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毕业设计（论文）附件 题 目： 智能齿距测量仪设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 12101624 姓 名： 李子灿 指导教师： 刘永吉 机械与运载学院 沈阳工学院 毕业设计（论文）课题申报表 课题名称 智能齿距测量仪设计 课题来源 教师提供 课题类型 题简介： （主要内容、进行方式、工作量大小及准备程度、现有技术和物质条件、时间安排、预期成果） 主要内容： 完成了智能齿距测量仪设计，完成了箱体零件图、 蜗轮零件图、电机座零件图、测头架底座零件图、整体装配图， 制逻辑的设计。 进行方式： 学生在校内外短期钻研的基础上，在老师的指导下完成。 工作量大小及准备程度： 设计图纸总共三张 张 文说明书 1 万字以上。 现有技术和物质条件： 结构的设计是该专业的核心技术能力要求，学生已完成结构 设计的相关知识、课设和实训，具有一定的专业基础。学生在设计过程中不 乏调研、查阅相关设计手册和参考书等设计资料。 时间安排： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 :完成箱体零件图，电机座零件图的绘制等，及 制逻辑。 ：完成智能齿距测量仪设计的三维造型。 5：完成设计说明书的编写 预期成果： 具有一定使用价值的智能齿距测量仪设计，箱体零件图、 蜗轮零件图、电机座零件图、测头架底座零件图、整体装配图及其说明书。 申报人姓名： 日期： 2016 年 1 月 8 日 学院毕业设计（论文）工作领导小组意见： 组长签字： 年 月 日 说明：课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如 。 毕业设计（论文）任务书 课题名称 智能齿距测量仪设计 专业 机械设计制造及其自动化 姓名 李子灿 学号 12101624 主要内容、基本要求、主要参考资料、进度安排等： 主要内容： 轮零件图、电机座零件图、 测头架底座零件图、主体装配图。 制逻辑的设计。 基本要求： 分析并绘制零件图及装配图，按照实际应用对智能齿距测量仪进行改进，制定改进的基本理论方案，设计 制逻辑，设计完成完成了箱体零件图、 蜗轮零件图、电机座零件图、测头架 底座零件图、整体装配图绘制，共三张 纸，一张 纸。完成说明书论文 1 份，字数要求在 1 万字以上。 主要参考资料： 机械设计、机床总体方案设计技术、机械原理。 进度安排： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 :完成箱体零件图，电机座零件图的绘制等，及 制逻辑。 ：完成智能齿距测量仪的三维造型。 5：完成设计说明书的编写并做好答辩准备 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 系主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 智能齿距测量仪设计 课题来源 教师提供 课题类型 导教师 刘永吉 开题报告内容： （调研资料准备情况，设计的目的、要求、思路与预期成果；工作任务分解，各阶段完成的内容及时间分配；完成设计（论文）所具备的条件、存在的问题等。） 调研资料准备情况： 通过查阅了相关资料及筹备了必要的设计资料，为本次毕业设计的理论基础做好了软硬件的准备。在整个设计过程中，我们综合运用所学的理论知识和技能，分析并绘制了零件图及装配图，按照实际对智能齿距测量仪结构进行设计，制定主轴交换的基本理论方案，设计 制逻辑，设计完成箱体零件图，电机座零件图的绘制等，共三张 纸，完成说明书论文 1 份。 主要查阅的资料有： 机械设计、机床总体方案设计技术、机械原理等。 设计目的： 制逻辑设计。 算和编写技术文件等基本内容。 设计要求： 计 制逻辑 0 万字以上 设计思路： 据机床的设计要求完成智能齿距测量仪的结构设计。 制逻辑的基本理论及其设计编写。 工作任务分解 ： 周：下达课题 周：查阅相关资料完成开题。 完成箱体零件图，电机座零件图的绘制等，及 制逻辑。 ：完成智能齿距测量仪的三维造型。 5：完成设计说明书的编写并做好答辩准备 完成设计所具备的条件： 讨了各种测量仪器结构的优缺点，通过大量详细而准确的计算，提出了智能齿距测量仪总体布局方案，并 完成箱体零件图，电机座零件图的绘制等。 用最新理论，提出保持测量精度的方案 设计。 测量仪器关键运动部件进行了结构性能分析，从而为测量仪的精密等性能指标提供了可靠保证。 预期成果： 具有一定应用价值的智能齿距测量仪设计， 完成了箱体零件图、蜗轮零件图、电机座零件图、测头架底座零件图、主体装配图。 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 课题类型（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研。（ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题。（ 1）、（ 2）均要填写，如 。 毕业设计（论文）学生自查表 （中期教学检查用） 学生姓名 李子灿 专业 机械设计制造及其自动化 学号 12101624 指导教师 刘永吉 职称 高级工程师 工作进度 已完成的内容：测量架底座零件图 箱体零件图 电机座零件图 蜗轮零件图 待完成的内容： 说明书的编写 装配图 已完成百分比： 60% 存在问题： 智能齿距测量仪设计基本理论基础以及 件的选择存在一些细节问题。 