关 键 词：

齿轮 内部 缺陷 缺点 超声 探伤 设计

资源描述：

摘要：本文对超声波检测技术以及齿轮内部缺陷探伤的相关应用背景、研究现状等做了简单的介绍，还有对本课题需要解决的问题、拟用的解决方法做了简单的陈述。其中主要是介绍了齿轮内部探伤机的传动装置、探头驱动装置的设计过程以及电动滑轨的选用，还介绍了各个结构中主要零件的功用以及结构尺寸。对主要零件也进行了一定的强度校核，也简单对超声检测原理做了介绍，并合理的把一级蜗轮蜗杆减速器与水浸耦合装置合理的结合在了一起。通过此次设计，更好的合理利用了超声检测机构，并使电动滑轨的安装也得到了灵活的运用。

关键词：超声检测，基本结构，应用

内容简介：

第 1 页 共 16 页 基于声发射螺旋齿轮的晶种故障检测 K 摘要 ： 声发射（）是变速箱等旋转机械健康监测和故障诊断的许多技术中的一种，尽管大量的研究已经证明声发射有适用于直齿轮变速箱的监测上的潜力。这份报告提出了一个实验调查，评估确定的直升机齿轮晶种卡尔缺陷声发射监测的成效；第一个已知的尝试。此外进行振动分析，研究 了啮合齿轮晶种缺陷对振动信号的影响。 声发射（）被定义为材料局部内源和 /或表面因能量的迅速释放而导致结构载体和流体（液体，气体）发出弹性波的现象 1。声发射技术在研究和工业上的应用具有良好的记录 2。关于变速箱，一些研究者已经评估出声发射技术在其诊断和预后上的目的 3其他 7于直齿轮的弯曲疲劳强度声发射检测指出声发射技术在检测裂纹扩展上比振动和硬性测量检测更加灵敏。于是，声发射被认为是一种比振动分析更加敏感的表面规模缺陷的分析技术。 11，使用了一个背到背试验台，研究声发射对直齿轮晶种缺陷的检测效果。得到的结论是声发射缺陷检测充满困难，并建议进一步实验以实现对影响声发射操作参数的更进一步理解。 12， 13，和 14,15研究了诸如速度，转矩和具体的新一代薄膜厚度对直齿轮声发射检测的操作参数的影响。粗略表明声发射的来源于弹流（齿轮的代名词）润滑制度 下。 14 迄今为止，还没有尝试理解螺旋齿轮的声发射机制，也没有打算评估确定这种齿轮缺陷的声发射的 能力；考虑到螺旋齿轮应用是变速箱的一个重要组成部分，这在全球范围内令人感到惊讶。我们都知道螺旋齿轮的啮合机制是啮合长度的逐渐增加到逐渐减少，而某一特定直齿齿轮的啮合过程中啮合长度是不变的。这份报告提出了一种评估声发射检测第 2 页 共 16 页 技术对螺旋齿轮缺陷有效识别的实验研究。此外，对缺陷的逐渐生长进行了探索 。 试台 齿轮变速箱试验台采用了背到背式（见图 1）， 达驱动螺旋（ 214制测试齿轮，见表 36 油润滑，见表 2，运行速度 690 表 一 个宽带声发射传感器（物理声学有限公司， ）被安装在整个声发射测试试验中。声发射传感器用强力胶固定在小齿轮上（图 2）。声发射传感器的响应相对差值在 1 100 图 第 3 页 共 16 页 表 1 齿轮的测试规范 小齿轮 轮 齿数 51 70 模数 3 3 压力角 20 20 螺旋角 触比 作面宽度 向 左手 右手 硬度 13737面粗糙度 度圆直径 寸增编 3 3 齿根尺寸 2 油的规范标准 润滑性能 移动齿轮 636 40 的运动粘度 664（ 100 的运动粘度 粘度指数 65 密度 2. 声发射传感器放置位置 第 4 页 共 16 页 图 3. 数据采集触发机构 声发射传感器的电缆通过一条内有纵向胆管的窄带输入并连接到滑环。滑环（ 12，互动数码媒体电子有限公司）放置在变数箱 尾部测试。声发射在10的采集率被记录在一张 32/16 位的数据采集卡上。变速箱轴承座上安装了一个测试范围在 10 至 8000加速度计量器。（见图 2）电荷放大器为一块 部数据采集板。所有振动数据记录在一块 10采集板上。一个 J 型热电偶也放在里面用来观察额定温度从 60 到 850 度的油浴试验温度。 实验的中心旨在评估声发射技术在确定螺旋齿轮晶种缺陷的适用性，任一数据的采集都来源于每一转被定义的圆周点，这点是至关重要的。出于这个原因，采用了光触发机制。触发系统由一具有 2径孔的金属盘和一个光学传感器组成。一旦声发射发生导致振动采集系统被触发并通过小孔传递到光学传感器。 测试前保持变速箱在 380 60情况下，关键是要捕捉齿缺陷声发射和振动数据，及采集时间，或者窗口中以每 16 齿建立即刻触发机制，确保采集期限为 应的在 690每 16 齿采集一次。（见图 5）开始测试时记录无缺陷声发射和振动情况。变速箱在运行 5扭矩为 250停止，以调整适应新的动态条件。同时，用同一采集窗口采 集无缺陷时的声发射和振动数据。重复同样的过程至 180缺陷时的条件被称为缺陷 0，见表 3。 为了执行晶种缺陷试验，停止试验台运转并用牙钻在第七齿牙上造成第一个缺陷。（见图 4）变速箱一开始工作与缺陷齿相关的声发射和振动数据就会立刻第 5 页 共 16 页 得到。瞬时记录的意义在于能让作者探索一些研究人员曾建议过的表面 /材料对声发射及振动的影响 11,16。声发射和振动信号再次在特殊缺陷条件下被记录后变速箱应当持续工作直到温度达到 60。在 250 180分别重复相同的过程，测试应当持续六次以上，如同表 3 给出详细的缺陷条件 。最终，每四个数据做为为一组缺陷来介绍。首先应直接采集缺陷发生在 380的扭矩数据，在报告中作为“ D”类。其他在 38050 180即刻采集的数据标记为“ A”、“ B”、“ C”类。 每一缺陷及负载条件下记录 20 组声发射数据，类似的，采集 10动数据在 间窗的抽样率。 图 表 3 晶种缺陷详情 缺陷类型 尺寸（平方毫米） 深度（毫米） 除量（立方毫米） 缺陷 0 0 缺陷 陷 陷 陷 陷 5 2 缺陷 陷 6 页 共 16 页 图 4结果与讨论 于声发射的监测结果 如图 5 所示的一个典型 380缺陷条件下的波形。虽然也存在爆发瞬间振幅超过潜在连续波的连续声发射，但连续声发射的波形是显性的；突发声发射的周期性频率代表采集窗口中啮合齿的数量。这是对直齿轮啮合中 声发射显现出的连续及伸展特性类似的声发射波形的观察 14。 14认为在直齿轮啮合中节线的滚动接触产生了高振幅的瞬发脉冲群，而滑动接触产生了大量的连续波形。 关于螺旋齿轮，一分钟内齿轮副的特殊啮合方式由开始时接触线的长度增加而产生，而由接触线长度的减少而分离。因此，螺旋齿轮接触线的长度沿着节线变化而直齿轮的接触长度保持不变。此外，螺旋齿轮啮合时接触长度的不断变化直接影响齿轮的负载情况，导致油膜厚度的瞬时变化。因此，螺旋齿轮啮合时的声发射波形来源于齿轮啮合时振幅的持续变化，见图 5。 