经常用到的一种重要传动部件。由于科学技 术和生产的发展，许多机器所需的动力及运转速度逐渐增加，对齿轮工 作精度的要求也越来越高。渐开线圆柱齿轮螺旋线参数是渐开线圆柱齿 轮精度国家标准g b l 0 0 9 5 8 8 中一项非常重要的测量项目，它与渐开线参 数和齿距参数共同构成齿轮基本测量参数，用于完整地评定单个齿轮的 制造精度。 齿轮传动被广泛地应用于各种机械设备中是因为它具有很好的互换 性和稳定性，即位置误差能被控制在一个很小的范围内，从而可达到理 想状态的啮合。然而要保证这种互换性的要求，其量值必须统一。我国 及世界先进工业国都非常重视齿轮基本参数量值的溯源和量值的统一。 齿轮螺旋线量值的实物基准是螺旋线样板。齿轮螺旋线样板是用于齿向 测量仪、导程测量仪、齿轮测量机、齿轮测量中心等螺旋线参数的检定、 校准、调修和验收的标准计量器具。它以其工作面上的螺旋线与仪器形 成的螺旋线进行比较来确定仪器示值误差。因此，作为样板校准系统应 有很高的精度和权威的数据处理与评价系统。然而要设计研制一种这样 的高精度仪器，需要非常严格的加工环境与相当高的费用，而且还需要 相当长的时间。 原美国生产的m & m 3 0 0 0 型齿轮检测仪，是一种精度较高的齿轮检测 仪器，该仪器有机械精度较高，系统测量范围广泛，操作简单、适用性 强，精度稳定可靠等优点。目前仍正常工作，但是没有齿轮螺旋线样板 测量功能。 本课题“螺旋线样板校准系统的开发”正是基于上述背景提出来的。 西安理工大学硕士学位论文 1 2 螺旋线样板测量技术的发展现状 螺旋线样板的测量，依赖于螺旋线检测仪器的测量原理与数据处理 水平。目前常用的测量方法有两种：一是展成法，采用机械展成的原理， 是转轴与z 轴按给定的参数联动，用高精度测量仪测出其相对误差，此 法具有测量效率较高，采样数据量大，数据处理容易的优点，但不同的 测量工件参数调整困难，尤其是机械合成运动的误差直接影响测量精度； 二是坐标法，即分别测量转轴与竖直z 轴两坐标轴的值，通过数据处理 给出螺旋线的理论值与误差值，虽可剔除机械合成运动的误差，但测量 机构复杂、效率低、数据处理量大。现在所使用的仪器型式有展成式、 导程式、坐标式齿轮检查仪以及坐标测量机。 齿轮量仪是个内含较为丰富的概念，其各种误差检验项目种类繁 多，不仅包括检测各种齿轮的仪器，也将检测蜗轮、蜗杆、齿轮刀具、 传动链的仪器附属在其中。齿轮种类繁多，几何形状复杂，表征其误差 的参数众多，而且技术上的难度较大，成为近一个世纪以来工程界所关 注的一项课题。多年来国内外己发展了一百多种齿轮测量仪器，产品亦 从纯机械展成发展到n c 、c n c 电子展成等多种型式。在6 0 年代和7 0 年 代，齿轮量仪的主导产品是机械展成式渐开线齿轮检查仪、导程检查仪、 万能测试仪等。随着机光电一体技术及计算机技术的发展，上述产品逐 渐被技术先进、功能完善、高精度、高可靠性的电子展成式渐开线齿轮 检查仪所代替。自8 0 年代中期以来，蛆数控技术为依托开发的c n c 齿轮 测量中心，己逐渐成为当今齿轮测量仪器的主流。近年来美国和日本相 继研究出新型的非接触式齿轮测量仪，其关键技术在于非接触( 光学) 式测头设计，这也进一步说明现代齿轮测量技术是机光电一体的集成技 术。齿轮测量技术及其仪器的研究已有近百年的历史，其发展历程如图 卜l 所示。 第一章绪论 p 法篇? 