指导教师签字： 年 月 日 指导教师毕业设计（论文）评审表 课题名称： 智能齿距测量仪设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 工作量、工作态度 按期完成规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实；善于与他人合作。 20 2 调查论证 根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、实验方案、分析与技能 综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书 论文质量 条理清楚、文理通顺、用语符合技术规 范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新 能利用最新技术手段，有重大改进或独 特见解；有一定应用价值。 10 总分 评语： 指导教师签字： 年 月 日 评阅教师毕业设计（论文）评审表 课题名称： 智能齿距测量仪设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 课题完成量 能按期完成任务书规定的任务，课题达 到教学基本要求。难易程度、工作量大小合适。 20 2 调查论证 根据课题任务，能独立查阅文献资料和从事其它有关调研，能较好的书写出开题报告，有收集、综合和正确利用各种信息的能力。 10 3 设计、计算 论证、推导 综合分析科学，方案设计合理，数据采集、计算、处理正确，推导正确，计算准确，论证充分；结构合理、工艺可行；图样绘制与技术要求符合国家标准要求。 40 4 设计说明书 条理清楚、文理通顺、用语符合技术规 范，图表完整、正确、书写格式规范。 20 5 创新点 能利用最新技术手段，有重大改进或独 特见解；有一定应用价值。 10 总分 评语： 评阅组负责人签字： 年 月 日 毕业设计（论文）答辩申请表 申请时间： 2016 年 5 月 23日 课题名称 智能齿距测量仪设计 专业 机械设计制造及其自动化 姓名 李子灿 学号 12101624 已完成情况：智能齿距测量仪设计 箱体零件图 蜗轮零件图 电机座座零件图 测量架底座零件图 交换控制逻辑 指导教师： 年 月 日 评阅教师： 年 月 日 备注： 毕业设计（论文）答辩评审表 课题名称： 智能齿距测量仪设计 序号 评审项目 指标 满分 评分 1 报告内容 思路清新；语言表达准确，概念清楚， 论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。 40 2 报告过程 准备工作充分，时间符合要求。 10 3 创新 对前人工作有改进或突破，或有独特见 解。 10 4 答辩 回答问题有理论依据，基本概念清楚。 主要问题回答准确、深入。 40 总分 评语： 对申请评优或答辩不合格的补充说明： 答辩委员会（小组）负责人： 年 月 日 沈阳工学院 毕业设计（论文）成绩评定表 论文题目 智能齿距测量仪设计 学生姓名 李子灿 学号 12101624 指导教师姓名 刘永吉 职称 高级工程师 设计（论文）说明书页数 27 图纸张数 5 加工零件数 0 有、无产品模型 无 评分项目 标准得分 权重 折合得分 指导教师评分 评阅组评分 答辩组评分 综合得分 论文评定等级 毕业设计（论文）答辩委员会意见： 机械与运载学院答辩委员会负责人： 年 月 日 沈阳工学院 毕业论文（设计）答辩记录表 答辩日期： 2016 年 5 月 23 日 答辩地点： 5309 学院（或系） 机械与运载学院 专业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 李子灿 学号 12101624 成绩 论文（设计）题目 智能齿距测量仪设计 指导教师 刘永吉 答辩纪录 ： （ 用简明语言记录答辩过程，答辩委员会提出的问题及学生回答情况） 提出问题： 回答摘要： 答辩组组长签名： 答辩委员会记录人（签字）： 沈阳工学院毕业设计说明书 I 摘 要 本课题涉及内容为智能齿轮齿距误差测量仪的研究及其设计。在对现今各种齿距误差测量仪进行研究后，本 课 题在小型、经济方面着手，设计出适合中小形齿轮齿距误差的测量仪 器 。其特点在于体积小，测量方便，有 利于节省空间及使用方便。 本课题实现了单个及多个齿距的误差测量，若对软件部分进行 开发还可测量齿形，齿廓误差等，具有可 扩 展性。设计中包括机械部分设计和电子测控部分设计及软件的开发。在稳定 精 度的基础上，机械部分尽量做到了结构简单，以减少积累误差及降低成本。 在 智能方面，采用单片机系统，实现了 自动数据采集 ， 自动测量 ， 自动数据处理 ，自动显示及打印输出测量结果的 “ 流水 ” 化测量过程 ， 可节省人力及测量时间 。 在计算方面参考了国内外众多先进的 研究成果 ,结合本课题特点，选用了相对法计算单个齿距误差，多个齿距累积误差具有简单易行 的特点。 本课题说明书在最后对仪器的测量及工作环境做出了经济可行性及环境分 析，本设计产品具有的占地空间小，制 造 成本低及操作简单，智能测量等的一 系列特性非常适合小型企业中，中小型 零 件批量生产的需要。除此之外本设计 产品运转噪音低，无污染。综合上述优点本设计产品具有极好的市场前景。 