图 6 展示了每种缺 陷条件下典型声发射波形并且演示了瞬态连续声脉冲与声发射等级的连续关系。声发射脉冲的瞬态表明了发生晶种缺陷的那个齿，晶种缺陷不能够在波形中得到显示。声发射全测试条件下的均方根值由 20 组不同缺陷和负载条件下获得数据的平均均方根值所组成，见图 7，及图 附录中的表 着全部负载测试条件下缺陷尺寸的逐渐增大声发射均方根的等级也会逐渐增加，见图 7。负载条件 7 页 共 16 页 （ 250 C(180声发射负载等级随着齿数和缺损宽度的增加而增加，而测试条件 A(380 D(380类似趋势，均方根值轻微减少，由缺陷 5 在缺陷“ 0”与缺陷 ；声发射等级由缺陷 加到缺陷 观测的确切原因在报告的最后。据指出，负载条件的增加并不一定总意味着声发射等级的增加。这表明在负载条件“ A”（ 380的缺陷 4。这种下降的确切原因目前还不清楚。 图 6.“ A”条件下的每个缺陷的波形 第 8 页 共 16 页 图 有趣的是除了一个测试条件（缺陷 6,250其他声发射的初始缺陷条件（ D） 级要相对高于其他所有测试条件下。这并 不令人惊讶，粗糙的接触是齿轮啮合时声发射产生的主要来源 14,18,19，也证明其他围绕在晶种缺陷腔周围的材料突起带来的影响比齿轮表面粗糙度直接产生的晶种缺陷更加能触发声发射现象。经过数千次的公转（ 1,300,000）突起将会逐渐变平导致图 7 标示出的声发射等级的相对降低；这证实了 6和 1等人的假设。图 8示意图展示了由于突起存在声发射产生的过程。 为了表明随着缺陷尺寸增加声发射下降的原因，在 A 和 D（缺陷 缺陷件下，每种缺陷在用石膏填充后被计算，以获得三维轮廓。 绘制声发射 图 9。缺陷体积和声发射间的直接关系视作“ A”和“ D”测试条件；在一些情况下宽度是相对宽度但是移除量相对较少（例如，缺陷 缺陷 宽但是移除量缺陷 于缺陷 声发射 级随着移除量的增加而增加。注意在 B 和 C 条件下的观察却不相似，尤其是缺陷 。这有些特别在研究啮合过程中影响声发射起源的解释。这表明缺陷腔内流体的相互影响机制为声发射现象提供了根源。这种特殊的观察被进一步研究并为此进行了进一步检测。一个被选定的齿用牙钻做出不同直径和深度的孔 ，见表 4 和图 10。声发射数据记录前每一晶种深度的钻机运行 45 分钟（ 3， ,00,000 转）。这是为了保证在整个测试中温度保持不变。结果，如图 11 介绍，显示了声发射 增加是容积腔增加直接导致的，这个观点得到了强烈的支持，既是在一个孔（坑，层裂等）里的包含的润滑油也有助于衡量声发射水平。这个特殊的采样率的测试第 9 页 共 16 页 每组一数据文件由 4 65536 个数据采集点构成，每一体积条件下有超过 25个数据文件。据所知这是第一次对这种现象的研究，并在适当的时候引领未来的研究。图 12 展示了一段典型的与这些体积测试相关的波 形并且表明孔并没有导致任何材料突起也没有导致声发射波的构成，图 6 展示了一种典型的缺陷的产生。 图 图 于基础振动的结果 在不同条件下采集和同步平均每一缺陷的二十组数据在 10的采样率。每一数据集的采集与包括 16 齿在内的时间窗口有关。 图 13 说明了每种测试条件下的振动 。在 D 条件下的振动 级第 10 页 共 16 页 要相对高于前面其他条件下所讨论的。此外，缺陷周围突起的塑性变形会导致刚度的改变以及振动结果的增长 20。相 对于声发射 等级，不论缺陷条件如何振动 级保持相对恒定，但应当指出的是声发射和振动并不在相同位置，见图 13。 表 4 380固定齿上逐渐增加的缺陷体积示意图 图 第 11 页 共 16 页 图 级 图 第 12 页 共 16 页 图 级 图 第 13 页 共 16 页 表 不同条件下每种缺陷的声发射 及标准偏差值 图 14 表明由整合信 号条件包括啮合频率和侧带及边带（ 350 850的谐波的频谱来计算每种缺陷条件下的振动能量值。这表明沿着面宽度的缺陷增长第 14 页 共 16 页 在“ D”和“ A”条件下能量值也增长，但是在“ B”和“ C”条件下振动能量等级保持恒定。此外，人们注意到扭矩等级的降低也使与每个缺陷有关的能量值降低。 以下结论基于实验期间的观察。 1. 螺旋齿轮的晶种缺陷在声发射波形中是显而易见的。 用类似的测试证明这并不适用于直齿轮。 2. 材料的移除体积与声发射 间有直接关系，这是首次观察而且在未来会继续研 究。 3. 旋转齿轮的声发射 级测量表明在测量螺旋齿轮晶种缺陷上它比在轴承座上放置振动传感器测试更加灵敏。然而，作者们建议进一步实验，将声发射设备和振动传感器同时放置在轴承座上以便成功综合比较振动和声发射方法。 第 15 页 共 16 页 参考文献 1 2096, 2007, 2 , of 006;38(1):316. 3, , . by 993:934 , R, . a J 999;121(4):58793. 5 , , . of of J 995;13(1/2):3. 6, , . I. 2002. 30410. 7, . 997;55(2):1837. 8in of 1998;16(14):4. 9 N, S. J 999;17(12):237. 10of E 2003. 11, . to 005;38(1):2736. 12, . of E 003;36(7):4717. 13 I, . lm J 16 页 共 16 页 2007;129(4):8607. 14. A 006;9(1):914. 15K, , . A on of 007;21(1):20833. 16K, . of in 005;24(1):1128. 17, , 976;98(2):267376. 18 J,L, . 990;23(5):291. 990;23(5):291. 19J, L. 991;149(12):4153. 20, , D. in of 003;36(5):35772. 21I, . 7on 006). 2006. p. 42732. 摘要 ：本文对超声波检测 技术 以及 齿轮内部缺陷探伤 的相关应用背景、研究现状等做了 简单 的介绍，还有对本课题 需 要 解决的问题、拟用的解决方法 做了简单的陈述 。 其中 主要是介绍了 齿轮内部探伤机的传动装置、探头驱动装置 的设计过程以及 电动滑轨 的选用 ，还介绍了各个结构中 主要 零件的功用以及结构尺寸。对主要零件 也 进行了一定的强度校核，也简单对 超声检测原理 做了介绍，并合理的把一级蜗轮蜗杆减速器与水浸耦合装置合理的结合 在 了 一起。通过此次设计，更好的合理利用 了 超声检测机构 ，并使 电动滑轨的安装 也 得到了灵活的运用。 