光学佥患自 h - 1li x )l 矗粥l 如一i 幽61 9 7 0 i 南ol d b o2 d 运动凡簿法 单瞌双躲法 洼：1 9 6 t ) 年三坐标鞠量机阉赘 图1 - 1 齿轮测量技术及其仪器的发展历程 齿轮测量中心一般由主机、c n c 数控单元、数据采集单元、机间通讯 接1 ：3 、计算机及外设、测量软件和数据处理软件等部分组成。当今最新 的c n c 齿轮测量中心的主要特点是：性能上是高效、高精度、易操作。 所采取的措施有精密机械的优化设计、3 2 位的c n c 4 5 轴数控系统、直线 电机、三维测头和误差修正技术。在功能上，包括齿轮( 内、外) 、齿 轮刀具( 滚刀、插齿刀、剃齿刀) 、锥齿轮、蜗轮、蜗杆、螺杆、凸齿轮、 拉刀等回转类零件的主要误差项目测量：轴类零件的形位公差测量：强 大的分析功能，如接触分析、工艺误差分析、齿根形状分析、参数反求 等：可耦合到加工系统中，实时数据通信。在可维修性方面，能故障 自诊断、网络远程故障诊断。可升级性，包括软件的可升级和硬件的 可升级。与机械展成式测量仪器相比，c n c 齿轮测量中心的优点是不言而 喻的，其质的飞跃是为任意形状的齿廓测量提供了可能，而不仅仅局限 于渐开线或直线齿廓。锥齿轮、k 蜗杆( 滚刀) 、c 蜗杆( 滚刀) 的测量就是 明证。c n c 齿轮测量中心为测控非线性螺旋曲面提供了工具。 齿轮测量技术发展概况说明，新技术的应用是推动齿轮测量技术向前 发展的有力因素。特别是光电技术、数字技术和计算机( 包括微型计算 机) 技术的应用，已在齿轮测量中形成了一套与传统测量技术不同的新 型测量技术。 西安理工大学硕士学位论文 1 3 课题的来源和研究意义 本课题来源于国防军工计量“十五”计划重点项目的“螺旋线样板 校准装置”这一实际工程项目。该项目的研制要求将在第二章中详细列 出。该项目的研制和开发目的是满足用户对齿轮螺旋线样板检测提出的 新要求，实现螺旋线样板的校准，解决重庆地区齿轮螺旋线样板校准的 困难，以保证和提高该地区大量程齿轮检测仪器量值传递的水平。长期 以来，因没有高精度的螺旋线样板校准装置，使这项工作的开展受到了 较大的影响。开展本项目的研制，有着较明显的社会效益和经济效益。 1 4 本课题的研究思路及主要内容 本测量系统主要是利用原仪器高精度机械结构，以当代先进的电子 展成与坐标法相结合的测量原理。高精度的测量系统，与数控技术，数 据处理技术，计算机技术相结合，对该测量设备进行功能扩充。本系统 主要包括测量系统、数据处理、图形显示、报表形成等四部分。本课题 的研究将主要从分析螺旋线运动轨迹的理论着手，建立运动控制系统的 数学模型，设计稳定、可靠、高效的运动控制，并编制其相应的控制和 数据处理软件，通过对该测量系统进行大量的实验数据来验证其系统性 能。论文全文包括七章，每章的主要内容如下： 第一章从齿轮量仪的国内外现状以及发展趋势出发，介绍了齿轮各 种误差参数的测量原理与方法，以及螺旋线样板测量的发展现状和意义， 指出了开展螺旋线样板测量校准装置该软件系统开发的现实意义。 第二章从所要完成的测量任务及其设计要求与技术指标出发，依据 原仪器的硬件结构和控制系统，分析了基于r s 2 3 2 串口通信和g p i b 总 线技术的运动控制原理，并在此基础上提出了本测量系统的软件总体设 计思路。 第一章绪论 第三章以螺旋线样板的基本概念和其工作原理为理论依据对螺旋线 样板测量的运动控制过程进行了分析，在此基础上根据展成原理和螺旋 线的极坐标方程建立了两轴联动生成螺旋线轨迹的数学模型。 第四章从测量控制系统的结构着手，介绍了r s 一2 3 2 串行通讯的接口 规范、基本连线、串行通信在本软件中的应用，实现p c 与c n c 之间通 信，同时使用g p i b 总线实现测头数据的采集等方面的问题，提出了控制 模块软件设计的思路来达到测量的要求。 