关键词 ： 齿距误差 ； 齿轮 ； 测量仪 沈阳工学院毕业设计说明书 he of in of of in to of is if is it of of of On of is as as to in to In of CM In of to of is to a of a of of at of of an of is is as a of is In to of is no of 阳工学院毕业设计说明书 录 摘 要 . I . 录 . 论 . 1 1 齿距误差测量的理论基础 . 3 轮齿距偏差相关概念 . 3 轮单个齿距偏差 (. 3 距累积偏差 . 3 距累积总偏差 (. 4 量原理 . 4 2 智能齿距误差测量仪的机械系统的设计 . 6 进电动机的 选择 . 6 轴传动系统的设计 . 8 杠的设计 . 8 蜗轮蜗杆的设计 . 8 3 智能齿距误差测量仪的单片机部分设计 . 11 片机硬件系统的设计 . 11 单片机系统的整体设计 . 11 信号采集模块设备选择 . 11 信号调 整模块的设计 . 12 步进电动机驱动电路设计 . 13 片机软件系统的设计 . 14 主程序的程序 . 14 入 A/D 数据程序 . 14 数字滤波程序 . 15 盘扫描输入程序 . 16 步进电机驱动控制程序 . 16 印机输出程序 . 16 沈阳工学院毕业设计说明书 经济可行性及环境分析 . 18 5 结论 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 沈阳工学院毕业设计说明书 1 绪 论 齿轮是一种多参数 !综合性的机械传动基本零件 ,随着扭矩密度的提高及实际成本的减少 ,齿轮技术己经有了实质性的发展 同时为了满足一定的使用要求 !实现传动的 互换性 ,需要对齿轮传递运动的准确性 !传动平稳性等进行控制 ,由此齿轮精度的概念应运而生 齿轮生产测量的基础是齿轮精度理论 ,而齿轮精度标准也一直和生产力的发展密切相关 为了实现在生产精度方面的潜在改善 ,不断提高齿轮的精度标准以及使这些标准满足未来精度要求是至关重要的 从现实的角度讲 ,对齿轮的测量技术和其标准的设定在某种意义上说能够满足以上要求并能够确保一个国家工业继续保持在国际工业市场竞争中的地位并扩大市场份额。 图 持式齿距仪 本次设计，结合了中国制造业的现状、针对齿轮齿距误差的测量，借鉴了前人关与齿轮和齿距的研究成果和虚拟测量仪器的思想，研制成的基于单片机系统的智能齿距累积误差检测仪。整个设计主要 内容如下： 沈阳工学院毕业设计说明书 2 参考国内外示例，设计了齿轮累积齿距误差测量仪的机械部分。 完成了被测齿轮运动的传动的设计。 完成了传感器测头轴向及径向运动机构的传动设计。 完成了箱体及床身的设计。 研究了单个齿距误差及累积齿距误差等的测量方法，并建立了评定其误差的数学模型。 研究了基于单片机的测量与控制系统。 设计了放大、滤波及 A/D 转换电路。 设计了 4 4 矩阵式键盘、 6 位液晶显示器。 设计了打印机接口电路。 设计了调试、形位误差评定方法、测头微调等程序。 编制了基于单片机的形位误差测量控制 、 采样 、 显示 、 键盘输入 、 打印等序。 设计了 步进电动机的驱动电路。 研究了零件安装偏心误差，并用电算法建立了消除误差的计算公式 沈阳工学院毕业设计说明书 3 1 齿距误差测量的理论基础 轮齿距偏差相关概念 齿轮齿距偏差是评价齿轮传动性能的重要指标 ,在几何精度评定中 ,齿轮齿距偏差是必定检测的精度项目。其中包括齿轮齿距偏差、齿轮齿距累计总偏差和齿轮齿距累计偏差 ,它们都是重要的误差检测量。齿距偏差表征的是齿轮每个齿之间的差别 ,齿距差别会影响到齿轮传动的过程。习惯上把上述四种误差项目统称齿距偏差。常用的齿距偏差测量术语简述如 轮单个齿距偏差 (齿轮的单个齿距偏差 (征的是在齿轮分度圆上或者齿高中部附近 ,实际齿距和理论齿距之间的差值 ,通常情况下对其差值取绝对值 ,并把最大值作为齿距偏差的评定值 (见图 2)。通过齿轮单个齿距偏差也可以评价机床在加工齿轮工程中的周期性误差 ,也可以从侧面反映磨齿等加工工艺。齿轮单个齿距偏差是齿轮几何精度基本的检测的指标之一 ,主要反映齿轮单个齿距角的精度。 图 个齿距偏差示意图 距累积偏差 齿轮单个齿距偏差只能体现单个齿距的情况 ,用来评价齿轮齿距累计效应要用到齿轮齿距累积偏差指标。对齿距累计偏差的控制可以减少偏差集中的情况。在小数目的齿轮齿距产生较大的齿轮累积偏差的情况下 ,传动过程中齿轮直接的啮合载荷很大 ,会产生噪声和振动的问题。 沈阳工学院毕业设计说明书 4 距累积总偏差 (上述两个指标都是表示局部偏差的 ,用来评定齿轮制造精度标准为齿距累积总偏差 轮齿距累积总偏差为齿轮同一侧面内任意齿距间的最大齿距累积偏差。主要用来评定在齿轮旋转一圈的转角误差 ,反馈修正保证齿轮传动的准确性。总之齿轮齿距偏差对齿轮传动的平稳性和均匀性影响很大 ,在齿轮 加工过程中要严格的控制齿距偏差的质量。 量原理 相对测量法属于比较测量法 ,采用两个测头 ,对准齿轮任意一个齿距的测量位置 ,调整两个测头的位置使测头示值均为零 ,即该齿距为基准齿距 ,保持两测头位置不变 ,依次测量其他齿距实际位置 ,此时测头读数其实是相对于基准齿距的差值 ,数据采集完毕后 ,采用作图法或者计算法进行数据处理 ,就可以得到齿距偏差和齿距累积误差。图 3 为单齿法测量齿距偏差的原理示意图。相对测量法又分为单齿测量法和跨齿测量法 ,这个是根据测量时两个测头所跨的齿数多少来确定的。