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基于齿轮测量中心的渐开线圆柱齿轮的测量与评定

作　者: 石雪梅
导　师: 刘书桂
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: CNC齿轮测量中心渐开线圆柱齿轮安装偏心误差补偿误差评定
分类号: TG86
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 80次
引　用: 1次
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内容摘要

齿轮广泛应用于工业生产和机械装备中,是机械设备中的关键基础元件之一,对齿轮的测量与评定具有重要意义。CNC齿轮测量中心与传统的量仪相比,具有精度高、效率高、适用范围广等优点,代表了当今机械制造领域测试技术的一个发展方向。本文在现有的国内外齿轮测量理论与技术的基础上,以坐标测量技术为研究手段,对基于CNC测量中心的圆柱齿轮自动测量与评定进行了研究。本论文主要工作内容包括以下几个方面:1.以渐开线为基础,建立了渐开线圆柱直齿轮和斜齿轮的数学模型,包括各齿面参数方程及齿面法矢量;2.考虑到测量前的手动安装不能保证齿轮几何中心轴与机器的旋转中心轴完全重合,产生的安装偏心对测量的精度造成了很大影响。根据渐开线的特点和圆柱齿轮齿面形成的原理,建立了精确的安装偏心的数学模型,这是本文的重要研究内容。3.研究了最小二乘曲线、曲面拟合的基本原理,通过对测量得到的离散采样点进行了渐开线曲面拟合,得到了关于安装偏心的非线性最小二乘问题。4.分析了非线性方程组的求解原理,提出采用Gauss-Newton、Levenberg–Marquarat和广义逆算法求得方程组最优解,实现了对安装偏心的标定。实验证明该算法精度能够满足测量精度的要求。5.研究了CNC齿轮测量中心的测量原理,设计了齿轮自动测量与误差评价的流程,并对自动测量的路径进行了规划,给出了准确的理论测量位置点,在标定安装偏心之后,对实际测得的坐标值进行修正,其中包括安装偏心补偿和测头半径补偿。6.在获得修正值的基础上,根据国家标准轮齿同侧齿面偏差的定义、径向跳动的定义以及检验实施规范,完成了齿形偏差、齿距偏差、径向跳动各项误差参数的提取,并对误差进行评定。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题的背景和意义  8
  1.2 齿轮测量技术及仪器的发展  8-12
    1.2.1 齿轮测量技术的发展  8-9
    1.2.2 齿轮测量仪器的发展  9-12
  1.3 课题的提出  12
  1.4 课题的主要研究内容  12-14
第二章渐开线圆柱齿轮齿面的数学模型  14-23
  2.1 齿轮传动的分类和特点  14-15
    2.1.1 齿轮传动的分类  14
    2.1.2 渐开线圆柱齿轮传动的特点  14-15
  2.2 渐开线的形成和特点  15-16
  2.3 渐开线圆柱直齿轮齿面方程的推导  16-20
    2.3.1 右齿面方程  17-19
    2.3.2 左齿面方程  19-20
  2.4 渐开线圆柱斜齿轮齿面方程的推导  20-23
第三章安装偏心的标定  23-38
  3.1 坐标系的建立  23-25
    3.1.1 建立机器坐标系  23
    3.1.2 建立基准坐标系  23-24
    3.1.3 建立工件坐标系  24-25
  3.2 安装偏心模型的建立  25-27
  3.3 测量点坐标最小二乘空间曲面拟合  27-32
    3.3.1 最小二乘原理  27-28
    3.3.2 测头中心到理论齿面法向距离的计算  28-29
    3.3.3 消除测头半径的影响  29-31
    3.3.4 最小二乘齿面拟合  31-32
  3.4 非线性最小二乘问题的求解  32-36
    3.4.1 问题的提出  32
    3.4.2 非线性模型的参数识别  32-33
    3.4.3 对非线性方程组的求解  33-36
  3.5 求解安装偏心参量  36-38
第四章渐开线圆柱齿轮的测量与误差项的评定  38-54
  4.1 CNC齿轮测量中心的测量原理  38-41
    4.1.1 功能模块划分  39-41
    4.1.2 齿轮测量流程  41
  4.2 齿形的测量  41-47
    4.2.1 探测模式的选择  42-43
    4.2.2 测量路径的规划  43-47
  4.3 坐标修正  47-48
  4.4 误差的评定  48-54
    4.4.1 齿轮的检验项目  48
    4.4.2 偏差位置的识别  48-49
    4.4.3 齿距偏差的评定  49-52
    4.4.4 齿形偏差的评定  52-53
    4.4.5 径向跳动的评定  53-54
第五章安装偏心标定实验  54-62
  5.1 直线分布型5 点采样  54-55
  5.2 网格分布型5 点采样  55-56
  5.3 网格分布型8 点采样  56-57
  5.4 全部齿多点网格型采样  57-60
  5.5 实验结果分析  60-62
第六章总结与展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-67
发表论文和科研情况说明  67-68
致谢  68

基于齿轮测量中心的渐开线圆柱齿轮的测量与评定

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