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极坐标法测量渐开线齿轮的研究

作　者: 张大厦
导　师: 郭敬滨
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 极坐标法渐开线齿轮误差补偿安装偏心齿形偏差
分类号: TG86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 76次
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内容摘要

齿轮是齿轮传动机构中不可或缺的关键部件,被广泛应用于机械、交通、航空航天、仪器仪表等领域,其几何精度直接影响传动性能,因此对齿轮的测量与评定具有重要意义。与基于电子展成法的齿轮测量仪器相比,基于极坐标法的测量仪器结构更简化,应用更广泛,特别适合大齿轮、内齿轮的测量。本文在极坐标测量原理的基础上,着重研究了极坐标法测量渐开线齿廓的数学模型和测量误差的补偿；为消除安装偏心对齿轮测量误差的影响,建立了安装偏心的补偿模型；设计了基于DSP和FPGA的测量与控制系统。本论文的主要内容有：1、根据极坐标测量原理,针对球形测头,建立了偏距变化的极坐标法测量渐开线齿廓的数学模型,分析并解决了球形测头半径的补偿、测量范围的确定、采样点的选取等问题。2、着重分析了变偏距的极坐标法测量控制方案中偏距变化产生的测量误差,提出了测量误差的数学模型；在变偏距的极坐标法的数学模型基础上,建立了齿形偏差的补偿模型；为了消除偏距变化产生的测量误差,提出了偏距不变的极坐标法测量控制方案,并建立了齿形偏差的补偿模型；从长度、角度、起测点的定位误差等方面分析了其它产生测量误差的因素。3、从齿轮误差运动学理论出发,根据安装偏心与啮合线增量的关系,建立了安装偏心引起的啮合线增量的数学模型,给出了安装偏心产生的齿形偏差、齿距偏差和齿距累积总偏差的补偿模型。4、设计基于DSP和FPGA的测量与控制系统,目的是实现对电机的控制和光栅信号、电感测头信号的检测,主要包括电机控制电路、光栅信号采集电路、AD转换电路、通信电路和保护电路。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题的背景及意义  9-10
  1.2 齿轮测量技术与仪器的发展及现状  10-13
    1.2.1 齿轮测量技术的发展及现状  10-11
    1.2.2 齿轮测量仪器的发展及现状  11-12
    1.2.3 极坐标法测量原理的提出和现状  12-13
  1.3 课题的主要研究内容  13-15
第二章渐开线齿轮的极坐标测量原理  15-28
  2.1 渐开线齿廓曲线  15-17
    2.1.1 渐开线的形成和性质  15-16
    2.1.2 渐开线的方程式  16-17
  2.2 极坐标法与法线极坐标法  17-18
  2.3 偏距变化的极坐标法测量渐开线齿廓的数学模型  18-28
    2.3.1 极坐标法测量渐开线齿廓的基本数学模型  18-20
    2.3.2 偏距变化的极坐标法测量渐开线齿廓的数学模型  20-23
    2.3.3 测头半径的补偿  23-25
    2.3.4 齿形测量范围的确定  25
    2.3.5 采样点的选取  25-28
第三章极坐标法测量渐开线齿廓的测量误差分析  28-38
  3.1 偏距变化情况下测量误差的分析与补偿  28-32
    3.1.1 偏距变化的极坐标法测量控制方案的设计  28-29
    3.1.2 偏距变化引入的测量误差分析  29-30
    3.1.3 控制系统误差的分析  30-31
    3.1.4 偏距变化的测量控制方案中误差的补偿  31-32
  3.2 偏距不变情况下测量误差的分析与补偿  32-34
    3.2.1 偏距不变的极坐标法测量控制方案的设计  32-34
    3.2.2 偏距不变的测量控制方案中误差的分析与补偿  34
  3.3 产生测量误差的其他因素分析  34-38
    3.3.1 长度和角度基准误差的影响  35
    3.3.2 起测点误差的影响  35-38
第四章齿轮测量中安装偏心的补偿  38-48
  4.1 安装偏心的测定  38-40
  4.2 安装偏心与啮合线增量的关系  40-41
  4.3 补偿安装偏心产生的齿形偏差的数学模型  41-44
    4.3.1 测量基准圆、起测圆的确定及其引入误差的分析  41-43
    4.3.2 安装偏心产生的齿形偏差的数学模型  43
    4.3.3 补偿安装偏心的数学模型  43-44
  4.4 补偿安装偏心引起的齿距偏差的数学模型  44-46
    4.4.1 安装偏心产生的齿距累积总偏差与单个齿距偏差  44-46
    4.4.2 补偿安装偏心引起的齿距累积总偏差和单个齿距偏差  46
  4.5 安装偏心引起的啮合线增量的数学模型的应用  46-48
第五章测量与控制系统的设计  48-65
  5.1 总体方案设计  48-51
    5.1.1 测控系统的功能和组成  48-50
    5.1.2 测控系统总体方案  50-51
  5.2 硬件电路设计  51-63
    5.2.1 DSP模块及其外围电路  51-53
    5.2.2 FPGA模块及其外围电路  53-56
    5.2.3 电机控制电路的设计  56-59
    5.2.4 A/D转换电路  59-60
    5.2.5 以太网通信电路  60-61
    5.2.6 保护电路  61-62
    5.2.7 光栅信号的转换电路  62-63
  5.3 两轴联动的实现及其数据采集流程图  63-65
第六章实验与结果分析  65-74
  6.1 极坐标法测量精度实验  65-70
    6.1.1 测量渐开线样板左齿面  65-68
    6.1.2 极坐标法测量渐开线样板右齿  68-70
    6.1.3 结果分析  70
  6.2 大齿轮测量中补偿安装偏心产生的齿轮误差的实验  70-74
    6.2.1 安装偏心的测定  70-71
    6.2.2 测量渐开线样板  71-72
    6.2.3 测量标准齿轮  72-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 工作总结  74
  7.2 工作展望  74-76
参考文献  76-79
发表论文和参加科研情况说明  79-80
致谢  80

极坐标法测量渐开线齿轮的研究

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