单齿测量法选取的齿距基准是分度圆附近的两个相邻同侧齿廓 ,跨齿测量法选取的测量基准则是相邻多个齿廓之和。跨齿测量法就是将测量的齿轮齿数 Z 分成若干组 N 来进行测量 ,即两个测头跨 K 个齿距测量。因为齿轮齿数是不固定的 ,而且齿数不一定正好可以被 N 除尽 ,跨齿测量法的主要难点在于跨齿数目的选择。具体的跨齿数目选择可以参考相关资料。需要指出的是 ,跨齿测量的目的在于提高齿距累积偏差的测量效率 ,并在某种程度上可提高测量精确度 ,对齿轮的齿距偏差仍需按照单齿距比较方法进行 测量。相对法测量齿轮齿距累积误差 于间接测呈方法 ,即齿距累积误差由齿距偏差累加起来而求得。而对齿距偏差的测量是直接观测值 i,通过计算得到。由于直接观测值有侧量误差 ,在计算齿距累积误差时这些测量误差也要累加起来 ,成为齿跄累积误差的测量方法误差。该侧量方法误差将影响 测量精度。众所周知 ,K 个齿距偏差的累积值为 : )0i（ 式 (而 )10 z （式 (则 (沈阳工学院毕业设计说明书 5 由此可得 ,累积误差与测量值的关系式 : 1（ 式 (各个齿距偏差测最值 i i=1,2,3z ,是等精度的互相独立的直接观侧值 ,它们均含有测量仪器或方法误差 ,且各次测最误差相同 ,按随机误差合成得由测量仪器或方法误差决定 式 ( 式 (2)说明 ,前 K 个齿的 测量误差不仅与单个测量值的误差有关 ,还与被测齿数 有关。把 K 的一阶导数到最大值 :看作是齿序号数 K 的数 ,并令其等于零 ,可求得 K=z/2 时 K 取最大值 式 (式中 K 个齿距累积误差的极限误差气 , 测量仪器或方法的极限误差 z 一被测齿轮的齿数 由子整个齿轮的最大齿距累积误差是各齿累积误差中的最大值和最小值的代数差 ,即 pq (式中 p 齿至 q 齿间所产生的齿距最大累积误差只要将 (替式 (2)中的 K,便可得到 测量误差和各个单次测觉误差值的关系式 z )(（ 式 (同理当（ =z/2 时 极大值。 ）（ 式 (式 (6)通常作为相对法测量齿距累积误差的啦数误差计算式。由于其他误差如两测头位置误差、齿轮定位误差及其他 条件的影响甚小 ,式 (6)也就作为该测量方法的极限误差计算式。由式 6)看到 ,当测量仪器或方法误差 一定时 ,极限测量误差和被测齿数的齿数的平方根成正比 ,即被齿轮的齿数 :愈多 ,测量结果的误差愈大。 应采用精度更高的扭簧测微仪替代机械式测微仪 ,或减小实际测量的齿数 ,即 z )(沈阳工学院毕业设计说明书 6 用所识跨齿测量 以减小仪器测量误差对相对测量结果的影响。经查一些书籍、参考资料却认为齿趴累积误差侧量误差的计算式为 ）（ 式 (2 智能齿距误差测量仪的机械系统的设计 进电动机的选择 沈阳工学院毕业设计说明书 7 用于精确定位的电机主要有步进电机和伺服电机。步进电机是微机自动控制系统中的一种重要的自动化执行元件 。 利用微机的数字系统，可以把脉冲数转换成角位移。和步进电机相比，伺服 电 机适用于有高速响应要求的场合，但 接口相对要复杂。因此，本系统采用步进电机。 步进电机大体分三种 :反应式步进电机 永磁式步进电机 永磁感应式步进电机 应式步进电机 有步距角小，频率高，断电无定位的特点。永磁式步进电机 距角大、频率低、需正负脉冲、断电时有定位转矩 ， 消耗功率小 。 永磁感应式步进电机 二者的结合 ， 兼有二者优点 ， 需正负脉冲，结构复杂。本系统主要要求测头定位精确，工件转动频率高 统要求的条件下，选用了成本较低的 反 应式步进电机，而不是永磁感应式步 进电机 考虑到步进电机驱动电路的一致性 (如 :相同的电压、相电流 )以简化设计。 根据图 3图 3图 3图 3示的常用几种步进电动机的技术参数， 选择步进电动机。选定型号为 45 5 型步进电机技术参数 图 75 型步进电机技术参数 沈阳工学院毕业设计说明书 8 图 90 型步进电机技术参数 图 110 型步进电机技术参数 轴传动系统的设计 杠的设计 传动系统是本课题设计中的重要组成部分 ， 它影响着仪器的精度和效率等。 传动系统的刚性要好 ， 要有良好的运动特性 ， 定位准确 ， 加减速均匀 ， 震动小， 无自震。在各类传动类型中，综合考虑 各 种因素，诸如所需功率、传动效率、 精度等，尽可能选择单级传动。本课题 选 择丝杠传动，其特点 结构简单，装调方便，传动比又大，可满足要求。根据精度及转速要求选择 滚珠丝杠 蜗轮蜗杆的设计 蜗杆用 45 钢，考虑到效率高些，耐磨性好些，蜗杆螺旋面进行表面淬火，硬度为 4555轮用铸锡青铜 金属模铸造 ， 为节约贵金属 ， 仅齿圈用贵金属制成，轮芯用铸铁 造。 蜗轮蜗杆基本参数 蜗杆头数 蜗轮齿数 0 模 数 m 法面模数 蜗杆分度圆直径 沈阳工学院毕业设计说明书 9 中心距 A 蜗杆导程角 蜗轮当量齿数 蜗轮变位系数 轴向齿形角 x 法向齿形角 n 齿顶高系数 顶隙系数 c* 蜗杆齿宽 蜗轮齿宽 是否磨削加工 是 蜗杆轴向齿距 蜗杆齿顶高 蜗杆顶隙 蜗杆齿根高 蜗杆齿高 蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗轮分度圆直径 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮齿顶高 蜗轮齿根高 蜗轮齿高 蜗轮外圆直径 蜗轮齿 顶圆弧半径 蜗轮齿 根圆弧半径 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚 蜗轮沈阳工学院毕业设计说明书 10 分度圆齿厚 蜗杆齿厚测量高度 蜗杆节圆直径 蜗轮节圆直径 蜗轮蜗杆传动的消隙 圆柱蜗杆传动消间隙主要是采用双导圆柱蜗杆传动，它的工原理与普通 圆柱蜗杆传动没有本质上的区别，只是这种蜗杆在中心平面内其齿形相当于齿 条，蜗轮相当于与之啮合的齿轮，蜗杆的轴向齿厚，沿轴线从一端到另一端按 比例地增大或减小，与它啮合的蜗轮的所有齿厚均相等，因此当蜗杆沿轴线移 动时，就改变了他们之间的啮合侧隙 沈阳工学院毕业设计说明书 11 3 智能齿距误差测量仪的单片机部分设计 片机硬件系统的设计 单片机系统的整体设计 齿距累积总误差测量仪单片机系统由下面几个模块组成： 信号采集，信号调整，中央处理，键盘输入，显示器及打印机输出，形位 误差测量项目选择，步进电机驱动控制 如图 4示。 