第五章从螺旋线样板测试软件的开发环境出发，介绍了该软件系统 的总体结构和具体功能实现模块，采用消息和多线程的编程思想实现各 模块的功能。 第六章从现场调试的环境和过程出发，对在调试过程中出现的问题 进行了分析，减少问题的发生，达到准确、高效的测量。 第二章测量系统的总体设计 2 测量系统的总体设计 2 1 测量对象 符合国家标准g b t 6 4 6 8 2 0 0 0 规定的齿轮螺旋线样板要求的各 类常用螺旋线样板，可以完成一等螺旋线样板和二等螺旋线样板螺旋线 形状误差和螺旋角误差的校准和检定。 2 2 总体方案设计 作为样板校准系统应有很高的精度和权威的数据处理与评价系统。 然而要设计研制一种这样的高精度仪器，需要非常严格的加工环境与相 当高的费用，而且还需要相当长的时间。我们也可利用现有的高精度仪 器，对其进行相应的功能扩充，实现样板的测量。根据实际项目要求， 现提出以下两套实施方案： 其一：利用现有的m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪( 见附图2 1 ) ，在保持原系 统机械部分、控制计算机的基础上，进行相应的功能扩充，实现螺旋线 样板的测量，数据采集并进行数据处理、误差评定与校准。 其二：在德国v g 4 5 0 型齿轮渐开线检测仪上进行技术改造与功能扩 充。 2 3m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪 2 3 1m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪介绍 m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪是美国在8 0 年代初期发展的精度较高的齿轮检 测仪器，可实现齿形、齿向、径向跳动、周节误差等功能。因其是基于 6 西安理工大学硕士学位论文 d o s 的系统平台，使在原有计算机上不容易实现功能扩充，鉴于此原因， 我们通过分析原仪器系统的控制方式和数据采集原理，在保证原有仪器 功能的基础上，新增工业控制计算机，利用并联总线和串连串口技术， 来实现螺旋线样板的测量功能。原系统主要由以下几部分组成： h p 9 0 0 0 3 6 0 计算机、c n c 控制系统、l v d t 测头等。其系统结构简图如图 2 1 所示。 圈2 一lm & m 3 0 0 0 系统结构 m & m 3 0 0 0 测量系统是基于i e e e 4 8 8 总线原理，利用g p i b 总线将测头数 据传递给h p 计算机，并用编制软件的方式实现测头数据的采集。同时，主 计算机通过r s 一2 3 2 标准串行接口实现与控制计算机的通讯，控制计算机接 收主计算机发出的控制指令，并向主计算机返回状态参数，进行运动与测 量控制。其系统原理框图如图2 2 所示。首先通过实验得到h p 计算机与 c n c 控制计算机的运动控制、状态反馈两组串口通讯代码，由此分析测试 出原仪器h p 计算机与c n c 控制计算机之间的通讯命令代码、测头数据格 式和命令发送时机等。实现测量控制主要基本原理如图2 ，2 所示，只是将原 来的h p 计算机改成基于w i n d o w s 操作平台的工业控制计算机。这样， 我们即保持了原仪器的测量功能，同时实现螺旋线样板的测量。 第二章测量系统的总体设计 2 3 2 测量范围 图2 2m m 3 0 0 0 齿轮测量仪系统原理框图 螺旋角：0 。