关键词 ： 超声检测 ，基本结构 ，应用 In so do a is to to be a is to of of of of a of to a a of of to of 毕业设计中英文翻译 学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师： 年 6 月 机械设计制造及其自动化 大学 届毕业设计说明书 第 I 页 共 页 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 概述与简介 . 错误 !未定义书签。 本课题的背景及意义 . 错误 !未定义书签。 国内外现状和发展趋势 . 错误 !未定义书签。 2 总体技术方案设计 . 错误 !未定义书签。 解决问题的初步方案 . 错误 !未定义书签。 课题具体阐述 . 错误 !未定义书签。 总体初步技术方案 . 错误 !未定义书签。 宜采用的设计方法 . 错误 !未定义书签。 主传动系统方案 . 错误 !未定义书签。 进给系统方案 . 错误 !未定义书签。 待测工件在工作台上的定位和 夹紧 . 错误 !未定义书签。 探头正负角度的调节 . 错误 !未定义书签。 3 传动机构部分的设计 . 错误 !未定义书签。 动机的选择 . 错误 !未定义书签。 选择 电动机的类型 . 错误 !未定义书签。 步进电机的选择 . 错误 !未定义书签。 步进电机的确定 . 错误 !未定义书签。 联轴器的选用 . 错误 !未定义书签。 蜗杆设计 . 错误 !未定义书签。 蜗轮设计 . 错误 !未定义书签。 蜗轮蜗杆参数计算 . 错误 !未定义书签。 主轴设计 . 错误 !未定义书签。 4 探头进给部 分设计 . 错误 !未定义书签。 滑轨的选用 . 错误 !未定义书签。 滑轨的功用和分类 . 错误 !未定义书签。 大学 届毕业设计说明书 第 共 页 导轨应满足的要求 . 错误 !未定义书签。 电动滑轨的结构 . 错误 !未定义书签。 滑轨的截面形状及组合 . 错误 !未定义书签。 滑轨的长度选择 . 错误 !未定义书签。 滑轨的许用压强 . 错误 !未定义书签。 滑轨的润滑与防护 . 错误 !未定义书签。 5 总体外形和具体零部件的选用 . 错误 !未定义书签。 装置箱体 . 错误 !未定义书签。 具体箱体结构 . 错误 !未定义书签。 6 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 of In 6on et 13, et 14,15 of as on of on to be a is 14no E in to E to in a of 36 , at a E D, to E on 2). of a 00 +44 0 (2009) 547555B. AE to be of et 11 a E in It E on of on E. et 12, of 1), W 14. is in of . of is 2E in is to - 211 2008 of of a in E 710 is It is a is to in a an E of on of is on D. 008in 4 0084 0089 008as E in on of in to E in on to of 008 . D. 0 (2009) 5475551. E a to at of AE E 6 at a 0 An 36of of 1 70 005.1 5.1 37 37 of 36064 (002270 16554052 2. AE of 0 000 Hz on A 721B) a at a 0 In to a 850 on on it a an of mm an E 3)to -h 80 Nm so to a in 0 It to as 3. or 6 an 6 90 of 5). To a E 50 Nm to on E of 0 0 5 24. on D. 80 be to to ) a 4). E of to to of on E as 11,16. to 0 E 50 Nm m, as . of 80 Nm D to 80 250 Nm 80 60 A, B C,E 0 a s. on m is 5. E E of E is E in in E 4. et 14 on of E a of to a as a in in on of As of in In of 17, by to in 5. E a 0 (2009) 547555 549to be of 6 E E E E to at 6. in a in 11,16r.m.s by r.m.s 7, 1 in In an E r.m.s 7. (250 (180 an E r.m.s of (380 (380 r.m.s AE r.m.s to is in It E A (380 is A)B) C)D)1234567. AE r.m.s 0 0 0 0 0 0 6. . D. 2 0 (2009) 547555Of is E r.m.s of D) 250 to be a 14,18,19. as by 1,16,21 of a as a of E of 1,300,000) be in a E 7; an et 16et 21. 8 E to of E as (2 2 2 2 2 5 A in E of E D. 0 (2009) 547555 5518. of of of so as to r.m.s an 9. A E A D; in in E r.m.s of at in E of of of to a E To A of of D)380 )250 )59. AE r.m.s of of on a 80 7 7 mm(a 2.5 5 ,000,000 E to 11, an E r.m.s a of to E Hz a 5,536 5is at in of to A is 12 it in of E of of a as on of at 0 a 6 r.m.s r.m.s 10. on 2 3 4 5 11. AE r.m.s of 12. 345 670123 45670134671234 80 087 56713. MS at . D. 0 (2009) 547of to 0E r.m.s r.m.s E at 0123456701235 67123456702040608010012014016014. 