齿轮径向综合误差测量系统的设计方案

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1、齿轮径向综合误差测量系统的设计作者姓名：专业：学号：指导教师：完成日期：目录目录1第一章绪论21.1齿轮测量技术简介齿轮测量技术的起源与历程2齿轮测量技术的演变21.2齿轮综合误差测量原理31.3齿轮径向综合误差的精度公差4第二章齿轮径向综合误差检测系统设计52.1测量系统的设计框图52.2测量系统的结构设计52.3系统的工作步骤6第三章系统各部分电路设计63.1差动变压器LVDT与AD59863.2电容式位移传感器与NE55573.3MSP430单片机及其外围电路单片机最小系统加液晶显示电路8单片机上位机串行通讯电路报警器、指示灯和继电器电路9步进电机和键盘部分电源部分电路10第四章系统软件

2、设计124.1系统软件流程图124.2多谐振荡器脉冲频率检测子程序134.3差动放大器信号的A/D转换子程序134.4基于RS232的串口通讯子程序13第五章总结与体会14参考文献15第一章绪论1.1齿轮测量技术简介齿轮测量技术的起源与历程齿轮的应用有着悠久的历史，而齿轮的科学研究却始于17世纪MCamus发现齿轮传动的节点原理。1765年，LEuler将渐开线齿形引入齿轮,100多年后,Fellows等人应用范成法高效地生产出渐开线齿轮，从此渐开线齿轮得到了广泛应用。因为制造与安装等方面的原因,实际齿轮总是存在着误差。这种误差对传动系统的精度与动态特性（特别是振动与噪声有直接的影响。因此,如

3、何表征、测量、分析、利用和控制齿轮误差一直是不断探索的课题。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。齿轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性的

4、,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体,对齿廓进行修形,“有意地”引入误差用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能,由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新,如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑。齿轮测量技术及其仪器的研发已有近百年的历史。齿轮测量技术的演变整体上考察过去一个世纪里齿轮测量技术的发展,主要表现在三个方面:1在测量原理方面,实现了由“比较测量”到“啮合运动测量”,直至“模型化测量”的发展。2在实现测量原理的技术手段上,历经了“以

5、机械为主”到“机电结合”,直至当今的光-机-电”与“信息技术”综合集成的演变3在测量结果的表述与利用方面历经了从“指示表加肉眼读取”，到“记录器记录加人工研判”，直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”的飞跃。与此同时，齿轮量仪经历了从单品种单参数仪器（典型仪器有单盘渐开线检查仪,单品种多参数仪器（典型仪器有齿形齿向检查仪,到多品种多参数仪器（典型仪器有齿轮测量中心的演变。12齿轮综合误差测量原理齿轮径向综合误差检验时，所用的装置按放了一对齿轮，其中一个齿轮装在固定的轴上，另一个齿轮则装在带有滑道的轴上，该滑道带一弹簧装置，从而使两个齿轮在径向能紧密地啮合见图1）。旋转中测量出中心距的

6、变动量。图1测量径向综合误差的原理测量齿轮要做得很精确，以达到其对径向综合偏差的影响可忽略不计的目的，在此情况下，当被测齿轮旋转一整周后，就能得到一个可接受的测量记录。设计测量系统时，必须十分重视测量齿轮的精度，特别是它与被测齿轮啮合的压力角，否则会严重影响测量的结果。测量齿轮应该有足够的啮合深度，使其能与被测齿轮的整个有效齿廓相接触，但不应与非有效部分或根部相接触，避免产生这种接触的办法是将测量齿轮的齿厚增厚到足以补偿被测齿轮的侧隙。齿轮旋转一整周记录下的曲线接近于正弦形状幅值为，表示齿轮偏心距。被检验齿轮径向综合误差F等于齿轮旋转一整周中最大的中心距变动量，它可以从记录下来的线图36U7z

7、图2径向综合误差曲线13齿轮径向综合误差的精度公差齿轮径向综合误差的精度公差公式如下:直径）齿轮径向综合误差的精度公差公式如下:直径）作无间隙的双面啮合，并以径向移动的方式调整被测电容式位移开关量光电编码器圆柱齿轮与标准件的中心距，在齿轮转动过程中，采用位移式传O感器测量取值，用闭评定制）齿轮的运动精度和工作平齿轮的运动精度和工作平3，其中探头部分同时接入电容和电感式位平稳性。系统结构如图器r移传步进电机及驱动图3测量系统结构图2.3系统的工作步骤通过单片机程序来控制步进电机，带动标准齿轮转动，这里光电编码器用作采集闭环控制的反馈信号。压力弹簧使被测齿轮和标准齿轮紧密啮合，齿轮转动过程中被测齿

8、轮的径向综合偏差直接反应为中心距的尺寸变化，通过位移传感器及处理电路使得位移信息准换为电信号送给CPU进行分析和处理。测量人员可以根据齿轮的精度等级选择相应的测量档位，通过按键输入给计算机，计算机经过分析选择使用的传感器及控制步进电机的转速。一般35级选用电容式位移传感器，67级选用差动放大式位移传感器。第三章系统各部分电路设计31差动变压器LVDT与AD598本测量系统采用差动变压器来测量齿轮中心距的变动量。线性差动变压器是一种应用非常广泛的传感器，用于测量距离、位移等物理量。线性差动变压器专用集成电路芯片AD598图4）集成了正弦交流激励信号的产生、信号调解、放大和温度补偿等功能。通过改变