图 片 机 系统整体原理 信号采集模块设备选择 齿距偏差测量中我们需要用到电感测微仪来进行齿距偏差微位移信号的测量以合 型杠杆旁向测量头来构成位置电压信号提取电路。 电感测微仪具有测量精度高、很测量较大范围和微小尺寸变化的特点 ,结合杠杆测量头 ,可以对齿距微小的尺寸变化进行测量 ,因而可以实现高精度测量的目的。 量程分为四档 ,可以实现士 3 士 300围的测量 ,其分辨率可达到 的重复测量误差小于 而两者都符合示值精度要求。本文研究的齿距偏差测量控制系统中 ,采用时栅角位移传感器来进行被测齿轮的转台位置信号检测 ,采用英国 司生产的光栅尺来进行三坐标的定位的精确定位。由于时栅跟光栅经过处理电路处理后 ,输出的位置信号都是两路相位差为 90的差分信号 沈阳工学院毕业设计说明书 12 图 电感测微仪 信号调整模块的设计 信号放大电路 图 信号放大电路 如图 10 所示即为信号放大电路。 采样保持电路 采样保持电路采用 用采样保持芯片如图 11 所示为其引脚接线 关系。 沈阳工学院毕业设计说明书 13 图 线图 步进电动机驱动电路设计 图 进电机驱动原理图 功率放大电路的结构对步进电机的性能有十分重要的影响，功率放大电路 有单电压，双电压，恒流斩波型等。不 作 特殊说明的情况下，功率放大电路的 功放晶体管设计于过饱和工作状态。本设计采用双电压的高低压驱动电路。 此电路代用高低压电源，电路中有两个电源 般 高电压，大约为 80低压，大约有 5和单电压控制信号有很大的差别。 单电压的控制信号为电机步进一个脉冲所需的方波信号。双电压电路中，除步进方波外，还须高压驱动控制信号，两路信号密切配合才能正常工作 而可提供步进电机的工作频率及高频力矩。 采用低电压电源降低了功耗 。 但这种电路也有不足 :高压电流的上冲作沈阳工学院毕业设计说明书 14 用在低频 工作中，会令输入能量过大，使电机的低频振荡加剧。其次，在高低压衔接处 有电流谷点，造成电机工作的不稳定性。 图 步进电机驱动电路 片机软件系统的设计 主程序的程序 主程序要实现的功能主要有：控制键盘，记录处理键盘输入信号 量类型选择，选择测量采样点，驱动步进电机子程序，采样 A/D 转换程序，控 制数据处理子程序以及数据保存和显示打印等。程序框图如图 示 图 程序框图 入 A/D 数据程序 该部分主要完成对来自位移转感器的模拟信号传感测微仪后的 V。模拟电压信号转换为数字信号 。主要由 A/D 转换器启动 、中断等待转换结束、 读取转换结果来完成程序流程图如图 示。 沈阳工学院毕业设计说明书 15 图 ， 其与硬件滤波相比不需要增加硬件设备， 只需在程序进入控制算法前附加一段数字滤波的程序。所以，数字滤波实上 是程序滤波。在智能控制系统中，各个信号采集通道可以共用一套数字滤波程 序而不像硬件滤波那样需要多个滤波器，并且还要考虑阻抗匹配的问题。 滤波方法使用灵活，只要改变滤波程序或运算参数，就可实现不同的滤波效果 该方法适合于解决低频信号的滤波问题。常用的数字滤波方法有中值滤波法。算术平均滤波法、滑动平均滤波法和低通滤波法等。先只对中值滤波法做以介绍。滤波程序如下： 沈阳工学院毕业设计说明书 16 盘扫描输入程序 图 盘扫描程序框图 步进电机驱动控制程序 按照前面选择，本课题使用的 2 个步进电动机都为 5，其驱动程 序框 图如图 17 所示。 印机输出程序 本课题要求打印机能打印出被测零件的各项参数及测量结果，打印机程 沈阳工学院毕业设计说明书 17 图 机流程图 图 显示器扫描程序图 沈阳工学院毕业设计说明书 18 4 经济可行性及环境分析 二十世纪初 ,国际上对各种测量仪的研究刚开始 ,对齿轮齿距误差的测量精低、测量范围小而且测量工具太大。到了 1923 年 , 一种机械展成式万能渐开线检查仪首次研究成功。随后 ,司在一定的基础上进行了改进 ,把 1 m 的光学玻璃线纹尺作为距离参照基准 ,使齿轮测量的精度得到极大的提升。因此在 1925 年推出的这种仪器 ,开始可以对齿轮进行精密的测量。而我国在该仪器的基础上改进为 到了广泛使用。在以后发展中 ,以机械展成式万能螺旋线标准仪的出现为标志 ,实现了全面控制齿轮质量 ,使测量技术迈上了一个新的台阶。 20 世纪六十年代中期 ,随着英国研制出光栅式单齿仪开启了齿轮的动态高精度的测量。几何法测量齿轮的开始是以黄潼年 为主的中国工程技术人员研发的齿轮整体偏差测量技术为标志的。数控齿轮测量开始于 出现。而由大阪精机推出的非接触齿面分析机 用了全息原理 ;加上万能型滚动测量仪的出现标志着非接触测量法得以运用。国际上也先后出现原联邦德国的马尔公司、克林公司等一批从事生产齿轮齿距测量仪的厂家。进入上世纪九十年代 ,伴随着这些公司的发展和整合 ,虽然开拓出很多齿轮偏差测量的测量方法 ,但是要仍不能实现大直径齿轮齿距累积偏差的测量。