1AE r.m.s at D. 0 (2009) 547555 2 3 4 5 2 3 4 5 A)77(on 1 ( 1 2 3 4 . D. 14 by of 350850 It as an in D at B C. it as Conc 大学 届毕业设计说明书 第 1 页 共 33 页 1 绪论 1 1 概述与简介 无损检测 (指不破坏和损伤受检物体，对其性能、质 量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。无损检测技术是提高产品质量，促进技术进步不可缺少的手段，特别随着新材料、新技术的广泛应用，各种结构零件向高参量、大容量方向发展，不仅要提高缺陷检测的准确率和可靠性，而且要把传统的无损检测和信息技术相结合，实现无损检测的数字化、图像化、实时化、智能化 1。 工业上常用的无损检测方法有五种：超声检测（ 射线探伤（ 渗透探查（ 磁粉检测（ 涡流检测（ 其中超声检测是利用超声波的透射和反射进行检测的。超声波可以穿透无线电波、光波无法穿过的物体，同时又能在两种特性阻抗不同的物质交界面上反射，当物体内部存在不均匀性时，会使超声波衰减改变，从而可区分物体内部的缺陷。因此，在超声检测中，发射器发射超声波的目的是超声波在物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，发射和接收器可对反射波进行分析，精确地测出缺陷来，并显示出内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等。 超声检测作为一种重要的无损检测技术不仅具有穿透能力强、设备简单、使用条件和安全 性好、检测范围广等根本性的优点外，而且其输出信号是以波形的方式体现。使得当前飞速发展的计算机信号处理、模式识别和人工智能等高新技术能被方便的应用于检测过程，从而提高检测的精确性和可靠性。 超声波无损探伤（ 超声无损检测的一种发展与应用，其设备有：超声探伤仪、探头、耦合剂及标准试块等。其用途是检测铸件缩孔、气泡、焊接裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度测定。 超声无损检测在最近几十年中得到了较大的进展，它已成为材料或结构的无损检测中常用的手段。由于超声检测可以在线进行、超声波对人体无害又不改变系统的 运行状态，因此，在材料或结构的无损检测中得到了广泛的应用 2,3。 本课题的背景及意义 近年来，我国的汽车及摩托车齿 轮 制造业取得了迅速的进步和发展，骨干专业生产厂目前已发展到近百家。同时也引进了不少国外的先进齿轮制造工艺、技术、装备以及先进的生产经营管理模式，产品品种和质量基本满足了国内中低档轿车及摩托车变速箱 大学 届毕业设计说明书 第 2 页 共 33 页 用齿轮的要求，但行业整体水平与国外仍有很大的差距，尤其在齿轮测量技术领域差距更为突出。目前，国内生产的齿轮测量仪器主要用于计量室、计量站，自动化程度低、整体可靠性差、测量速度慢、品种 欠缺、对使用环境有较高的要求，难以适应车间现场使用。近年来，开发成功的齿轮测量中心达到国外上世纪 80年代末、 90年代初的水平，但不能适应汽车齿轮生产的快速节拍，难以实现完全检测和分选。实现 100%的对齿轮制造缺陷进行快速在线检测，对于实际生产具有重大而深远的意义 。 4 齿轮传动被广泛地应用于工业、农业、国防、航空航天、交通运输等各个行业的机械设备中。可以说，齿轮传动系统是当今世界上应用最为广泛的机械传动机构，而齿轮又是最容易损坏的机械零件之一。如何及早地发现齿轮传动系统的早期故障，对经济合理地安排维修 设备时间 ,避免发生重大人身、设备伤亡事故有着十分重要的意义。 在机械设备运转过程中 ,齿轮传动系统通过主、从动齿轮的相互啮合传递运动和能量，这个过程将产生一定形式的机械振动。而诸如磨损、点蚀、制造误差、装配误差等齿轮和齿轮传动系统的各种缺陷和故障必然引起机械振动状态 (或信号 )发生变化。因此，在齿轮传动系统的振动信号中，蕴涵有它的健康状态 (故障与无故障 )信息，监测和分析振动信号自然就可以诊断齿轮和齿轮传动系统的故障。 但是，与齿轮传动的常规振动相比较 ,齿轮早期故障所引起的振动激励非常微弱，振动响应的传递路径很复 杂 (包含强干扰躁声和路径的非线性传递 )，所以振动信号所包含的信息丰富、频率成分复杂，有用的故障信息往往被淹没在其它频率成分和测量噪声之中，造成了齿轮传动早期故障诊断的困难 传动系统的多故障并发，必然产生故障诊断中的多故障信号分离问题，以及随后实现故障定位和损伤程度估计问题都与故障信息检测和振动信号分析相关。然而 ,现有的机械故障诊断信息处理技术，只适合于诊断齿轮发生严重磨损等一类分布性故障，不能有效地 (或不能完全有效地 )解决齿轮的早期故障和局部故障诊断问题。 随着现代科学技术和工业技术的迅速发展，尤其是 原子能、航天、航空技术的发展，一步不损害被检测对象（材料、工件或设备）的使用性能为前提的无损检测技术越来越为人们重视。 8 现代工业对无损检测提出了高速度、高精度、高分辨率和高可靠的要求，这从根本上促进了超声无损检测技术的发展。为特定的目标设计和制造各种专门化的检测仪器和检测装置，以及实现自动化扫描成像检测是超声无损检测技术发展的一个重要方向。尤 大学 届毕业设计说明书 第 3 页 共 33 页 其是超声波扫查，由于显示直观、检测速度快，已成为航空件等大型构件普遍采用的超声检测技术。 9 超声波探伤的优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害 ，能对缺陷进行定位和定量。 超声探伤技术是无损检测中应用最为广泛的方法之一，它能精确的检测金属、非金属表面和内部的缺陷，在工业领域得到了广泛的应用。 10 超声波探伤仪的种类繁多，但在实际的探伤过程，脉冲反射式超声波探伤仪应用的最为广泛。一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计 的。 11 针对齿轮这一基础构件在工业生产中的重要作用，无伤超声检测技术有良好的发展前进，国内在这一方面的研究也并不充分， 齿轮超声自动检测系统的开发，对于保证齿轮的质量、提高机械设备的可靠性有重要意义。 国内外现状和发展趋势 当今社会，随着微电子技术、计算机技术、数字技术、传感技术、自动控制技术的发展，现代超声无损检测技术已经进入到以计算机控制为主的信息技术时代。