9、外接振荡频率电容的大小，就可改变正弦交流激励信号的频率，以适应各种类型的线性差动变压器对频率的要求。本设计的齿轮中心距变动量的检测电路如图4所示。AD598的2、3引脚产生一个正弦波激励信号供给差动变压器LVDT的一次绕组，从16引脚输出反映LVDT内芯位置的直流电压信号。+15V-15VI出丁检测中TWr变功“HC2MLVDT3ZHnv&B2FILTB1FILTFRE02FREQ10FFSET10FFSET2SIQREFSIGOUTFEEDBACKOUTFILTA1FILTAJIFILTVA，即F*忙AC598OXC2LEV2uR2图4测量电路3.2电容式位移传感器与多谐振荡器电容式位移传感

10、器是利用电容器两极板间的距离变化会引起电容值的变化这一原理，将位移变化量转化为电容值变化量，从而进行进一步的信号处理。多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加触发信号，接通电源后就能够产生一定频率和幅值的矩形脉冲输出。在这里我们利用555定时器构成的多谐振荡器的特点和原理,将电容式位移传感器当做一个可变电容连接到震荡电路中，根据震荡周期公式：T=0.7(R1+R2Cf=1/T可见电容值的变化与振荡器输出脉冲的频率成线性关系，那么只要我们检测出脉冲的频率即可得到相应的电容值从而得到对应的位移量。实际电路如图:U36LJ1RTHR2VGCR3NE566NE566R4903k11(_I576kCi图

11、5电容式位移传感器应用电路3.3MSP430单片机及其外围电路331单片机最小系统加液晶显示电路MSP430系列是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。选用430单片机主要是因为，内部集成12位的AD转换功能，能够直接将AD598输出的模拟量转换成数字量。另外430单片机的I/O口较多，能够满足键盘、显示、开关量等使用需求，并且性能较好，便于系统扩展与联机通讯。LCD显示采用并行模式，因为单片机主要用于数据采集与系统控制，为使显示部分暂用更少的主机时间显示模块采取并行通讯模式。占用的I/O口较多，但通讯所用时间较短。4.=4.=5HzBI-aZ土F-3=-cC_interfa

12、ce|=1。dodoif(C_interface=0break。while(1。doif(C_interface=1breakowhile(1ofrequency_dat+。while(fixed_time=0。fixed_time=0。4.3差动放大器信号的A/D转换子程序/*禾【J用MSP430的内部AD,进行单通道单次转换*/voidadchange(void关闭看门狗WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD。P6SEL|=BIT1。端口的第二功能ADC12CTL0=ADC12ON+MSC+SHT0_8。ADC12CTL0=ADC12ON+MSC+SHT0_8。ADC12CTL1=SHP

13、+CONSEQ_1。打开ADC12,设置采样时间使用采样时钟，单通道单次采ADC12MCTL1=INCH_1。ADC12CTL0|=ENC。ADC12CTL0|=ADC12SC。while(ADC12IFG&BIT0=0A1_Results=ADC12MEM1。ADC12MCTL1=INCH_1。ADC12CTL0|=ENC。ADC12CTL0|=ADC12SC。while(ADC12IFG&BIT0=0A1_Results=ADC12MEM1。A1,ref+=AVCCII允许进行转换开始进行转换II等待转换结束保存A1转换结果4.4基于RS232的串口通讯子程序voidcommunicati

14、on(voidunsignedchari。WDTCTL=WDTPW+WDTHOLDP3SEL|=(BIT4+BIT5。停止看门狗P34,P35USART0TXDIRXDBCSCTL1|=XTS。doIFG1&=OFIFG。for(i=0xFF。i0。i-。while(IFG1&OFIFG。/允许USART0TXD/RXD/8-bit/UCLK=ACLK/Modulation/初始化USART状态机/等待/将收到的数据发送出去BCSCTL2|=SELM_3。ME1|=UTXE0+URXE0。UCTL0|=CHAR。UTCTL0|=SSEL0。UBR00=0x9F。UBR10=0x01。UMCTL

15、0=0xB5。UCTL0&=SWRST。while(!(IFG1&UTXIFG0。TXBUF0=RXBUF0。第五章总结与体会本设计为齿轮径向综合误差检测系统，给出了检测仪的测量原理、机械结构、硬件电路和调试程序。其中在位移传感器的使用和信号处理部分做了创新改进型设计，使用新的原理和方案完成了系统功能。本设计采用电容式传感器将位移信号转化为数字信号，然后对数字量直接进行处理。这突破了传统的误差检测仪的测量原理，使得系统的信号处理更简单，测量精度更高，可靠性更好。通过这次课程设计我明白了自己的知识还比较欠缺，要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。直到这次课

16、程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确困难比较多，万事开头难，不知道如何入手，最后终于做完了才有种如释重负的感觉。知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1 石照耀，费业泰.齿轮测量技术100年-回顾与展望.中国项目科学，2003.2 张远平.齿轮双啮误差自动测量系统的研制.机械设计与制造,2005.3 刘春梅冷杰崔艳梅唐志峰.一种电感式位移传感器的电路系统设计.中国一航北京长城测试计量研究所20

17、08.4 刘庆胜，李军.机械式齿轮双面啮合综合测量仪的改进.计量技术,2005.5 师书恒王斌朱建强.高精度电容式位移传感器的研究.中国科学院上海光学精密机械研究所2005.6 张斌斌丛培田.电容式位移传感器装换电路的设计.仪器仪表技术与传感器2002.7 范小兰.齿轮双啮误差的分离及其计算.上海项目技术大学学报,2002.8 马宏伟生成德.圆柱齿轮双啮综合误差测试系统的设计与实现.仪表技术,1994.9 王错.基于PC的齿轮径向综合误差测量系统的研究.哈尔滨工业大学2007.10 夏水华.高精度齿轮综合误差检测仪的设计.仪器与仪表，2002.11 王兰城.齿轮双面啮合检查仪的微机化改造.工具技术,2003.申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。