双盘式渐开线测量装置的展成精度及测控系统研究

论文摘要

齿轮是机械工业必需和理想的传动件。齿轮传动既能均匀地传递运动,又能传递巨大的动力。虽然齿轮制造的基本原理没有改变,但近年来,设计、材料、制造工艺与检测技术却经历了巨大的变化与改进。特别是对电子工业、航空航天工业和军事武器系统中使用的许多精密齿轮提出了更加严格的精度性能要求。因此,提高齿轮测量技术成为高精度齿轮制造业的重要课题。作为齿轮加工中的一个重要指标,齿廓偏差的大小直接影响齿轮承载能力大小,噪声大小以及传动质量的高低,因此减小齿廓偏差可以从诸多方面改善现有齿轮传动存在的问题。双盘式渐开线测量装置—基准级渐开线测量仪与渐开线样板测量仪均利用双盘机械展成精密机构来复现理论渐开线轨迹,与实际被测渐开线样板齿廓相比较从而得到渐开线齿廓偏差。由于其机械部件加工与装配的高精度,且具有结构简单、误差源少和误差小的工作原理和整体结构,因而具备高精度渐开线齿轮齿廓偏差测量的要求。本文首先对双盘式渐开线测量装置的测控系统进行了研究。根据渐开线齿廓偏差测量要求,设计并搭建了渐开线样板测控系统,编写了渐开线样板测量仪的测控软件。利用VC++6.0在生成友好界面方面的优势,以软件控制为主、软硬件结合,实现了渐开线样板测量的数据采集与处理的自动化,提高了渐开线样板的测量效率和测量精度。基圆盘和导轨是双盘式渐开线测量装置的重要机构,其展成精度是影响渐开线齿廓偏差测量结果的主要方面之一。本文对齿轮及基圆盘在芯轴上的精密安装方法以及基圆盘和导轨间的相互作用这两个主要因素进行了研究:基于VC软件开发工具,采用数据采集卡,根据最小二乘法评定圆度误差原理,实现了基圆盘圆度误差数据采集和处理的自动化,并根据实验测量的结果,通过分析得到了齿轮及基圆盘在芯轴上的精密安装方法,使综合偏心误差引起的测量误差最小化,从而提高了仪器的展成精度。对于基圆盘和导轨间的相互作用,本文应用弹塑性理论,使用有限元软件ANSYS对轮轨不同材料弹塑性接触应力进行了有限元计算,并对计算结果进行了分析,得到基圆盘轮周位移和接触区尺寸,最后得出蠕滑率,从而得到弹性蠕滑对展成精度的影响,并通过实际测量实验加以验证,为测量装置的不确定度评定提供了重要参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 齿轮精度标准与测量技术的发展及国内外现状
• 1.2 渐开线圆柱齿轮测量原理及主要测量技术
• 1.2.1 机械展成式测量技术
• 1.2.2 齿轮整体误差测量技术
• 1.2.3 CNC坐标测量技术
• 1.2.4 其它测量技术
• 1.3 渐开线齿廓偏差及其测量技术
• 1.3.1 渐开线齿廓偏差
• 1.3.2 齿廓偏差测量技术
• 1.4 各种精密齿廓偏差测量技术比较
• 1.5 双盘式渐开线测量装置
• 1.6 本文研究意义及内容
• 2 渐开线样板测量仪测控系统研究
• 2.1 渐开线样板测量仪测量原理
• 2.2 测控系统设计
• 2.3 系统硬件部分组成
• 2.4 系统软件部分构成
• 2.4.1 研华设备驱动程序的编程
• 2.4.2 样板参数输入模块
• 2.4.3 数据采集与处理模块
• 2.4.4 实时显示模块
• 2.4.5 测量结果分析模块
• 2.5 实验分析
• 2.6 本章小结
• 3 基准级渐开线测量仪的基圆盘圆度误差及精密装配方法研究
• 3.1 圆度误差测量原理
• 3.2 测量硬件部分设计
• 3.3 测量软件部分设计
• 3.4 试验数据分析处理
• 3.5 基圆盘、齿轮及芯轴的偏心测量及精确装配试验
• 3.5.1 基本原理
• 3.5.2 测量及精密安装试验
• 3.6 本章小结
• 4 基准级渐开线测量仪的轮轨蠕滑有限元分析
• 4.1 基准级渐开线测量仪展成机构
• 4.2 轮轨蠕滑率对齿廓测量精度的影响
• 4.3 有限元求解的理论基础
• 4.3.1 牛顿—拉普森求解
• 4.3.2 收敛准则
• 4.3.3 ANSYS对接触问题的分析步骤
• 4.4 有限元计算模型的建立
• 4.5 结果分析
• 4.5.1 接触区法向力的分布
• 4.5.2 接触区接触状态分布
• 4.5.3 蠕滑率计算
• 4.6 仿真试验
• 4.6.1 轮轨不同材料
• 4.6.2 轮轨相同材料
• 4.7 实验验证
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