表现在 :生产过程的实时设备安全检测、监控和产品生产运行过程的实时质量检测、控制 ;可以通过相关处理、平均处理、包络识别的数字信号处理技术 来排除噪声，提高检测的信噪比，抗干扰能力强 ;能自动扫描、自动定位与跟踪检测对象的各种检测机器人以及对缺陷的自动识别与计算机模拟仿真技术 ;客观、全面地采集、存储和分析数据，可以对采集到的数据进行实时处理和后处理，可对信号进行时域分析、频域分析和图像分析处理，以提高检测的可靠性 ;可通过变更和扩充软件程序来改变或增加仪器功能 12。 我国超声无损检测事业从整体水平而言，与发达国家之间存在很大差距。具体表现在以下几个方面 : 检测专业队伍中高级技术人员和高级操作人员所占比例较小，极大阻碍了超声无损 检测技术自动化、智能化、图象化的进展。 专业无损检测人员相对较少，现有无损检测设备利用率低。 无损检测技术领域的信息技术的应用不足。 大学 届毕业设计说明书 第 4 页 共 33 页 当前，超声波检测仪器的研制也己开始进入到数字化阶段。该技术是采用超声波检测仪器采集超声波回波信号经接收部分放大后，由模 /数转换器变为数字信号传给微处理器。微处理器再把随时间和位置变化的超声波形进行适当处理，得出进一步控制检测系统的结论。一方面它承袭了常规超声波检测探伤仪器的基本模式和基本功能，又具有数据存储和运算功能，实现了检测过程中自动判伤、自动读出和显 示缺陷的位置与当前量值、存储并打印输出检测报告。不仅解决了超声波检测可记录的问题，而且减少了人为误差，提高了检测结果的可信性。 当然，伴随着以计算机技术为具体体现的信息技术的突飞猛进，采用人工智能技术、自适应技术、机器人技术、相关技术、信息融合技术、激光技术和 技术与无损检测技术有机结合以实现复杂形面复合构件的超声扫描成像检测，以高精度的运算、控制和逻辑判断功能来代替大量人的体力和脑力劳动，减少了人为因素造成的误差，很好地解决了记录存档问题，使得在无损检测中定位、定性、定量的可靠性和完备性大幅 度地提高，实现了超声检测和评价的智能化、自动化、图像化、数字化、小型化、系列化、多功能化和信息化。这是超声无损检测技术研究的热点，标志着超声无损检测的现代化进程 13。 伴随着各种新材料、复合材料的出现和使用，以及对现代检测技术的要求不断提高，研制和开发数字化、智能化、模块化、网络化的超声波检测仪器已成为发展的必然。未来的超声波检测仪器应当具有以下特征 : (1)模块化和插卡化各种超声波检测卡 (含数据采集和数据处理以及接口的插卡将大量问世，借助于高速度、高容量的计算机，超声波检测仪器的研制将变得比较 容易。 (2)高数字化、高智能化和图像显示功能未来的超声波检测仪器应当是高度数字化、高度智能化的，其检测结果应可用图像显示出来 ;具有友好的用户界面 ;开机后具有自检功能 ;可用菜单选择仪器测试参数 ;可调用或可存储仪器的设定参数，以及与其它计算机进行通讯或传输数据 14。 (3)数据库及自动识别功能未来超声波检测仪器的一个最重要的进步是具有对被检对象的缺陷类型进行自动识别，以及对被检测对象的状态进行自动评价的功能。因此，它应当具有比较完备的数据库和专家识别系统。 (4)专门的超声检测专家 系统专门的专家系统是保证数字化、智能化超声波检测仪 大学 届毕业设计说明书 第 5 页 共 33 页 器的有力手段和技术支持，系统内建有模式识别和自适应学习网络，它也是协调检测仪器软、硬件以及仪器与人的友好互动的关键所在。 目前，虽然世界上各种超声波检测技术和超声波检测仪器的发展相当快，但我们综合以上的分析和调查、研究之后，不难发现 :超声波检测的未来主要趋势还是应该朝研制一种智能化的诊断装置方向发展。这种智能化的诊断装置应该能靠增加所获得的被检工件的信息量、提高信息质量以及经专门的数学后续处理等手段来提高评价工件质量的能力。因此，把握这方面的发展动态 ，紧随时代发展潮流的脉搏，是我国超声波无损检测人员进行研制、开发以及应用超声波检测技术责无旁贷的义务，亦是我们不断前进的方向和动力 15。 大学 届毕业设计说明书 第 6 页 共 33 页 2 总体技术方案设计 解决问题的初步方案 课题具体阐述 本课题主要研究一部可进行实验的齿轮内部缺陷超声探伤机数字样机。齿轮由于其工作方式，极有可能在齿内部产生裂纹，在齿轮毛坯铸造过程中也有可能产生气孔等内部缺陷，工作过程中由于内部缺陷导致的零件破损会带来严重后果，探伤机可对一定尺寸范围内的齿轮金属零件进行精确扫描检测，以确定零件各种内部缺 陷的位置。 技术要求： （ 1） 系统功能 实现一定尺寸范围内齿轮金属零件自动超声检测的功能，重点实现各种型号小汽车变速箱齿轮的内部缺陷检测。它可以发现齿轮中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。 （ 2）被测工件：外径 100度 30 3）检测要求的运动方式及运动参数： 1）运动方式：工件旋转，探头沿工件的径向和轴向进给扫描； 2）探头径向和轴向最大进给量： 15050 3）工件转速范围 为： 5 60r/ 4）进给速度： mm/r(这里的每转是指工件旋转一周的进给量 )。 （ 4）探头可以定量手工调节入射角度，调节范围为 100。 （ 5）其它要求： 超声检测要用水进行耦合，工件和探头都要浸在水中，要有供水和排水机构，也要考虑防锈问题。 被检工件： 大学 届毕业设计说明书 第 7 页 共 33 页 图 被检工件 图 总体初步技术方案 主要为布局方案的运动方案方面的选择 方案一： 大学 届毕业设计说明书 第 8 页 共 33 页 图 械系统结构简图方案一 方案二： 图 械系统结构简图方案二 机械系统是运动控制的载体，操纵探头运动和工件旋转运动时固定的执行机构。设计机械结构系统时主要考虑两个问题 16： 大学 届毕业设计说明书 第 9 页 共 33 页 （ 1） 工件的旋转运动及装夹； （ 2） 滑轨运动的平稳及合理性，保证检测的精确性，不漏检。 本课题中机械系统主要由电动滑轨、传动机构、工作台以及水槽等四部分组成，上图 1)为检测时工件旋转，只需设计轴向 Z 方向，径向 X 方向的探头运动滑轨，采用两电动滑轨丁字型安装，两探头连接在探头箱上。 2)主要是一减速装置，初步考虑可以是齿轮二级 减速装置或者蜗轮蜗杆一级减速机构，由传动比和经济性考虑确定使用蜗轮蜗杆一级减速机构。 3) 工作台：工作台是实现工件装夹、水箱放置及滑轨固定的机构，在方案二中工作空间分为上下两层，工作台同时充当了下层传动机构箱盖的作用，应满足相应工艺。 4) 声自动检测装置采用的是水浸耦合，因此水槽是系统的必备部分，考虑防锈等因素水槽单独采用防锈材料如不锈钢或内壁涂上防锈涂层再固定到工作台上。 