摆脱了机械展成式测量技术 川中精确的展开运动受展成机构精密度限制以及柔性 较差的缺点 ,齿轮整体误差测量技术能够更形象地反映齿轮啮合传动过程并精确地揭示齿轮单项误差的变化规律以及误差间的关系 ,这种方法的仪器测量效率高 ,适于大批量生产中的零件检测和在线分选测量 成都工具研究所的谢华馄等科研技术人员 ,创建并完善了这种齿轮整体误差测量的新型齿轮测量理论 运用该理论按照齿轮啮合传动等方法集成 /静态 0 齿轮整体误差曲线 ;或按照单面啮合综合测量方式 ,使用特殊测量齿轮 ,采用滚动点扫描测量法对其进行测量 ,得到齿轮 /运动 0整体误差曲线 ,并通过该曲线对齿轮的各项误差指标进行分析和评定 此法具有测量速度快 ,测量精度接近使用状态的特点 ,但是由于它的检测要受到与之啮合的测量标准齿轮精度的制约 ,因此在测量能达到的精度上受到一定的影响 上个世纪九十年代 ,齿距测量变得更加简单和易于操作 ,这得益于机械制造和计算机技术的发展。在精密测量时 ,计算机成为了辅助工具 ,帮助原有齿距仪改造 ,实现了机电一体化 ,数据处理速度也得到提高 ,从而提高了计算精度。近年 ,国内外相继推出了如我国的哈尔滨量具集团生产的测量齿轮直径范围在 20630“齿距自动测量仪” ,“上置式齿距自动测量仪”达到无穷大的齿轮直径测量。名为“上置式齿距测量仪 3480”的测量齿距累积偏差的量仪由上海精密仪器有限公司又设计出 ,沈阳工学院毕业设计说明书 19 其特点有无须圆光栅、分度盘等元件的小型化、轻量化。“ 齿轮齿距仪”由瑞士 司生产 ,同样可以测量齿距累积偏差 20。另外 ,基于计算机视觉的图像测量如 :光电子学、计算机科学、激光技术等现代科学技术为一体成为近年来在测量领域中发展起来。吉林大学的陈向伟等设计的系统采用 字摄像头作为图像传感器 ,通过数字图像处理技术实现齿轮测量相关内容的精密、非接触测量。通过测试证明其可以达到 4 级精度。 综上所 述 ,伴随着测试技术的现代化进程 ,以及计算机信息技术的快速发展 ,对齿距偏差的测量方法及数据分析处理都有很大的提高。将以往使用精度较低的简易齿距侧量仪器迅速向融合了计算机技术、图像处理技术等方向发展 ,来实现的测量仪器的智能化、高效化、高度。特别地 ,将包括齿距累积偏差在内的多个齿轮单项指标的测量融为一体 ,为获得更加精确、可靠的测量数据 ,吸收原有测量装置的优点 ,然后再整合改造。近年来 ,随着关键设备对齿轮的精度要求不断提高 ,以及齿轮加工工艺水平的快速提升 ,齿轮的精度也较以前大大提高 ,因此齿轮的精度也较以前大大提高 ,因 此齿轮的检测越来越受重视。但是目前国内 ,对于大型齿轮测量的主流设备依然水平不高。已经不能满足日益蓬勃的机械制造业和国防工业对大型齿轮、蜗轮副的精度检测需求。我闲的齿轮齿距偏差测量设备的测量精度也有很大的提高。我国在上世纪 60 年代使用的经韩仪可以对具有 3 级精度的齿轮进行测量 ;在 80 年代将分度精度为 端齿台和分辨率为 电感测微仪相结合 ,可以测量 12 级齿轮的齿距偏差 ;湖北汽车工业学院将编程技术应用到齿轮的测量当中 ,幵发了基于 编程软件的齿轮齿距偏差自动测量系统 ,该系统实现了齿轮齿距偏 差等参数自动测量、计算 ,测量系统的精度为 2;古林大学的陈向伟 ,王龙山等将图像测量的技术应用到齿轮的测货当屮 ,设计开发了齿轮图像测量系统 ,该系统基于计算机视觉图像测量技术 ,图像传感器采州的是 字摄像头 ,实现了对齿轮非接触的精密测量 ,其测量精度达到国家 4 级精度要求丨 33】。 2006 年大连理工大学粘密齿轮研究室针对超精密齿轮设计并且搭建了齿距累积总偏差测量系统 (见图 该系统釆用多齿分度台实现齿距测量的分度运动 ,芯轴与齿轮之问采用密珠轴套部实现芯轴和齿轮的同心 ,使用数据采集 卡和计算机结合完成实验数掘的采集 ,误差曲线的显示和误差分析等功能 211。该系统操作简屯 ,测量精度达到国家 1?2 级精度。但是 ,测头的进入与退出需要人工操作 ,这样就 了测量结果的不确定性。传统的齿轮的齿距在机测量采用的是手提式齿距仪。由于其操作简单 ,可以在线测量 ,因而生产现场使用非常普遍。但其进行齿距测量需要进行三个步骤 ,首先逐齿测量 ,然后记录 ,再利用公式进行计算。这沈阳工学院毕业设计说明书 20 样测量的不足之处在于测量时间长 ,效率不高 ,并且容易出错。另外国内很多厂家采用的也有一部分半自动齿距误差测量仪。这些半自动齿距检查仪很多是我 国六七十年代从西德进口的和哈尔滨量具厂生产的 3406 齿距测量仪。这类仪器由于产品型号久远 ,存在操作复杂 ,系统可靠性差 ,测量误差大等缺点。因此 ,对齿轮齿距偏差进行研究和探索具有十分重要的意义。 沈阳工学院毕业设计说明书 21 5 结论 本课题研究设计的智能齿距累积总误差测量仪，经总体设计，数学模型 建立，机械部分设计，单片机控制硬件系统及其软件程序的设计已基本完成。 分析研究整个设计过程后，得到以下结论： 绝对测量法适合于齿距误差测量 ， 能够做到各种项 目的真实测量。 仪器采用由电机带动 ， 由一组与零件轴线平行和一组与零件 轴线垂直的丝杠导轨驱动测头运动，测头运动灵活，定位准确，有较好的适应 性和可应用性。 测头有调零和连续采集功能，有很好的可持续性和高精度性 该测量仪可测量单个齿距误差以及累积总误差，经济性良好 设计的信号放大 ， 采样保持 ， A/D 转换电路及数字滤波程序可实现预定 功能，误差很小。 