9 0 。 模数：0 5 2 5 4 伽 极径p 轴移动：0 2 1 5 衄 切向t 轴移动：o 3 0 0m 轴向z 轴移动：o 3 0 5m m 移动轴最小分辨率：0 2 hm 回转台：0 。3 6 0 。 回转台分辨率：0 5 ” 2 3 3 技术指标 a 测量重复性 8 西安理工大学硕士学位论文 螺旋线样板校准系统的测量重复性不大于：0 2um b 允许误差 螺旋线测量的允许误差极限：6 l ” c 测量不确定度 螺旋线样板校准系统的测量不确定度：u 1ur r i 2 4v g 4 5 0 型渐开线检查仪 2 4 1v g 4 5 0 型渐开线检查仪介绍 原东德蔡司生产的v g 4 5 0 是高精度齿轮测量设备，是我国六十年代进 口，较高精度的一种渐开线齿轮齿形检查仪。该仪器有机械精度较高，基 圆半径可调，操作简单、适用性强，精度稳定可靠等优点。它具有齿轮仪 器必备的高精度转台，轴向、切向导轨和高精度测头。作为齿轮测量仪， 其原理采用机械展成法，控制测量系统按设定的合成轨迹，以零位法进行 比较测量。因受当时电子产品水平的限制，机械控制系统复杂，可靠性差， 数据处理能力弱，操作不方便，功能扩展困难。机械结构采用钢带带动基 圆盘，实现机械的渐开线展成；不同参数的齿轮( 齿数，模数等) 要通过 计算，手工地调整基圆半径：z 轴的位移则通过机械齿轮切换；不同螺旋角， 也只能通过机械的方法调整。测微仪是电子管线路。测量误差是通过机械 测微仪在记录纸上的曲线手工的分析。只能测量齿形误差与齿向误差，而 且每次测量仅能测一个齿。无法对齿轮的整体误差测量与评价。没有测量 螺旋线的功能。但作为螺旋线测量所必须的高精度机械结构，对机械传动 进行改造，同时扩充运动控制，坐标测量，数据采集与信息处理等系统， 以当代先进的电子展成与坐标法的测量的现代齿轮测量中心的原理，该仪 器的机械平台可以满足要求。 9 第二章测量系统的总体设计 我们利用v g 4 5 0 该仪器的高精度机械结构，应用先进的电子展成与坐标 法的测量原理，采用高精度的测量系统，与数控技术、数据处理技术、计 算机技术相结合，按现代齿轮测量中心的测量原理，对该仪器的机械部分 改造，将机械联动解耦，各个轴为独立的测量坐标轴，采用c n c 控制技术， 对机械系统进行控制，同时将仪器z 轴加高并提高z 轴的直线度精度，构 成一个圆柱坐标系的测量机，实现p ( 极径) ，e ( 极角) ，z 轴的运动控制 与数据采集。按设定的参数进行c n c 联动，同时对测头( 传感器) 进行采 样，完成数据采集，实现新的齿轮、螺旋线测量系统。该系统主要由工业 控制计算机，g a l i l 运动控制卡、伺服放大器、步进电机和测头等几部分组 成，其系统原理如图2 - 3 所示。 计算机 2 4 2 测量范围 a l l l 运动 制器 数据采集 主轴电机 z 向电机 i 切向电机 + f 丽 删头电路i 十 图2 - 3v g 4 5 0 系统原理框图 螺旋角：0 。9 0 。 模数：0 5 1 0 衄 x 轴：0 2 0 0 衄 y 轴：o 2 0 0 彻 z 轴：o 1 5 0 衄 移动轴最小分辨率：0 5u m 机 械 累 统 测头 角度缠码罄 z 向光栅 切向光栅 径向光据 西安理工大学硕士学位论文 回转台：0 。3 6 0 。 