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摆线齿轮极坐标跟踪测量技术的研究

作　者: 王娴
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: 摆线齿轮跟踪测量 DSP FPGA
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 40次
引　用: 1次
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内容摘要

摆线齿轮作为仅次于渐开线齿轮的第二大类齿轮被广泛应用于石油、机械、轻工、食品、航空及国防等工业,是摆线齿轮减速机中的重要部件,其几何精度直接影响产品的性能。由于国内各生产厂家在生产中只限于对齿轮上的特殊点进行检测,难以准确反映整个齿轮的误差情况。利用三坐标测量机测量摆线齿轮,由于其测量成本高,测量效率低,也未能获得广泛应用。本文以极坐标测量原理为理论基础,采用极坐标径向跟踪测量技术,设计了基于DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列器件)的数据采集、控制系统的摆线齿轮测量仪,可以对摆线齿轮的齿廓进行连续自动跟踪测量,以实现对摆线齿轮误差的测量和综合评定。本文的研究内容主要包括:1介绍摆线齿轮的测量现状和摆线齿轮的形成原理,提出基于DSP和FPGA控制系统的摆线齿轮极坐标跟踪测量方法,详细介绍了跟踪测量的总体方案,该方法可以有效的减少测球的磨损。推导了测球与齿面接触点的极径和极角关系方程。对摆线齿轮齿形偏差的求法,以及消除测球半径对测量的影响进行了一定的分析。2设计基于DSP和FPGA的摆线齿轮测量仪的数据采集、控制系统,完成硬件电路设计和软件编程,实现摆线齿轮测量仪的跟踪测量。3利用双频激光测量仪对测量系统进行调整,通过实验采集相应的数据。根据数学模型,确定了起测点与理想齿根点的相对位置,用C语言编写相应的数据处理程序,求出实际测量点的坐标,进而求出摆线齿轮的各项误差。4分别利用回归分析的方法和傅里叶变换的方法求出摆线齿轮修形量的实际作用值,分析两种方法的计算结果,提出采用傅里叶变换的方法求解修形量实际作用值具有一定的优越性。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 引言  9
  1.2 摆线齿轮测量技术的现状  9-12
    1.2.1 特殊点测量法  10
    1.2.2 全齿廓测量法  10-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
第二章极坐标测量系统简介  13-23
  2.1 理论短幅外摆线及其等距曲线的极坐标方程  13-16
  2.2 总体测量方案  16-18
  2.3 起始测量点的确定  18-19
  2.4 采样点的确定  19-22
    2.4.1 采样方式的确定  19-20
    2.4.2 起测点与理想齿根点相对位置的确定  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章硬件电路设计  23-36
  3.1 DSP 芯片的选型  23-26
    3.1.1 电源设计  24-25
    3.1.2 JTAG 接口  25-26
    3.1.3 DSP 晶振及复位电路的设计  26
  3.2 可编程逻辑器件简介  26-29
    3.2.1 可编程逻辑器件  27-28
    3.2.2 FPGA 晶振电路的设计  28
    3.2.3 FPGA 配置接口电路  28-29
  3.3 伺服电机控制电路的设计  29-30
  3.4 光栅信号采集电路的设计  30-31
  3.5 A/D 转换器接口模块  31-32
  3.6 数据通讯电路的设计  32-34
  3.7 保护电路的设计  34-35
  3.8 本章小结  35-36
第四章数据采集系统的软件设计  36-47
  4.1 DSP 开发环境CCS 简介  36
  4.2 DSP 发脉冲程序的实现  36-38
  4.3 FPGA 开发环境及开发语言的介绍  38-39
    4.3.1 Quartus II 概述  38
    4.3.2 Verilog 语言简介  38-39
  4.4 FPGA 程序的实现  39-44
    4.4.1 光栅信号的四细分可逆计数  39-42
    4.4.2 采样信号的产生  42-43
    4.4.3 信号锁存处理  43
    4.4.4 数据选通模块  43-44
  4.5 两轴联动功能的实现  44-45
  4.6 软件程序流程图  45-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章数据处理与分析  47-58
  5.1 摆线齿轮误差的计算方法  47-50
    5.1.1 误差定义  47-48
    5.1.2 法向误差和圆周向误差的计算  48-49
    5.1.3 齿距偏差计算  49-50
  5.2 数据处理流程图  50-51
  5.3 实验步骤与结果  51-54
    5.3.1 齿廓总偏差  52
    5.3.2 齿距偏差  52-54
      5.3.2.1 拉格朗日插值法求平均圆与齿廓交点的极径值  53
      5.3.2.2 齿距偏差的计算  53-54
  5.4 误差分析  54-57
    5.4.1 直线电机误差分析  54-55
    5.4.2 径向运动与转台回转中心的调整  55-56
    5.4.3 电感测微仪的误差分析  56-57
    5.4.4 其他误差  57
  5.5 本章小结  57-58
第六章摆线齿轮修形量的求解  58-65
  6.1 摆线齿轮的修形方法  58-60
    6.1.1 △r_p 的误差传递公式  59-60
    6.1.2 △r_(rp) 的误差传递公式  60
  6.2 摆线齿轮修形量的求解  60-64
    6.2.1 回归方法求修形量实际作用值  60-61
    6.2.2 傅立叶变换法求修形量实际作用值  61-63
    6.2.3 修形量实际作用值的求解  63-64
  6.3 本章小结  64-65
第七章全文总结与工作展望  65-67
  7.1 本课题的主要工作总结  65-66
  7.2 工作展望  66-67
参考文献  67-70
发表论文和科研情况说明  70-71
附录  71-81
致谢  81

摆线齿轮极坐标跟踪测量技术的研究

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