曲軸軸頸圓度自動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙]

1、<p>　　曲軸軸頸圓度自動(dòng)檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 生：李光芒</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：周光永</b></p><p>　?。ê限r(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院 長(zhǎng)沙 410128）</p><p>　　摘 要：本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用在線檢測(cè)原理使用傳感器同時(shí)測(cè)量曲軸主軸頸的圓度誤差。

2、曲軸圓度誤差是形位誤差中必不可少的一個(gè)測(cè)量方面，它直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)性能。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)形位誤差測(cè)試的要求不斷提高，一些原有的測(cè)試手段已不能滿(mǎn)足產(chǎn)品的需要。基于這種情況下，本次設(shè)計(jì)采用頂尖定位，三爪卡盤(pán)夾緊，用傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、微機(jī)處理,最后得到精確圓度誤差。</p><p>　　關(guān)鍵詞：曲軸；誤差；測(cè)量；數(shù)據(jù)；傳感器</p><p>　　T

3、he Desing of Automatic Detector for Roundness of Crankshaft Spindle</p><p>　　Author.Li Guangmang</p><p>　　Tutor.Zhou Guangyong</p><p>　　(Oriental Science ＆Technology College of Huna

4、n Agricultural University, Changsha 410128)</p><p>　　Abstract：This design mainly utilization online examination principle uses sensors simultaneously to survey the crank main journal's roundness errors.

5、The mian journal's roundness error is in the shape position error of the essential survey aspect, its immediate influence engine's each performance. With the science and technology developed, produces the scene t

6、he request which tests to the shape position error to continuously improve , some original test method has not been able to satisfy the ne</p><p>　　Key words: Crank axle; Error; Survey; Data; Sensor</p>

7、;<p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………1</p><p>　　關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1</p><p>　　1 前言………………………………………………………………………………2</p>

8、<p>　　2 在線檢測(cè)的定義及意義………………………………………………………………3</p><p>　　3 形位誤差檢測(cè) …………………………………………………………………………4 3.1 形位公差以及圓度的定義…………………………………………………………4</p><p>　　3.2 形位誤差檢測(cè)的特點(diǎn)……………………………………………………4</p

9、><p>　　3.3 形位誤差檢測(cè)的基本原則 ………………………………………………………4</p><p>　　4 圓度誤差的評(píng)定………………………………………………………………………5</p><p>　　4.1 圓度誤差的評(píng)定方法及比較……………………………………………………5</p><p>　　4.2 最小二乘法評(píng)定圓度…………………

10、…………………………………6</p><p>　　4.3 原始數(shù)據(jù)的處理……………………………………………………………7</p><p>　　5 方案評(píng)定………………………………………………………………………………9</p><p>　　5.1 測(cè)量原理……………………………………………………………………9 5.2 方案論證……………………………………………

11、………………………10</p><p>　　6自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)………………………………………………………11 6.1 傳感器的分類(lèi)及選擇…………………………………………………………12 </p><p>　　6.2濾波器的選擇…………………………………………………………12</p><p>　　6.3 位置檢測(cè)元件的設(shè)計(jì)……………………………

12、………………………………13</p><p>　　6.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇………………………………………………………………14</p><p>　　6.5 驅(qū)動(dòng)部分………………………………………………………………………15</p><p>　　7機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………15</p><p>　　

13、7.1 聯(lián)軸器的選用……………………………………………………………………15</p><p>　　7.2軸承的選擇………………………………………………………………16</p><p>　　7.3 絲桿的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………16</p><p>　　7.4 定位夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………18

14、 7.5 測(cè)桿的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………19</p><p>　　7.6 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………19</p><p>　　8 程序處理的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………20</p><p>　　9測(cè)量精度分析………………………………………………………………………

15、22</p><p>　　10結(jié)束語(yǔ)………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………22</p><p>　　致謝 ………………………………………………………………………………………23</p><p>　　附錄 …………………………………

16、…………………………………………………24</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　曲軸是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件．其精度直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。目前國(guó)產(chǎn)曲軸磨床加工的曲軸連桿軸頸所能達(dá)到的圓度約為0．01ram，而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿軸頸圓度要求約為0．O05mm。如果單純提高曲軸磨床的精度．將使機(jī)床成本成倍增加。若在現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)曲軸磨床

17、上加入圓度誤差臨床測(cè)量和補(bǔ)償控制裝置，既可以使國(guó)產(chǎn)曲軸磨床加工的圓度誤差滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又可以為國(guó)家節(jié)省大量的外匯．經(jīng)濟(jì)效益顯著[1]。</p><p>　　曲軸的材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個(gè)重要部位：主軸頸，連桿頸，（還有其他）。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸的潤(rùn)滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑．這個(gè)一般都是壓力潤(rùn)