方案二相对于方案一在布局上更加合理，节省工作空间，同时滑轨的放置也更加方便，但对工件装夹处对水的密封较方案一要困难些，综 合其经济性及便利性考虑采用方案二。 宜采用的设计方法 方案二为最佳方案 缺陷 超声正交扫描检测 法： 缺陷主要有气孔和裂缝两种， 过对 齿轮大小及齿形 的具体分析，从两个方向对 可能存在的缺陷进行正交检测，这样不易漏检，也可根据两个方向获得的信息对缺陷进行定性分析。两个探头装在一个探头架上，全部采用水浸聚焦探头。整个探头和被检齿轮全部近在水中， Z 方向探头发射的纵波在水中传播入射到齿轮内部，在齿轮内部产生板波。板波在齿轮内部传播，在传播的同时部分以纵波的形式向水中辐射，由于 X 方向探头紧贴齿轮表面，超 声波的能量并未衰减多少即被探头接收，同理 Z 方向的超声波也被 X 方向探头接收。 探头发射的纵波在齿轮中传播，当遇到缺陷时，板波沿缺陷轮廓反射，反射回波的部分能量以纵波的形式向水中辐射，被另一探头接收形成缺陷反射回波信号。 通过对 一 组探头信号的处理与综合分析，可得出 齿轮内部缺陷 情况。这就是检测的 大学 届毕业设计说明书 第 10 页 共 33 页 基本原理和方法 17。 根据检测方案，检测系统应具有以下功能： 1）一个探头先做径向扫描，然后另一探头进行轴向扫描， 并把各自的回波信号进行处理； 2） 提取回波信号的主要特征以便分析判断； 3） 为了获得整个 齿轮 的信 息， 齿轮 和探头必须有相对运动，使系统对整个 齿轮 都能检测到； 4） 整个系统由微机进行控制和数据处理。根据检测到的数据自动做出结论； 5） 遇到不合格的 齿轮 ，能在不合格的位置自动打标记，以便操作人员进行 X 射线检验核对 本课题最终结果不做出实物，完全借助计算机辅助设计软件 ,进行模拟仿真。 主传动系统方案 采用步进电机驱动蜗杆转动，步进电机和蜗杆间采用联轴器连接，蜗杆作为系统的主传动装置。 进给系统方案 电动滑轨带动探头做轴向径向的进给。 待测工件 在工作台上的定位和夹紧 如下图： 图 件装夹机构 大学 届毕业设计说明书 第 11 页 共 33 页 被测齿轮放在一具有凸台的轴上，凸台上放一套筒，套筒底有 U 型槽，与凸台配合定位套筒，可做不同壁厚的套筒若干，轴前段做出螺纹，用一大薄螺母与之配合，将螺母拧紧即可对被检工件进行定位，只需更换套筒即可对不同内径的齿轮进行定位检测。 探头正负角度的调节 如下图： 图 探头角度调节结构 刻度盘用强力胶粘在探头架上，探头用六角螺栓与探头架固定在一起，探头尾部有指针，将螺母拧松可按照刻度盘进行正负角度的定量调节，调节好后拧紧螺母既可 固定探头的入射方向。 3 传动机构部分的设计 动机的选择 选择电动机的类型 电动机的类型和结构形式要根据电源（直流或交流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。 为使执行部件具有快速响应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量的伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能充分发挥其加速能力，会影响其经济性。因此，必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的 大学 届毕业设计说明书 第 12 页 共 33 页 匹配 18。 工件的转速范围要求为 560r/速较低，蜗轮蜗杆传动比 i=39，则蜗杆所需转速为 1952340转 r/ 选择电机时可以选择两种电机：步进电机和伺服电机。 步进电机和交流伺服电机性能比较 19 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方 向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 1） 控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 、 ，五相混合式步进电机步距角一般为 、 。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为 ；德国百格拉公司（ 产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 、 、 、 、 、 、 ， 兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为 360/10000=。对于带 17位编码器的电机而言，驱动器每接收 217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360/131072=。是步距角为 的步进电机的脉冲当量的 1/655。 2） 低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情 况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等 16。 大学 届毕业设计说明书 第 13 页 共 33 页 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（ 可检测出机械的共振点，便于系统调整。 3） 矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且 在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在 300 600流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000000内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 4） 过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在 正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 5） 运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 6） 速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200 400毫秒。