齿轮渐开线检测仪课程设计

齿轮渐开线检查仪说明书目录设计目的-----------------------------------------------------------------------------------------------------2 设计要求-----------------------------------------------------------------------------------------------------2 设计过程-----------------------------------------------------------------------------------------------------2一、序言-----------------------------------------------------------------------------------------------2二、机构工作原理-----------------------------------------------------------------------------------2四、机构说明及其操作程序-----------------------------------------------------------------------3五、丝杠的计算--------------------------------------------------------------------------------------5六、机构误差分析-----------------------------------------------------------------------------------9七、齿轮渐开线检查仪机构的信号检测原理--------------------------------------------------13八、结论-----------------------------------------------------------------------------------------------20 设计小结-----------------------------------------------------------------------------------------------------21 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------------21 附程序流程及清单-----------------------------------------------------------------------------------------22 附图1（齿轮渐开线检查仪机构装配图）附图2（齿轮渐开线检查仪机构信号检测电路图）设计目的1、综合运用所学过的机械、传感器、电路和编程软件等知识完成设计题目2、提高查阅相关资料的能力3、熟悉一个简单机械机构和检测系统的设计流程设计要求本设计主要内容是对传统单盘式渐开线齿轮检查仪的机械式测量和指针式显示进行改进，用传感器测量，单片机进行处理显示的小型检测控制系统设计。

设计过程一、序言齿轮是各种机械设备中经常用到的一种重要的传动零件。

由于科学技术和生产的发展，对其工作精度的要求也愈来愈高，为此，对齿轮这一传动件的设计、制造和测试等提出了更高的要求。

由于渐开线圆柱齿轮具有许多优点，所以，在齿轮传动中用得十分广泛，因此对其渐开线是否合格的检测就显得很重要，渐开线齿轮齿形误差的测量对象是齿轮的齿侧轮廓。

研究齿轮渐开线检查仪的检查结果，对提高工厂齿轮生产有很大影响。

依照仪器的主要移动方法（测量端沿渐开线的相对移动）渐开线齿轮检查仪可分为两种：单盘式和万能式。

单盘式渐开线齿轮检查仪的主要优点就是它的构造和操作比较简单，由此得到下列的良好性质:（1）操作的安全性和可靠性高；（2）调整和运输简单，不熟练的人员也可操作；（3）由于简单而可能达到预期的准确度；（4）使用单位可以自行修理。

仪器有测量端：在操作时利用锐角的锋口。

这种测量端的构造使得检查时不会累积渐开线的偏差，而当它和测量齿轮接触时，能观察到渐开线上任意一点的实际偏差。

这对齿轮切削工艺的深入分析和研究特别重要，齿轮切削刀具齿形的测量，普通只能在带锐角锋口的测量端的渐开线检查仪上才有可能。

另外，渐开线检查仪不仅适用于齿轮生产上的测量，而且小心的调整后，也可用来测定测量用的齿轮及盘形的齿轮切削刀具的齿形。

所以本次设计的既是单盘式渐开线齿轮检查仪机构及其信号检测。

二、齿轮渐开线检查仪机构工作原理接触圆盘和被测齿轮制件装在同一轴杆上，彼此之间没有任何相对运动。

圆盘的直径等于基圆直径，被测的渐开线即从基圆开始。

围绕着被测齿轮中心转动的圆盘，沿直尺滚动时不产生滑动。

在上述条件下，直尺上的某一点即是从齿轮基圆上的一点开始沿其渐开线运动。

在测量时，在读数范围内，读数器数值上下浮动。

若被测齿轮的齿形和理论的渐开线相符合时，则数值在很小的范围内波动或几乎不波动。

反之，读数波动非常大。

仪器不能用来测量基圆和齿根圆之间的非线性部分。

这种齿形部分为齿数少的或基本齿形角小的齿轮所具有。

这种齿形部分为齿数少的或基本齿形角小的齿轮所具有。

三、齿轮渐开线检查仪机构说明及操作程序仪器的基础为带有纵横两对轨道的T型基座（附图一），安装直尺14和指示系统16、17及18的横支架13，靠丝杆11和步进电机12沿横轨26移动，除了和横支架一起的主要移动外，直尺14还可利用螺丝15进行和支架为独立的微小移动，该移动的意义在下面叙述。

指示系统有装在轴18上的杠杆16和17，以及电感传感器20和相关电路及LED显示器21组成，轴由支臂19固定。

杠杆16要和转轴一起移动，且根据被测的齿形高度安装。

有螺母22将测量端23固定在杠杆16上，直尺14的工作面应和测量端锋口位于同一平面上。

图1表示测量端的工作图，而图2则更详细的表示杠杆16和测量端23固定的情形。

横支架上有指针24，作为安装指示系统时，使它位于纵向轨道和制件轴杆的中心位置的标记。

（图1）仪器在开始工作之前，必须将仪器水平地安装在基座上，没有摆动和振动。

当调整仪器进行检查某项制件时，根据图4选择和被测制件模数相当的测量端23（图3、图5）。

将它插入杠杆16内，并选择适当尺寸的接触基圆盘，用螺母5将它固定在转轴4上，杠杆16根据被测齿形的高度安装于轴18上。

测量端的锋口被安装在和直尺14工作面的同一平面后，即由螺母22将测量端固定住，且用步进电机2和螺丝杆1的转动使纵支架离开直尺，而横支架则使指针24放在中心位置。

（图2）利用螺母将两个垫圈中的被测制件固定在轴套9以后，即以轴套内的锥孔插入轴杆。

图3表示接触基圆盘和制件安装上后的整套轴杆装配图。

（图3）在基圆盘和制件安装上以后，驱动步进电机2使纵支架沿纵向移动，使接触基圆盘和直尺14接触，直至弹簧25尚未达到完全压缩的状态。

当接触基圆盘靠近直尺时，应特别小心，务使测量端进入被测齿的空间部分，而不致和齿顶接触，否则会引起测量端的折断或使整个指示系统发生相当大的变形，而导致仪器不能使用。