本仪器测量范围及精度： 零件直径范围： 30 零件高度范围： 30 本仪器可实现数据信号采集 、 调整 、 处理 、 计算 、 显示及打印输出的智 能留水化测试过程，在经济性及自动化方面都有突出特点。因此有较高应用价值。 沈阳工学院毕业设计说明书 22 致 谢 本课题的全部工作都是在导师刘老师的悉心指导下完成的。在毕业 设计工作过程中，导师从多方面给予了 我 锻炼、成长的机会。导师为人正直，为学踏实，勤于钻研的作风，严谨的治 学 态度使我不仅在大学学习期间，更将 在今后的工作中受益匪浅。 在设计工作过程中 ， 我的同学也给了我许多热心的帮助 ， 在此 ， 谨向指导、帮助过我的老师和同学表示最诚挚的感谢！ 沈阳工学院毕业设计说明书 23 参考文献 1 , . A J. 2001 ,25 (4) :2002 梁荣 茗 使用维修与检定 M ： 中国计量出版社 ， 2001，1123 霍迎辉 ， 陈宇翔 J 术 ， 2005， 第一期 ， 86 东北大 学 机械零件设计手册编写组 三版） M金工业出版社， 1994， 9674 C , S. of by J. 2001 ,25 :5 刘桂敏 片 机 较小系统的制作与应用 J 辽宁师专学报 ， 2004， 6（ 1）， 816 孙育才 列 单片微型计算机及其应用（第三版） M 东南大学出 版社， 1997， 467 曹景 新 ，张丽平 . 基 于 片机指令系统的数字滤波方法研究 J 林业机械与木工设备， 2004， 32（ 3）， 218 张卫东 。 片 机与 口的可靠性设计 J与仪表 ，1994，8，2715 孙志 礼 ， 冷兴聚 ， 魏延刚 ， 等 M ： 东北大学出版社 ， 2000， 25716 王启 义 ，王仁德 M ：冶金工业出版社， 2002， 48论 文 相 似 性 检 测 报 告论 文 相 似 性 检 测 报 告 （ 详 细 版 ）报 告 编 号 ： 智 能 齿 距 测 量 仪 设 计 姓 名 ： 李 子 灿原 文 字 数 ： 12,965检 测 日 期 ： 2016年 05月 20 日检 测 范 围 ： 中 国 学 术 期 刊 数 据 库 （ 、 中 国 学 位 论 文 全 文 数 据 库 （ 、 中 国 学 术 会 议 论 文 数 据 库 （ 、 中 国 学 术 网 页 数 据 库 （ 测 结 果 ：一 、 总 体 结 论总 相 似 比 ： (参 考 文 献 相 似 比 ： 排 除 参 考 文 献 相 似 比 ： 二 、 相 似 片 段 分 布 头 部 中 前 部 中 部 中 后 部 尾 部注 ： 绿 色 区 域 为 参 考 文 献 相 似 部 分 ， 红 色 区 域 为 其 它 论 文 相 似 部 分 。三 、 相 似 论 文 作 者 （ 举 例 3个 ）点 击 查 看 全 部 举 例 相 似 论 文 作 者四 、 典 型 相 似 论 文 （ 举 例 28篇 ）序 号 相 似 比 相 似 论 文 标 题 参 考 文 献 论 文 类 型 作 者 来 源 发 表 时 间1 超 精 密 齿 轮 齿 距 累 积 总 偏 差 测 量 技 术 的 研 究 学 位 论 文 范 烁 大 连 理 工 大 学 20052 基 于 单 片 机 的 形 位 误 差 量 仪 与 微 重 量 仪 的 研 制 学 位 论 文 田 志 刚 东 北 大 学 20033 超 精 密 齿 轮 齿 距 偏 差 测 量 方 法 及 应 用 研 究 学 位 论 文 赵 苏 苏 大 连 理 工 大 学 20134 基 于 片 机 指 令 系 统 的 数 字 滤 波 方 法 研 究 期 刊 论 文 曹 景 新 等 林 业 机 械 与 木 工 设 备 2004论 文 相 似 性 检 测 报 告点 击 查 看 全 部 举 例 相 似 论 文五 、 相 似 论 文 片 段 （ 共 3 个 ）1 送 检 论 文 片 段 相 似 论 文 片 段 【 位 置 ： 来 源 ： 微 电 机 壳 专 用 夹 具 设 计 及 其 切 削 过 程 仿 真 研 究头 部 中 前 部 中 部 中 后 部 尾 部 学 位 论 文 成 长 城 ， 2012 年 江 苏 大 学作 用 ： 工 程 硕 士 论 文 概 述 机 床 夹 具 的 作 用 第 三 章 专 用 夹 具 设 计 机 床 夹 具 的 作 用（ 1） 保 证 加 工 精 度 用 机 床 夹 具 装 夹 工 件 ， 能 准 确 确 定 工 件 与 刀 具 、 机 床 之 间 的 相 对 位 置 关 可 归 结 为 以 下 四 个 方 面 ： 保 证 加 工 精 度 ： 用 机 床 夹 具 装 夹 ： ： 件 ， 能 准 确 确 定 工 件 与系 ， 可 以 保 证 加 工 精 度 。 刀 具 、 机 床 之 间 的 相 对 位 置 关 系 ， 从 而 可 以 保 证 加 工 精 度 。 