交流伺服系统 的加速性能较好，以松下 00W 交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速 3000用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。 考虑到本装置的要求不高，综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用步进电机比较合适 20。 步进电机 应用中的注意点 : 大学 届毕业设计说明书 第 14 页 共 33 页 1)步进电机应用于低速场合 000转，（ 时 6666最好在 1000）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机功率大、效率高。 2)步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 3)由于历史原因，只有标称为 122他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议： 574860V,110用高于直流 80V），当然 12伏的电压除 12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。 4)转动惯量大的 负载应选择大机座号电机。 5)电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。 6)高精度时，应通过机械减速、提高电机速度 ,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用 5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。 7)电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。 8)电机在 600下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 9） 应遵循先选电机后选驱动的 原则。 通常在电动机惯量 L（折算至电动机轴）或者总惯量 间，推荐下列匹配关系： 1 14 或 0 或 大学 届毕业设计说明书 第 15 页 共 33 页 步进电机的选择 进电机图 感应子式永磁步进电机是一种将电脉冲信号变换成角位移的机电元件，它的角位移与输入的脉冲数成正比，转速与输入脉冲频率成正比。可通过改变脉冲率来调速，能快速启动、反转和制动，是数字控制系统的理想执行元件。 感应子式步进电机具有步距角小，有较高的启动和运行频率，消耗功率小，不通电时有定位转矩等特点，广泛用于机床的数控系统，计算机的外围设备和其他数控装置中。 步进 电机的选用首先要保证步进电机的输出转矩大于负载所需的转矩。所以应先计算机械系统的负载转矩，并使所选电动机的输出转矩有一定的余量，以保证可高的运行。通常 m a x/ 0 0 。其中 步进电机的最大静态转矩， M 为负载转矩。其次，应使步进电机的步距角 与机械系统匹配，以得到机床所需的脉冲当量。 最后，应使被选步进电机与机械系统的负载惯量及机床要求的启动频率相匹配，并有一定的余量 ；还应使其最高工作频率满足机床移动部件快速移动的要求。 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 1） 步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目 大学 届毕业设计说明书 第 16 页 共 33 页 前市场上步进电机的步距角一般有 （五相电机）、 /、四相电机）、 3度 （三相电机）等。 2） 静力矩的选择 步进电机的动 态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载 21。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的 2力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） 3） 电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动 电压） 4） 力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= M =2n/60 P=20 其 为每秒角速度，单位为弧度， 米 P=200( 半步工作） 步进电机的确定 脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离（输入一个指令脉冲工作台移动 初选 之相步进电动机的步距角 ，当三相六拍运行时，步距角 其每转的脉冲数 旋转转矩 21 t a n ( )2=0大学 届毕业设计说明书 第 17 页 共 33 页 止推转矩 33002 2200()3 ( )=8 x 10动转矩 12T T T=1.5 x 10 8 x 10x 10中：2旋升角 =4 当量摩擦角 =摩擦系数 f=速运行，非精确计算可以套用以下公式： I） /（ 2 式中 动扭矩 向负载 N（ + F： 蜗轮 的轴向力 N， ：导向件的综 合摩擦系数，m：物体重量 g:； I：导程 10 给正效率。 +综合摩擦系数 =F=100N（无载荷时阻力） 得 ： 20 00= I） /（ 2 设 得 10/ 根据这个得数，可以选择电机功率。 所选电机为 86体型号为： 电机常规参数表 大学 届毕业设计说明书 第 18 页 共 33 页 表 电机参数表 表 装尺寸表 (参考 ) 大学 届毕业设计说明书 第 19 页 共 33 页 图 电机尺寸图 联轴器的选用 选用联轴器的基本步骤如下： 选择联轴器的类型 根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点 22： 1) 所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。 2) 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等 ，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。 3) 两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。 