18、滑的，曲軸中間會(huì)有油道和各個(gè)軸瓦相通，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后靠機(jī)油泵提供壓力供油進(jìn)行潤(rùn)滑、降溫。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是，活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)系統(tǒng)的源動(dòng)力[2]。</p><p>　　舊式圓度測(cè)量?jī)x的數(shù)據(jù)處理方法是：記錄儀將軸類(lèi)零件的實(shí)際外圓輪廓線記錄在紙上。然后用刻有多個(gè)同心圓的有機(jī)玻璃塊覆蓋在記錄紙上相對(duì)滑

19、動(dòng)，找出包羅圖形的最小同心圓環(huán)帶，來(lái)評(píng)定工件的最大圓度，這樣測(cè)量得到的結(jié)果，因人而異，誤差很大。接著出現(xiàn)的測(cè)量?jī)x以解決前者弊端為目的，該儀器測(cè)量的原理是：將工件安放在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上，一位移傳感器的測(cè)端與被測(cè)輪廓接觸，在轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，傳感器測(cè)端的徑向變化莫測(cè)與被測(cè)輪廓相當(dāng)，次信號(hào)通過(guò)放大、檢波、濾波后驅(qū)動(dòng)記錄器表頭，用電敏方式將輪廓的徑向變化記錄在與轉(zhuǎn)臺(tái)同步轉(zhuǎn)動(dòng)的記錄紙上，然后由測(cè)量人員借助一同心圓透明樣板，按GB1183----8

20、0規(guī)定，人員評(píng)定被測(cè)工件的圓度和偏心值。該儀器的電器元件，性能和質(zhì)量均不理想，另外人工評(píng)定方式也會(huì)造成很大的人為誤差?？傊@種方法存在兩方面的不足：一是測(cè)量誤差大、精度低、人工畫(huà)圖時(shí)要產(chǎn)生誤差；二是勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。由于測(cè)量數(shù)據(jù)必須記錄在表格中，再進(jìn)行人工繪圖，造成工作量大，耗費(fèi)時(shí)間[3]。</p><p>　　計(jì)算機(jī)控制的圓度測(cè)量?jī)x是用計(jì)算機(jī)軟件取代了傳動(dòng)儀器中的部分電器元件，用計(jì)算機(jī)代替人工進(jìn)行評(píng)定。使儀

21、器的測(cè)量精度得到提高。用計(jì)算機(jī)來(lái)控制圓度測(cè)量，使測(cè)量技術(shù)有了很大的發(fā)展，大量的圓度測(cè)量裝置涌現(xiàn)，但在傳統(tǒng)上，圓度測(cè)量裝置是一個(gè)其運(yùn)動(dòng)精度超過(guò)實(shí)施圓度測(cè)量精度的旋轉(zhuǎn)機(jī)械為基礎(chǔ)，假定運(yùn)動(dòng)誤差特別小，測(cè)量工件表面的位移傳感器讀數(shù)直接用來(lái)處理工件的圓度誤差[4]。</p><p>　　本檢測(cè)系統(tǒng)是采用三爪卡盤(pán)夾緊，利用頂尖定位，用傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、微機(jī)處理,最后得到精確圓度誤差。經(jīng)過(guò)大量的搜集

22、資料和整理，本檢測(cè)方案達(dá)到要求的精度。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的圓度測(cè)量?jī)x是一種精度高、功能多、性能穩(wěn)定、測(cè)量數(shù)度快、操作簡(jiǎn)單和使用方便的圓度誤差測(cè)量系統(tǒng)。</p><p>　　2 在線檢測(cè)的定義及意義</p><p>　　在線檢測(cè)系統(tǒng)，從狹義上來(lái)說(shuō)，是指在機(jī)械加工生產(chǎn)線上，加入某環(huán)節(jié)，以便對(duì)加工中的某些參數(shù)或工況進(jìn)行檢測(cè)。在線檢測(cè)包括檢測(cè)與控制，也就是說(shuō)在生

23、產(chǎn)線上應(yīng)用各種傳感器，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的某些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將分析處理測(cè)量結(jié)果所獲得的信息，與預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)誤差信號(hào)作出工藝決策（如報(bào)警、停車(chē)、反饋調(diào)節(jié)等）。以保證產(chǎn)品的質(zhì)量或使生產(chǎn)處于最佳狀態(tài)下進(jìn)行。</p><p>　　在機(jī)械工業(yè)中，已逐步廣泛應(yīng)用在線檢測(cè)這個(gè)詞來(lái)表達(dá)機(jī)械加工過(guò)程中對(duì)幾何量、機(jī)械量的檢測(cè)。對(duì)于復(fù)雜零件還有形狀和位置公差的要求，這是保證高質(zhì)量的機(jī)械制造產(chǎn)品所必需的。在機(jī)械生產(chǎn)加工線

