基于刃边齿条测头的大型齿轮在机测量原理与技术研究

摘要

大型齿轮作为大型成套设备的关键或重要基础件，其应用范围越来越广，制造技术不断提高，其高精度测量变得日趋迫切和重要。论文主要研究基于刃边齿条测头的大型齿轮在机测量原理、技术及测量仪器。 在分析比较国内外大型齿轮测量原理与技术的基础上，得出结论：对于直径大于等于2.5m的大型齿轮的精密测量，采用专用台式量仪测量是不可能实现的；采用上置式量仪，定位基准差，测量精度不能保证，且检测项目单一；解决此问题的有效办法是在机测量，这符合我国大型齿轮制造业的国情，具有良好的发展前景。从而为本论文工作确定了定位点。 论文基于微分几何学原理，研究渐开线廓面的可展性，分析其上具有代表性的曲线族：渐开线族、直母线族、螺旋线族和接触迹族，其偏差直接影响齿轮传动质量。它们中的两两组合所构成的特征线网格都可作为考察渐开线廓面精度特征的依据，给齿轮测量指明了方向。以媒介齿条为工具，分别研究了平行轴条件下渐开线齿轮线啮合原理与交错轴条件下的点啮合原理等，为论文的研究工作奠定了理论基础。 按照新的国家齿轮标准规定，对于单个齿轮必须检验的三个偏差项目，论文开展了大型齿轮在机测量齿廓偏差、螺旋线偏差和齿距偏差的原理与技术研究，因齿距偏差测量技术成熟，在机测量定位于检测齿廓偏差和螺旋线偏差。针对大型齿轮在机测量的难点与特点，在研究比较测量原理的基础上，确定了大型齿轮在机测量的指导思想、关键技术与技术路线，进而确定了大型齿轮在机测量的方案。论文创造性地提出并采用了刃边齿条测头在机测量大齿轮偏差的方案，不仅原理正确，而且具有减小量仪尺寸、不存在测头对正误差、提高测量精度、扩大测量功能、量仪结构简单、安装与操作方便等诸多优点，使在机测量成为可行，构成了论文的重要特色之一。也为本文提出的在机综合测量提供了基础。 论文在研究分析渐开线螺旋面特征线测量的理论与技术的基础上，创造性地提出基于刃边齿条测头在机综合测量直母线偏差的方案，即通过测量轮齿廓面上的直母线族的各个偏差，确定测量网格，经数据处理，分离出该廓面的齿廓偏差与螺旋线偏差，并建立了基于直母线偏差的齿廓偏差与螺旋线偏差的误差分离数学模型，设计了评定软件。由于齿轮在平行轴传动过程中瞬时接触线即为直母线，因此该方案更有利于评定齿轮在使用过程中的传动质量。采用此方案，既不同于常规的综合测量，又有别于单项测量，实现了在测量原理上的创新与突破。 论文对大型齿轮在机测量的关键技术，如精密线位移和角位移信号的拾取、测量仪器在机床上的安装定位、测量坐标系的确定等进行了深入的研究，并进行了精度分析。 在实现在机测量方案的机械部分设计的基础上，对整个在机测量系统的控制部分进行了研究设计。共分为三个部分：测量系统硬件控制电路设计；测量系统的软件设计和操作系统的软件界面设计。在此基础上，研制出大型齿轮在机测量仪。现场测试表明，测量原理正确，相关技术可行。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1前言

1.2齿轮制造技术现状与发展趋势

1.2.1齿轮加工技术的发展

1.2.2齿轮测量技术的发展

1.3齿轮精度制的发展

1.3.1国际齿轮精度标准的发展

1.3.2我国齿轮精度标准的现状

1.3.3有关齿轮精度的新定义

1.4论文的选题依据与研究工作

1.4.1论文的选题依据

1.4.2论文的主要研究工作

第二章微分几何学基础与渐开线齿轮啮合原理

2.1回转运动群与圆矢量函数

2.1.1回转运动群

2.1.2圆矢量函数

2.2曲面的标架及其微分形式

2.3渐开线螺旋面及其性质

2.3.1渐开线螺旋面方程

2.3.2渐开线螺旋面的性质

2.4渐开线齿轮啮合原理

2.4.1渐开线齿轮线啮合原理

2.4.2渐开线斜齿轮点啮合原理

2.5本章小结

第三章在机测量大齿轮单项偏差的原理与方案

3.1渐开线齿廓测量原理与测量方法

3.1.1投影比较法

3.1.2滚动比较法

3.1.3坐标测量法

3.1.4刃边齿条测头在机测量原理

3.2渐开线齿轮螺旋线测量原理与测量方法

3.2.1展成法测量

3.2.2坐标法测量

3.3齿距偏差测量原理与测量方法

3.3.1绝对测量法

3.3.2相对测量法

3.4大型齿轮在机测量的难点与特点

3.5在机测量大齿轮的指导思想与关键技术

3.5.1在机测量大齿轮的指导思想

3.5.2在机测量大齿轮的关键技术

3.6大齿轮单项偏差的在机测量方案

3.6.1大齿轮在机测量的技术路线

3.6.2大齿轮在机测量方案的确定

3.7本章小结

第四章基于刃边齿条测头的大齿轮在机综合测量

4.1问题的提出

4.2大型齿轮在机综合测量的原理与方案

4.2.1滚齿加工的构形原理与齿轮廓面误差特征

4.2.2在机综合测量的方案

4.3大型齿轮在机综合测量的数学模型

4.3.1被测齿轮与刃边齿条的廓面方程

4.3.2理想条件下的啮合过程

4.3.3误差模型

4.4关于上置式直母线偏差测量仪的讨论

4.5本章小结

第五章在机测量仪的关键技术研究及精度分析

5.1刃边齿条测头的设计

5.2线位移精密测量机械系统的确定

5.2.1切向与轴向测量导轨

5.2.2辅助基准面

5.2.3测量坐标系的确定

5.2.4线位移测量系统的精度分析

5.3角位移精密测量机械系统的确定

5.3.1拾取齿轮转角信号—摩擦盘角分度装置

5.3.2摩擦盘角分度装置的精度分析

5.3.3刃边齿条形测头转角信号的拾取与精度分析

5.4被测齿轮安装偏心对测量结果的影响

5.5精度分析与验算

5.6本章小结

第六章大齿轮在机测量控制系统设计

6.1测量系统的组成

6.2测量系统硬件控制电路设计

6.2.1硬件电路的总体方案设计

6.2.2测量元件

6.2.3计数卡

6.2.4数据分频卡

6.2.5其他元件

6.3测量系统的软件设计

6.3.1软件的总体设计

6.3.2测量程序设计

6.4软件界面设计

6.5本章小结

第七章大齿轮在机测量实验研究

7.1量仪及所依托机床原始数据标定

7.2大齿轮齿廓偏差与螺旋线偏差测量实验

7.2.1齿廓偏差测量

7.2.2螺旋线偏差测量

7.2.3实验结果分析

7.3大齿轮直母线偏差测量实验与误差分离

7.4本章小结

第八章结论与展望

参考文献

致 谢

作者从事科学研究和学习经历的简历

攻读学位期间发表的论著及奖励

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