上述测量端对齿的安装方法应使用于齿数少的制件，因为它的基圆比齿根圆大得多，也即后者在基圆之内。

假使被测制件的齿数较多时，即基圆位于齿根圆之内，而当测量端锋口移动到基圆平面上时，则它将进入两齿间的齿隙底部，而使测量端折断。

在这种情况下，应用横支架13的移动，将测量端好制件的轴线相对的移开。

当接触基圆盘靠近直尺时，即转动螺母15，使直尺向需要的方向移动，直尺测量端和被测制件的齿形接触，且使直尺横向移动带动基圆转动时不发生滑动为止。

此后使渐开角（指针7）指示在刻度8的零度上，且驱动步进电机12，使测量端横向滑动，直至测量端到齿顶，也就是说直至制件将转到被测齿形的全部渐开角为止。

在上述情况下，测量端和齿接触时，建议用手轻轻扶住测量端，以免指示系统受到严重的振动。

显示系统的示值就是被测齿行对理论渐开线的偏差值。

检查齿形时，建议从齿根向齿顶测定，以免测量端的锋口把齿形划破。

检查齿的另一个齿面时，可以将制件反过来安装在轴杆上，且按上述方法进行测量。

用手轮调零后，测头进入齿轮渐开线范围内，用步进电机驱动丝杠，带动横支架运动，磁阻式步进电机由于其结构简单，性能可靠，分辨率高，价格合理等优点，适合作为本机构的驱动电机。

驱动步进电机的输出轴通过联轴器(型号为YL7)与丝杠联结。

表一：所选步进电机基本参数如下：YL7型联轴器的主要参数为：许用转数：4800 r/min 轴孔直径：30、32、35、38轴孔长度：82mm 公称转矩：160 N*m螺栓：4*M10 质量：5.66 Kgm转动惯量：0.029Kg* 2四、滚珠丝杠副的计算1、初步确定滚珠丝杠副的参数 （1）滚珠直径D ω根据JB/T17587.2-1998查得导程h P 取5 mm滚珠直径D ω=（0.6—0.66）*h P =0.64*h P =0.64*5=3.2 mm （2）初步确定螺旋升角λ和公称直径0d 取丝杠传动效率为95%即η=()tan tan λλρ+’=95% ρ’为摩擦角且取tan ρ’=0.003代入上式可得：λ=03.27而λ=arctanhd P π将λ值代入此式得： 0d =27.94 mm查表取0d 为32 mm 2主要参数的确定（1） 滚珠丝杠副可承受的最大轴向力【1】不发生弯曲变形时，丝杠可承受的最大轴向力1P1P =212ak l EI π------------------------------------------------------1 式中： 1k 为支撑系数取0.25E=2.1*510 MPa 为材料的纵向弹性模量 I=42d 64π为丝杠的最小断面惯性矩2d 为滚珠丝杠螺纹底径， 2d ≈0d —D ω=32—3.2=28.8 mm a l 为支撑长度取450 mm将上述数据代入1式可得1P =1.02*510*4122ak d l =86633 N按计算结果的60%确定许用轴向力[]P[]P =1P *0.6=51979.6 N【2】允许拉伸或压缩变形下可承受的最大轴向力2P查表可知2P =82000 N（2） 临界转速的确定 【1】计算方法为：c N =式中：2k 为支撑系数取1.875 b l 为支撑长度取600 mm g 为重力加速度（9.8 m/s ）γ=7.85*610- Kg/3mm 为材料的比重A 为丝杠最小截面积 将常数代入，得临界速度为：c N =1.22*710*2222bk dl =3440 r/min按计算结果的80%确定临界转速 故临界转速为3440*80%=2752 r/min【2】另外，临界转速还要满足0d * c N ≤70000即c N ≤070000d =7000032=2187.5 r/min 综上，临界转速取【1】【2】中较小值∴c N 为2187.5 r/min（3） 滚珠丝杠副的刚性【1】丝杠的刚性因为机构中的丝杠为一端固定，一端铰支丝杠的刚度S K = a *l A E =1.65* 510* 22ad l 代入相关数值可得S K =3*510 N/mm【2】支撑轴承的刚度B Kaa3B F K δ=----------------------------------------------------2式中：a F =1.03*i*z*D ω为轴承预紧力查表计算为227 N （i 为滚珠排数，z 为滚珠数） a δ为轴承轴向弹性位移有：2a a 22a 0.002sin *sin F Z D δ⎡⎤=⎢⎥∂∂⎣⎦----------------------------3其中：∂为接触角取07.2a D 为滚动体直径查表为3.500mm将上述数据代入3式得a δ=0.005mm再将相关数据代入2式得 支撑轴承刚性aa3B F K δ==11760 N/mm3滚珠丝杠副寿命的计算 （1） 在轴向复合下的寿命计算 查表得其额定动载荷a C =13167 N寿命转数L=36a a *10f *C F ω⎡⎤⎢⎥⎣⎦（转） 其中f ω为一定工作条件下的负荷系数，取1代入得L=1.95*1110（转）（2） 在一定转速下的寿命时间h Lh 60nLL =其中n 为转速取2000 r/min 代入得 h L =1625000 h(3)在达到回转距离时的运行寿命s Lhs 64*10P L =其中h P =5mm 为导程代入得 s L =20mm五、齿轮渐开线检查仪机构误差分析在仪器工作时，必须小心精细地处理：没有震动、冲击、颠簸、受大力等。