提 高 生 产 效 率 ： 机 床 夹 具 能2序 号 相 似 比 相 似 论 文 标 题 参 考 文 献 论 文 类 型 作 者 来 源 发 表 时 间5 基 于 B/ 的 生 产 管 理 系 统 的 设 计 与 实 现 学 位 论 文 刘 军 大 连 理 工 大 学 20086 北 京 平 谷 区 帝 都 水 郡 体 验 式 温 泉 综 合 项 目 商 业 计 划 书 学 位 论 文 尹 学 东 首 都 经 济 贸 易 大 学 20147 集 成 技 术 研 究 与 应 用 学 位 论 文 刘 源 中 国 科 学 院 大 学 20148 项 目 管 理 在 企 业 信 息 化 中 的 研 究 与 设 计 学 位 论 文 李 珣 嘉 重 庆 大 学 20139 绿 洲 绿 化 公 司 经 营 管 理 优 化 研 究 学 位 论 文 郜 墨 玉 天 津 大 学 200710 氨 氮 废 水 的 光 电 化 学 去 除 研 究 学 位 论 文 唐 国 瑞 华 北 电 力 大 学 (保 定 ) 200811 三 通 管 缠 绕 机 设 计 与 研 究 学 位 论 文 卢 少 春 武 汉 理 工 大 学 201012 基 于 携 式 激 光 测 距 仪 学 位 论 文 鲍 艳 长 春 理 工 大 学 200913 镇 区 公 务 员 考 核 制 度 与 管 理 激 励 机 制 研 究 学 位 论 文 梁 向 健 华 南 理 工 大 学 200814 空 巢 老 人 档 案 管 理 系 统 的 分 析 与 设 计 学 位 论 文 叶 琛 琛 云 南 大 学 201215 轨 道 交 通 乘 车 查 询 系 统 的 关 键 技 术 研 究 和 实 现 学 位 论 文 张 静 重 庆 大 学 2012论 文 相 似 性 检 测 报 告（ 2） 提 高 生 产 效 率 机 床 夹 具 能 快 速 地 将 工 件 定 位 和 夹 紧 ， 可 以 减 少 辅 助 时 间 ， 提 高 生 产 效 快 速 地 将 工 件 定 位 夹 紧 ， 可 以 减 少 辅 助 时 间 ， 提 高 生 产 率 。 减 轻 劳 动 强 度 ： 机 床 夹 具 采率 。 用 机 械 、 气 动 、 液 动 夹 紧 装 置（ 3） 减 轻 劳 动 强 度 机 床 夹 具 采 用 机 械 、 气 动 、 液 动 、 夹 紧 装 置 ， 可 以 减 轻 工 人 的 劳 动 强 度（ 4） 扩 大 机 床2 送 检 论 文 片 段 相 似 论 文 片 段 【 位 置 ： 来 源 ： 车 床 变 速 箱 中 拔 叉 及 专 用 夹 具 设 计头 部 中 前 部 中 部 中 后 部 尾 部 期 刊 论 文 制 造 业 自 动 化 ， 2011 年 张 丽加 工 设 计 择 定 位 基 准 1)粗 基 准 的 选 择 以 零 件 的 下 端 孔 为 主 要 的 定 位 粗 基 准 ,以 较 大 面 2 双 侧 加 工 面 为 辅 助 粗 基 准 。 2)精 基 准 的 选 择 考 虑 要 保 证 零 件 的 加 工 精 度 和 装 夹 准 确 方 便 ,万 方 数 据 2 双 侧 加 工 33 卷 ? 第 1 期 ? 2011 )? 157依 据 “ 基 准 重 合 ” 原 则 和 “ 基 准 统 一 ” 原 则 ,以 加 工 后 的 通孔 为 主 要 的 定 位 精 基 准 ,以 下 端 孔 为 辅 助 的 定 位 精 基 准 。 定 工 艺 路 线 根 据 零 件 的 几 何第 四 章 工 艺 规 程 设 计 形 状 、 尺 寸 精 度 及 位 置 精 度 等 技 术 要 求 ,以 及 加 工 方 法 所 能 达 择 定 位 基 准 ：1. 粗 基 准 的 选 择 ： 以 轴 承 孔 两 侧 毛 坯 为 主 要 的 定 位 粗 基 准2. 精 基 准 的 选 择 ： 考 虑 要 保 证 零 件 的 加 工 精 度 和 装 夹 准 确 方 便 ， 依 据 “ 基 准 重 合 ” 原 则 和 “基 准 统 一 ” 原 则 ， 以 已 加 工 底 面 为 主 要 的 定 位 精 基 准 , 6 销 孔 为 定 位 精 基 准 。 定 工 艺 路 线根 据 零 件 的 几 何 形 状 、 尺 寸 精 度 及 位 置 精 度 等 技 术 要 求 ， 以 及 加 工 方 法 所 能 达 到3 送 检 论 文 片 段 相 似 论 文 片 段 【 位 置 ： 来 源 ： 透 过 率 均 变 密 度 片 及 控 制 装 置 研 究头 部 中 前 部 中 部 中 后 部 尾 部 学 位 论 文 张 勇 喜 ， 2007 年 沈 阳 工 业 大 学首 先 要 感 谢 我 的 指 导 导 师 赵 艳 红 老 师 。 李 老 师 平 日 里 工 作 繁 多 ， 但 在 我 做 毕 业 设 计 的 每 个 阶 首 先 要 感 谢 我 的 导 师 夏 加 宽 教 授 。 夏 加 宽 教 授 平 日 里 工 作 繁 多 ,但 在 我 做 毕 业 设 计 的 每 个 阶 段段 ， 从 外 出 实 习 到 查 阅 资 料 ， 设 计 草 案 的 确 定 和 修 改 ， 中 期 检 查 ， 后 期 详 细 设 计 ， 装 配 草 图 ,从 外 出 实 习 到 查 阅 资 料 ,设 计 草 案 的 确 定 和 修 改 ,中 期 检 查 ,后 期 详 细 设 计 ,装 配 草 图 等 整 个 过 等整 个 过 程 中 都 给 予 了 我 悉 心 的 指 导 。 我 的 设 计 较 为 复 杂 烦 琐 ， 但 是 赵 老 师 仍 然 细 心 地 纠 正 程 中 都 给 予 了 我 悉 心 的 指 导 。 我 的 设 计 较 为 复 杂 烦 琐 ,但 是 夏 加 宽 教 授 仍 然 细 心 地 纠 正 图 纸 中3论 文 相 似 性 检 测 报 告图 纸 中 的 错 误 。 除 了 赵 李 老 师 的 专 业 水 平 外 ， 她 的 治 学 严 谨 和 科 学 研 究 的 精 神 也 是 我 永 远 学 的 错 误 。 除 了 敬 佩 夏 加 宽 教 授 的 专 业 水 平 外 ,他 的 治 学 严 谨 和 科 学 研 究 的 精 神 也 是 我 永 远 学 习习 的 榜 样 ， 并 将 积 极 影 响 我