24、上對(duì)零件的形位誤差進(jìn)行檢測(cè)，必須設(shè)立檢測(cè)工位。所以說(shuō)，自動(dòng)檢測(cè)裝置——自動(dòng)線上的形位檢測(cè)工位，是自動(dòng)生產(chǎn)線上不可缺少的組成部分。</p><p>　　在機(jī)械制造行業(yè)中，應(yīng)用在線檢測(cè)技術(shù)，會(huì)使社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益增加，主要體現(xiàn)在：</p><p>　　1）保證產(chǎn)品的質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量是生產(chǎn)者與用戶(hù)共同關(guān)心的首要問(wèn)題。根據(jù)1993年統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明：我國(guó)目前每年生產(chǎn)中廢次品率高達(dá)5%－10%，如果廢次品率下降

25、1%，即可為國(guó)家減少幾十億的損失。而在線檢測(cè)可在生產(chǎn)線上監(jiān)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)，把廢品消滅在萌芽狀態(tài)。在理想狀態(tài)下，可以保證合格品率達(dá)到100%。</p><p>　　2）節(jié)約和降低成本，減少?gòu)U品，減少材料消耗，減少次品返修率，都可以節(jié)省</p><p>　　材料、能源，降低了成本。</p><p>　　3）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于采用在線檢測(cè)，

26、可減少停機(jī)和</p><p>　　設(shè)備的調(diào)整時(shí)間，減少檢測(cè)人員數(shù)量，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在生產(chǎn)環(huán)境惡劣的地方，在產(chǎn)品數(shù)量大的地方，應(yīng)用在線檢測(cè)可以大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p><b>　　3 形位誤差檢測(cè)</b></p><p>　　3.1 形位公差以及圓度的定義</p><p>　　形狀公差是指單一實(shí)際

27、要素的形狀所允許的變動(dòng)全量。</p><p>　　形狀公差用形狀公差帶表達(dá)。形狀公差琮是限制實(shí)際要素變動(dòng)的區(qū)域，零件實(shí)際要素在該區(qū)域?yàn)楹细?。形狀公差帶包括公差帶形狀、方向、位置、和大小等四個(gè)因素。</p><p>　　其公差值用公差帶的寬度或直徑來(lái)表示，而公差帶的形狀、方向、位置、和大小則要隨要素的幾何特征及功能要求而定。</p><p><b>　　圓度

28、的定義</b></p><p>　　圓度公差帶是垂直于軸線的任意正截面上半徑為公差值t的兩同心圓之間的區(qū)域</p><p><b>　?。ㄈ鐖D1）</b></p><p><b>　　圖1 圓度</b></p><p>　　Figure 1 Roundness</p>

29、<p>　　3.2 形位誤差檢測(cè)的特點(diǎn)</p><p>　　第一個(gè)特點(diǎn)是加工后測(cè)量。形位誤差涉及到某方面的全部尺寸，所以只能在加工完了后進(jìn)行測(cè)量。例如，在機(jī)床上加工圓柱體，其圓度誤差與每個(gè)截面上的直徑尺寸有關(guān)，所以，其圓度誤差只有在加工完了后才能被測(cè)量出來(lái)。</p><p>　　第二個(gè)特點(diǎn)是多尺寸測(cè)量。由于五花八門(mén)誤差涉及某方面的全部尺寸，為了獲得全部或較多的尺寸信息，可用少傳

30、感器的掃描測(cè)量或多傳感器的測(cè)量，傳感器數(shù)量越多，獲得的信息越多，測(cè)量準(zhǔn)確越高，否則相反。</p><p>　　第三個(gè)特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理。由于形位識(shí)差涉及到某方面的全部尺寸，當(dāng)獲得信息后，還要經(jīng)過(guò)運(yùn)算后才能求出形位誤差，也就是說(shuō)，形位誤差不能直接測(cè)量出來(lái)。</p><p>　　3.3 形位誤差檢測(cè)的基本原則</p><p>　　檢測(cè)誤差的具體方法，隨檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)、精度

