基于扫描式三维测头的螺旋锥齿轮测量方法研究

摘要

螺旋锥齿轮由于其具有重合度大、承载能力强、传动性能好、使用寿命长等诸多优点，被广泛应用于航空航天、农业机械、工程车辆及军用机械等领域中。目前，我国主要采用配备一维测头的齿轮测量中心对螺旋锥齿轮进行测量。由于一维测球单方向受力，其在测量螺旋锥齿轮齿形偏差和齿距误差时，需分别调整测球受力方向，操作繁琐。实际中也有使用配备二维测头的齿轮测量中心对螺旋锥齿轮进行测量。无论是配备一维测头还是二维测头的齿轮测量中心对螺旋角偏大的螺旋锥齿轮进行测量时，都无法沿齿面离散点法矢方向进行测球位置的准确补偿。对于采用配备触发式三维测头的齿轮测量中心对螺旋锥齿轮进行测量时，由于必须单点测量，测量效率较低。　　针对上述问题，本文借助扫描式三维测头扫描式采点以及测球三个方向皆受力的特点开展了基于扫描式三维测头的螺旋锥齿轮测量方法研究，旨在进行螺旋锥齿轮测量时，能简化测量操作，提高采点效率，能对螺旋角偏大的螺旋锥齿轮进行测量，并能增加测量项目。本文完成的研究内容如下：　　1.通过对螺旋锥齿轮传统加工方法进行分析，推导出了齿面方程和齿面网格点坐标的求解方法。在此基础之上重新构建了齿根曲面的方程，并确定了齿根曲面网格点坐标的求解方法。　　2.根据已经建立的螺旋锥齿轮理论模型，再结合齿轮测量中心和扫描式三维测头的结构特点及工作原理，确定了齿轮的安装定位方案。通过建立测量坐标系确定了测球坐标系在齿轮测量中心开机后随机坐标系下的位置。在螺旋锥齿轮理论测量模型的基础上，根据齿形、齿距、齿根、齿顶、法向弦齿厚的测量要求规划了测量路径并计算测量点。　　3.根据已经确定的测量方法，控制测球与齿面接触并进行采样，可获得测量各网格点对应的齿轮测量中心各轴坐标、测球示值和回转台相位角。通过对这些测量数据进行分析处理完成了齿形、齿距、齿根、齿顶、法向弦齿厚的数据处理。并且，对数据处理中的关键算法进行了验证，确保了理论算法的正确性。　　4.基于锥齿轮测量与分析软件系统，应用C++编程语言在Microsoft Visual Studio2010平台中完成了软件开发。运用该软件完成了齿形、齿距、齿根、齿顶、法向弦齿厚的测量实验，并进行了对比实验验证该测量方法的正确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 论文来源

1.2 研究背景与意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 测头的分类及扫描式测头的研究现状

1.3.2 螺旋锥齿轮测量技术的发展及国内外研究现状

1.4 研究内容

第二章 螺旋锥齿轮理论模型构建

2.1 螺旋锥齿轮共轭曲面原理

2.2 齿面模型建立

2.2.1 齿面共轭接触点计算

2.2.2 齿面网格点参数计算

2.3 齿根模型建立

2.3.1 齿根共轭接触点计算

2.3.2 齿根网格点参数计算

2.4 理论模型构建

2.5 本章小结

第三章 测量螺旋锥齿轮测头的运动控制

3.1 设备介绍

3.1.1 齿轮测量中心结构

3.1.2 扫描式三维测头原理

3.2 螺旋锥齿轮的安装定位

3.2.1 小轮安装定位

3.2.2 大轮安装定位

3.3 扫描式三维测头标定及测量坐标系建立

3.4 测头的运动路径规划

3.4.1 齿形测量的测头运动路径规划

3.4.2 齿距测量的测头运动路径规划

3.4.3 齿根测量的测头运动路径规划

3.4.4 齿顶测量的测头运动路径规划

3.4.5 法向弦齿厚测量的测头运动路径规划

3.5 测量点的计算

3.6 本章小结

第四章 螺旋锥齿轮测量数据处理

4.1 测量数据处理

4.1.1 齿形偏差处理

4.1.2 齿距误差处理

4.1.3 齿根数据处理

4.1.4 齿顶数据处理

4.1.5 法向弦齿厚数据处理

4.2 关键算法验证

4.2.1 齿形偏差处理算法验证

4.2.2 齿距测量齿轮相位补偿模型验证

4.3 本章小结

第五章 螺旋锥齿轮测量软件开发和实验验证

5.1 测量软件开发

5.2 实验验证

5.2.1 齿形测量实验及结果分析

5.2.2 齿距测量实验及结果分析

5.2.3 齿根测量实验及结果分析

5.2.4 齿顶测量实验及结果分析

5.2.5 法向 弦齿厚 测量实验 及结果分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果