标准齿轮双啮仪精密与自动化测量技术的研究

摘要

制造业已经并将继续呈现高精尖发展态势。齿轮作为制造业的重要零部件，其制造精度对整个制造业意义重大。齿轮测量的精度是齿轮制造精度的重要保障，在齿轮繁多的测量项目中，齿轮径向综合总偏差有着重要的现实意义，因为其测量原理与齿轮啮合工作的真实状态是一致的，它的高低决定着齿轮传动的平稳性与运动传递的准确性。
　　市面上用于测量径向综合总偏差的双啮仪无法满足精密测量的要求，究其原因主要有:仪器机械结构为滑动式，其啮合过程中产生的摩擦影响了测量灵敏度，导致无法对精度较高齿轮进行测量;传统测量原理是将高于被测齿轮三个等级标的标准齿轮用作测量齿轮，而视测量齿轮为零误差齿轮，但本课题测量对象为GB/T10095.2-2008规定的2级以上的标准齿轮，故已无法找到更高级的齿轮用作其测量齿轮。本文旨在突破这两难点，研究出超精密标准齿轮双啮仪，使其满足2级精度以上的渐开线圆柱齿轮自动化测量要求。
　　针对以上难点，课题开展了以下几个方面的研究工作:
　　1.设计搭建仪器:针对传统双啮仪测量灵敏度太低的问题，课题在传统双啮仪的基础上创新设计弹簧片悬挂摆动机构，并对各零部件进行三维建模，加工和选择合适的零部件搭建完成测量仪。
　　2.完成测控系统:为实现测量的自动化，为仪器增加了软件控制系统。采用中断方式进行误差数据的采集，经串口将采集到的数据输入控制系统，对采集到的数据做进一步进行计算分析、存储、以及误差曲线的绘制。
　　3.仪器误差分析:对各配合面进行研磨等工艺处理，确保机构的稳定性。通过实验室精密径向跳动测量仪对芯轴进行检测，然后调节两芯轴使其满足测量的精度要求。为提高测量仪的动态精度，分析了测量过程的颤振及其抑制，针对测量转速与测头位置进行振动测试实验，确定最佳测速与测头位置。
　　4.实验数据处理:针对传统检测方法无法用于精密测量这一问题，课题使用了分组对换法进行测量，对该测量方法可行性进行了理论分析和实验验证。选取1级齿轮作为测量对象，然后进行不确定度的分析，以确保测量的可靠性。
　　通过机械结构与测量方法的全面改进，最终的实验测量结果与理论分析基本一致。针对1级精度超精密标准齿轮，本课题研究改进的双啮仪能够满足其测量要求，为超精密标准齿轮的制造提供了有力保障。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 超精密齿轮测量技术研究现状

1．1．1 齿轮精度等级标准的统一历程

1．1．2 国内外超精密齿轮发展水平

1．1．3 齿轮测量技术的发展与现状

1．2 齿轮径向综合总偏差测量原理与现状

1．2．1 齿轮径向综合总偏差测量原理

1．2．2 双面啮合测量仪现状与趋势

1．3 课题研究内容、目的及意义

1．4 本章小结

2 超精密标准齿轮双啮仪的设计与搭建

2．1 概述

2．2 超精密标准齿轮双啮仪的创新设计

2．2．1 普通双啮仪的结构分析

2．2．2 普通双啮仪优缺点分析

2．2．3 超精密齿轮双啮仪结构创新设计

2．3 超精密标准齿轮双啮仪的搭建

2．3．1 双啮仪的关键零部件

2．3．2 双啮仪的整体结构与功能的实现

2．4 本章小结

3 超精密标准齿轮双啮仪的测控系统

3．1 概述

3．2 双啮仪的自动化控制与数据采集

3．2．1 测量系统的自动化控制

3．2．2 应用中断方式采集数据

3．3 测量软件总体分析与设计

3．3．1 测量软件的需求与功能分析

3．3．2 软件的总体设计与功能实现

3．5 本章小结

4 超精密齿轮双啮仪的关键误差分析

4．1 概述

4．2 双啮仪的振动测量与分析

4．2．1 双啮仪最佳测量转速

4．2．2 双啮仪测头最佳位置

4．3 双啮仪芯轴引起的误差分析

4．3．1 双啮仪芯轴的径向跳动测量与分析

4．3．2 双啮仪芯轴平行度调试与计算分析

4．4 本章小结

5 超精密标准齿轮测量实验与数据处理

5．1 概述

5．2 超精密标准齿轮测量实验

5．2．1 径向综合总偏差允许值推算

5．2．2 超精密齿轮分组测量实验

5．3 超精密标准齿轮数据处理

5．3．1 对换法应用于求解偏差值

5．3．2 测量不确定度的分析计算

5．4 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