回转台分辨率：0 5 ” 电感传感器放大比：1 0 0 倍1 0 0 0 0 倍 2 4 3 技术指标 a 测量重复性 螺旋线样板校准系统的测量重复性不大于：0 5 “m b 允许误差 螺旋线测量的允许误差极限：6 1 ” c 测量不确定度 螺旋线样板校准系统的测量不确定度：u 1pm 2 5 测量系统的软件设计 在本课题中主要以m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪为硬件背景，介绍软件编程 的基本过程。基于上述m & m 3 0 0 0 齿轮检测仪的控制系统的硬件平台，用 面向对象的c + + 语言开发螺旋线样板校准装置的测量软件，实现运动控制、 数据采集和数据处理、误差评定等功能的专用软件包。它包括下述的特点 和功能： a 该软件的特点 测量软件是基于w i n d o w s 操作系统，应用c + + b u i l d e r 进行编程， 可视化的人机操作界面，图形和数据实时显示，全屏幕中文显示。 b 主要的软件功能 ( 1 ) 系统的初始化操作来保证系统处于正常的工作状态： ( 2 ) 螺旋线基本参数和测量参数的设定，可实现参数的输入、编辑和 修改； ( 3 ) 根据设定的参数，实现螺旋线样板的自动测量和数据采集，并动 第二章测量系统的总体设计 态的显示采样数据，测量状态； ( 4 ) 螺旋线样板校准结果与评价，对测量采样数据，进行处理与评价； ( 5 ) 螺旋线校准测量与评价数据库管理，对测量的采样数据进行存 储，并可离线进行数据再调用和再处理： ( 6 ) 图形处理与输出，报表打印： ( 7 ) 在线汉化帮助。 2 6 小结 本章介绍了该系统的设计原则及设计依据。对仪器的控制测量系统、 软件设计思路作了大体上的介绍，对本套系统有一个整体的认识。 第三章螺旋线样板检测原理 3 螺旋线样板检测原理 3 1 螺旋线样板概述 齿轮螺旋线样板是用于齿向测量仪、导程测量仪、齿轮测量机、齿 轮测量中心等螺旋线参数的检定、棱准、调修和验收的标准计量器具。 3 1 1 齿轮螺旋线样板工作原理 它以其工作面上的螺旋线与仪器形成的螺旋线进行比较来确定仪器 示值误差，并可对仪器示值误差进行修正。 3 1 2 样板准确度等级 样板的制造准确度应符合齿轮螺旋线样板国家标准g b t6 4 6 8 2 0 0 0 i t 的要求。样板按其制造误差和测量不确定度分为一等螺旋线样板和 二等螺旋线样板。两种样板均可称为标准样板。 3 1 3 样板的作用 ( 1 ) 一等样板可用于检定二等样板，进行量值传递。检定时标准样板与 被测样板角度应一致。 ( 2 ) 一等样板和二等样板均可用于校准仪器示值误差，由此得到修正值。 在检查齿轮产品时，仪器应加修正值使用，由此提高仪器的使用准确度。 ( 3 ) 一等样板用于检定3 4 级仪器螺旋线示值误差，二等样板用于检定5 级和5 级以下仪器螺旋线示值误差。检定时应使用两种不同角度的样板 分别进行，以最大值确定仪器螺旋线示值误差。 西安理工大学硕士学位论文 3 1 4 常用样板规格尺寸 常用样板规格尺寸见表3 一l 。 表3 - 1 常用样板规格尺寸【 基圆半径n 或分圆半径r 基圆螺旋角孱分圆螺旋角p 齿宽旋向 y b 2 4 皿“ 鼠1 5 。 9 0 m左旋、右旋 r 3 1 m l口1 5 。9 0m 04 、左旋、右旋 r 3 1 瑚i口3 0 。8 0m0 。、左旋、右旋 r 3 1m m口4 5 。8 0m 左旋、右旋 r 5 0m口1 5 。( 6 0 8 0 ) m0 。、左旋、右旋 r 5 0m口1 5 。 1 0 0m 0 。、左旋、右旋 r 1 0 0 m口3 0 。1 7 0 左旋、右旋 允许使用左、右旋对称的其他尺寸样板。 