基于坐标法的大型齿轮在位检测系统研制

论文摘要

齿轮是机械设备中的重要传动零件,随着机械工业的发展对齿轮精度等参数的要求也越来越严格,对齿轮测量的要求也不断提高,作为一种形状复杂、误差种类比较多的机械零件,齿轮的测量一直是机械测量的难点。国内能对大型齿轮测量的仪器还不多,所以开发一种简单易行的测量方案就十分迫切。论文首先分析了大型齿轮测量的基本原理,同时对大型齿轮测量方法进行了深入的研究,提出并实践了基于坐标法测量的大型齿轮在位测量方案也就是在所建立的坐标系内,按照设计几何参数对齿轮齿面的几何形状偏差进行测量。并在理论研究的基础上对相关的方案进行实验验证,在对比测量数据的基础上对测量方案进行了改进,确定了采用坐标法采集数据的方案,然后借助曲线拟合、遗传算法等手段计算出误差。本论文对大齿轮在位测量技术的理论进行了深入探讨,在针对无法实现高精度定位的情况下提出了曲线拟合的解决办法,在分析了仪器的精度后提出了修正和补偿的方法,针对运动控制、数据采集等系统的特点实现了基于VC++和MATLAB的混合编程设计方法,通过神经网络拟合实现了部分参数的测量。并在综合考虑齿轮的各项误差的情况下提出了一个基于各个参数的专家系统方案。论文共分为,系统基本原理及参数介绍、齿廓偏差测量、齿距偏差的测量、齿厚及径跳测量、误差修正、专家系统分析等部分。在基本原理部分介绍了机构组成和基本原理及参数、在齿形部分介绍了齿形测量的基本原理与方案,包括VC++开发环境介绍和混合编程的实现。在齿距部分介绍了齿距测量的方法和实验。在误差分析部分,分析了三个轴的直线度等误差,并提出了相应的误差模型。并对部分误差提出了修正方案。通过对大型齿轮在位检测测量系统的开发和调试,通过大量的实验数据验证,充分表明,大型齿轮在位检测的测量原理正确,相关技术可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 大型齿轮测量技术现状
• 1.2 课题的来源及研究的意义
• 1.3 课题主要研究及工作内容及难点
• 2 大型齿轮在位测量系统的硬件平台及软件环境
• 2.1 大型齿轮在位测量系统硬件部分组成
• 2.1.1 机械结构组成
• 2.1.2 电机及运动控制测量系统硬件
• 2.2 系统软件组成
• 2.2.1 面向对象的编程方法
• 2.2.2 软件架构及组成
• 2.3 本章小结
• 3 基于精确定位的齿廓偏差测量
• 3.1 齿廓偏差的定义
• 3.2 定位机构原理
• 3.3 坐标转换及计算
• 3.3.1 坐标转化及统一
• 3.3.2 具体坐标计算过程
• 3.4 精确定位方法齿形测量实验及分析
• 3.4.1 实验内容及数据
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于曲线拟合的齿廓形状误差测量
• 4.1 神经网络实现渐开线拟合
• 4.1.1 BP神经网络介绍
• 4.1.2 BP神经网络实现及流程
• 4.1.3 MATLAB和Visual C++混合编程实现神经网络
• 4.1.4 具体拟合实验
• 4.2 求解理论渐开线和实际渐开线间的偏差
• 4.2.1 理论与测量坐标系的坐标变换
• 4.2.2 实际测量渐开线的最小二乘拟合
• 4.3 采用遗传算法寻优
• 4.3.1 遗传算法介绍
• 4.3.2 遗传算法求解齿廓形状误差
• 4.3.3 实验及结果
• 4.4 计算齿廓形状误差的近似方法
• 4.5 本章小结
• 5 齿距、齿厚、及径向跳动的测量
• 5.1 齿距偏差定义
• 5.2 齿距偏差测量方法介绍
• 5.2.1 齿距偏差的绝对测量
• 5.2.2 齿距偏差的相对测量
• 5.3 单测头齿距测量方案
• 5.4 齿距测量实验及相关结果分析
• 5.5 齿厚测量及其评定
• 5.5.1 齿厚公差定义
• 5.5.2 齿厚的测量及评价
• 5.6 径向跳动测量方案
• 5.6.1 径向跳动的定义
• 5.6.2 径向跳动的测量
• 5.6.3 径向跳动的评定方法
• 5.7 本章小结
• 6 误差的修正和补偿
• 6.1 机构误差及变形误差
• 6.1.1 直线运动部件及旋转运动部件误差
• 6.1.2 力变形误差及温度误差
• 6.2 测头、光栅、电路误差及电控系统误差
• 6.3 齿形、齿距等测量具体方案误差分析
• 6.3.1 齿形误差测量分析
• 6.3.2 齿距误差测量分析
• 6.4 误差修正补偿及具体数学模型
• 6.5 齿轮误差评定专家系统方案
• 6.5.1 专家系统介绍
• 6.5.2 知识库的设计
• 6.5.3 推理机设计
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校期间所发表的论文