4) 联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器此较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。 5）联轴器的制造、 安装、维护和成本。在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器 (例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等 )，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的 大学 届毕业设计说明书 第 20 页 共 33 页 中、小功率传动。 联轴器属于机械通用零部件范畴，不同的联轴器有不同的作用，刚性联轴器只能用来联接两根严格共轴线的轴。而挠性联轴器，由于结构上的特殊设计，因而还有多方面的功能，综合各种联轴器的作用如下 : 1）补偿由于制造和安装误差造 成所联接两轴的轴向位移 ,径向位移和角位移，避免轴端产生过大的附加载荷 (鳖劲力 )。 2）缓和减速机工作时轴上的扭转冲击。 3）改变轴系的共振转速，例如当冲击吸收功相同时。以扭矩为基准的扭转角越大(即刚度小 )，冲击扭矩越小。共振转速越低。此外，联轴器的惯性矩也影响轴的共振转速。 4)减轻轴的扭转振动。不过，这只有采用具有较大外阻尼 (增大摩擦阻尼 )的结构或较大内阻尼的材料 (如橡胶、塑料等 )做联轴器的中间传力件时，才能实现。 当机器受到意外的过载时，往往会造成传动装置或其他机件的损坏。如果在传动轴系中采用安全联轴器 ，利用联袖器中联接元件的破断、分离或打滑，使传动的力流中断或限制力流的传递，就能起到安全保护作用 23。 综合经济上的考虑，在此装置中选用简单方便的凸缘联轴器 型号 公称转矩 用转矩 6400r/孔直径 14孔长度 32量 动惯量 图 大学 届毕业设计说明书 第 21 页 共 33 页 蜗杆设计 设计思路：样机的下半部主要部分是一级蜗杆减速器，参考常见的一级蜗杆减速器结构，按照设计的样机尺寸 对蜗杆结构进行适当调整。 蜗杆作为直接与步进电机连接的驱动装置，其布局导致主要承担径向载荷。 蜗杆轴校核： 转速： n=2000r/量估算： m pV= 假设需 4s 加速到主轴额定转速 角加速度 a=v/t=/120(线加速度 a=10率 P=Fv=mav=10偶矩 T=9549 P/n=7,342 10， G=80=40 = )/m 最细处直 径 r=10e/2 因此强度符合 (32=106 10 因此刚度符合 设计图如下： 大学 届毕业设计说明书 第 22 页 共 33 页 图 蜗杆 蜗轮设计 蜗轮应满足与蜗杆的配合，由于考虑结构的紧密性及经济性，不许采用轮毂轮缘形式，材料采用 设计图如下： 图 蜗轮 蜗轮蜗杆参数计算 蜗杆传动具有以下特点： （ 1） 传动比大，且准确。通常称蜗杆 的螺旋线数为螺杆的头数，若蜗杆头数为 轮齿数为 蜗杆传动的传动比为 : i n1/z2/1/i（ 3 60） 通常蜗杆头数很少（ 4），蜗轮齿数很多 (0 80)，所以蜗杆传动可获得很大的传动比而使机构比较紧凑。 大学 届毕业设计说明书 第 23 页 共 33 页 单级蜗杆传动的传动比 i100 300；传递动力时常用 i 5 83。 （ 2） 传动平稳、无噪声。因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较 （ 3） 当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。 具有自锁时， =3 4 时， = 时， = （ 4） 传动效率比较低。当 1 时，效率 = （ 5） 因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造 。 由于普通蜗杆传动效率较低，所以一般只适用于传递功率值在 50 60下的场合。一些高效率的新型蜗杆传动所传递的功率可达 500周速度可达 50m/s。 主轴设计 主轴贯穿于样机的上下两部分，在下半部作为样机一级蜗轮蜗杆减速 装置蜗轮的安装轴，在上半步做为被检齿轮的装夹定位轴，在保证强度和刚度的情况下要设计一些特殊结构，轴前段有一段距离的螺纹是为了工件的装夹紧固，同时有一凸台轴肩是为了不同内径被检齿轮的定位，主轴采用 45号钢。 设计图如下： 图 主轴 主轴校核： 主轴转速： n=50r/爪卡盘 +药筒质量估算： m pV=（ 假设需 4s 加速到主轴额定转速 大学 届毕业设计说明书 第 24 页 共 33 页 角加速度 a=v/t=/120 (线加速度 a=10率 P=Fv=mav=10偶矩 T=9549 P/n=10， G=80=40 = )/m 最细处 r=30e/2 因此强度符合 (32=106 10 因此刚度符合 大学 届毕业设计说明书 第 25 页 共 33 页 4 探头进给部分设计 滑轨的选用 滑轨的功用和分类 滑轨的功用是导向和承载。在导轨副中，运动的一方叫动导轨，不动的 一方叫做支撑导轨 24。 按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。 按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。 按受力状况可分为开式导轨和闭式导轨。 导轨应满足的要求 1）导向精度 可分为几何精度和接触精度 2）精确保持性 3）低速运动平稳性 4）结构简单，工艺性好 综合上述情况，考虑采用铝合金制电动滑轨，结构轻巧，安装方便，且有型号可供选择，如 电动滑轨的结构 滑轨的截面形状及组合 直线运动导轨的截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形， 并可互相组合，本样机决定采用矩形导轨。 大学 届毕业设计说明书 第 26 页 共 33 页 图 滑轨形状 图 安装好的导轨各方向视图 滑轨的长度选择 根据任务要求选取滑轨的长度，因为探头径向轴向最大进给量为： 50150轨长度的选取要满足这一要求。按表 大学 届毕业设计说明书 第 27 页 共 33 页 表 滑轨行程规格 滑轨的许用压强 导轨的压强是影响导轨耐磨性的主要因素之一。设计导轨时如将许用压强取的过大，则会加剧导轨的磨损；若取的过小，又会增加导轨的尺寸。对于铸铁 铸铁和铸铁 钢的导轨副，中等尺寸的通用机床 ，主运动导轨和滑动速度较大的进给运动运动导轨，平均许用压强可取 大许用压强可取 动速度较低