3 1 5 样板结构 样板的结构分整体式和镶嵌式两种，常见外形见图3 一l a 、b 。 苷书弋 a 整体式样扳 图3 1 样板结构 b 镶嵌式样槿 第三章螺旋线样板检测原理 3 2 螺旋线样板测量的参数 螺旋线样板的各种参数是指设计、制造和测量时经常使用的参数， 螺旋线样板的各项尺寸或数据都是用齿轮传动中最基本的参数：齿数、 模数、压力角和螺旋角等来计算的。 3 2 1 螺旋线的基本概念 由前面的叙述中可知，螺旋线样板工作面是一螺旋线，由斜齿轮的 齿廓形成原理，斜齿轮的齿廓是由渐开螺旋面构成，即齿轮的轴向齿向 线是螺旋线，端面齿线为渐开线。它的物理意义可以这样来理解：将许 多象纸一样的薄片圆柱齿轮叠在一起，每叠一片围绕轴心线旋转一微小 的角度，当叠至足够的厚度时，齿廓就成 了渐开螺旋面，见图3 2 所示。其实，齿轮 的螺旋面就是这样加工出来的。如果将某 一圆柱面上的螺旋面与螺纹比较，可知齿 轮的螺旋线只是整条螺旋线很小的一部 分，螺纹牙齿则全部是螺旋线；而齿轮的 螺旋线导程很长，为大导程，螺纹的导程 很短，为小导程。 3 2 2 基本参数 图3 - 2 螺旋线、螺旋角 及导程展开图 在本软件中，根据计算需要，主要用到如下几个参数： a 基圆直径或分度圆直径 由渐开线齿轮中分度圆的定义，分度圆是为了便于齿轮各部分尺寸 的计算，在齿轮上选择一个圆作为计算的基准。由图3 - 2 螺旋线、螺旋 角及导程的展开图可知，d 即为分度圆直径，由渐开线标准圆柱齿轮传 西安理工大学硕士学位论文 动几何尺寸计算公式可知，该直径d 为齿数和模数的乘积。而基圆直径巩 和分度圆直径d 之间关系如下公式3 一l 所示。 巩= d c o s c r ( 3 一1 ) b 螺旋角 螺旋角是螺旋线的一个重要参数。在上一节的螺旋面的形成定义可 知，当一个平面沿着基圆柱做纯滚动时，平面上的一条与基圆柱相交成 恒定角度的直线的轨迹，该恒定角度为基圆螺旋角局，同理，当平面沿 着分度圆柱做滚动时，恒定角度即为分圆螺旋角，如图3 2 所示的。 c 齿宽 齿宽是用来确定测量位置和评价位置的一个参数。 3 2 3 测量参数 测量参数是用来确定测量运动过程时所需要的参数，主要有螺旋线 的旋向和测量螺旋面两个参数。 a 旋向 螺旋线的旋向= 1 1 有左右之分，一对传动的齿轮其中一个为左旋另一个 为右旋，即左右螺旋齿轮相互啮合传动。为了辨别齿轮的螺旋方向可用 左右手定则：左右手拇指指向为螺旋前进方向，曲握的手指指向为螺旋 方向，即左手指向者为左旋，而右手指向者为右旋。同理，样板工作面 上的螺旋线的旋向也是如此判断的。 b 测量螺旋面 螺旋面有左右之分，即左螺旋面和右螺旋面。 测头和回转台的运动就是根据这两个参数的不同来设置的，比如对 于测量左旋左面的螺旋线时，当测头从上到下移动时，回转台按顺时针 转才能使测头和测量螺旋面正确接触，反之则不是撞坏测头或不能接 触。 第三章螺旋线样板检测原理 3 3 误差定义 3 3 1 螺旋线偏差 螺旋线偏差”1 是指在端面基圆切线方向上测得的实际螺旋线偏离设 计螺旋线的量。 a 迹线长度 与齿宽成正比而不包括齿端倒角或修圆在内的长度。 b 螺旋线计值范围( l 。) 除另有规定外，在轮齿两端处各减去下面两个数值中较小的一个后 的“迹线长度”。 在两端缩减的区域中，螺旋线总偏差和螺旋线形状偏差，按以下规 则计算： ( 1 ) 使偏差量增加的偏向齿体外的正偏差，必须计入偏差值： ( 2 ) 除另有规定外，对于负偏差，其允许值为计值范围上。规定公 差的三倍。 在分析螺旋线形状偏差时，规则