31、要求以及設(shè)備條件不同，可以采用多種方法。只要能夠保證一定的測(cè)量精度，又符合經(jīng)濟(jì)原則，就是一個(gè)合理的方案。按國(guó)標(biāo)，將常用儀表顯示的各種檢測(cè)方法概括為以下幾種檢測(cè)原則。</p><p>　　檢測(cè)原則一：與理想要素比較原則。</p><p>　　該原則是將被實(shí)際要素與理想要素直接進(jìn)行比較，得到一系列數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)評(píng)定形位誤差。</p><p>　　檢測(cè)原則二：測(cè)量坐

32、標(biāo)原則。</p><p>　　該原則是指被測(cè)要素的測(cè)得數(shù)據(jù)為相對(duì)于某種坐標(biāo)而言的坐標(biāo)值，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)處理后獲得形位誤差的一種原則。</p><p>　　檢測(cè)原則三：測(cè)量特征參數(shù)原則。</p><p>　　特征參數(shù)是指表征被測(cè)要素形位誤差的某種具有代表性的參數(shù)。用特征參數(shù)來(lái)表征形位誤差，可使測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)化，從而提高測(cè)量效率，有較好的經(jīng)濟(jì)效果。</p

33、><p>　　檢測(cè)原則四：測(cè)量跳動(dòng)原則。</p><p>　　該原則是在被測(cè)要素繞基準(zhǔn)軸線回轉(zhuǎn)過(guò)程中，相對(duì)于某參考點(diǎn)或線的變化情況來(lái)表示跳動(dòng)值的一種原則。</p><p>　　檢測(cè)原則五：控制實(shí)效邊界原則。</p><p>　　圖樣上按最大實(shí)體狀態(tài)給出形位公差時(shí)，通常用綜合量規(guī)來(lái)檢驗(yàn)被測(cè)要素。檢測(cè)原則五即用綜合量規(guī)檢測(cè)的原則。</p>

34、<p>　　4 圓度誤差的評(píng)定</p><p>　　4.1 圓度誤差的評(píng)定方法及比較</p><p>　　測(cè)量曲軸輪廓是評(píng)定圓度誤差的依據(jù)，對(duì)于同以測(cè)量輪廓來(lái)說(shuō)，選取不同的圓度評(píng)定中心，將會(huì)得到不同的半徑差值，即不同的圓度誤差值，圓度誤差的評(píng)定方法有最小外接圓法（MCC）、最大內(nèi)切圓法（MLC）、最小包容區(qū)域法（MZC）以及最小二乘圓法（LSC）最小區(qū)域中心是包容同一測(cè)量

35、輪廓且半徑差為最小的兩個(gè)同心圓的圓心，其半徑差即為圓度誤差，這就是最小條件原則評(píng)定的方法以。下面介紹兩種常用的評(píng)定方法，從中選出適合于評(píng)定曲軸圓度的評(píng)定方法。</p><p><b>　　1）單純形法</b></p><p>　　單純形法試圖從其它方法得到的結(jié)果作初始值來(lái)搜索最小圓度值。但除非在很多方向上進(jìn)行交替搜索后得到證實(shí)，否則就很難說(shuō)，這樣得來(lái)的值是不是真實(shí)的最

36、小值。</p><p><b>　　2）最小二乘法</b></p><p>　　最小二乘法已是眾所周知并應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在此情況下，在忽略二次項(xiàng)使方程線性化時(shí)，可獲得簡(jiǎn)單最小二乘圖。這在很多場(chǎng)合是適用的。</p><p><b>　　3）直覺(jué)法</b></p><p>　　當(dāng)數(shù)據(jù)為均布時(shí)，直覺(jué)法是簡(jiǎn)

37、便的。和最小二乘法相比，這種方法亦同樣有效。</p><p>　　4）圓的一般二次方程式法</p><p>　　在圓的一般二次方程的解法中，擴(kuò)展了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。它考慮到由橢圓的特性而來(lái)的偏差平方和并使之最小。與最小二乘法不同，這里并未忽略二次項(xiàng) 但擴(kuò)展了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。這樣方法亦與最小二乘法一樣有效。</p><p><b>　　5）最佳橢圓逼近法</

38、b></p><p>　　在最佳橢圓逼近法中確定了最佳逼近橢圓中心并以這個(gè)中心確定圓度。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于給出了誤差最大的方向(橢圓的長(zhǎng)軸方向)。</p><p>　　綜上所述，應(yīng)該注意 使用所提及的任一種方法皆不會(huì)失去太多的精度?？墒?，為要確定最小半徑差的中心，就需要在各不同方向用單純形法搜索。</p><p>　　4.2 最小二乘法評(píng)定圓度</p&

39、gt;<p>　　最小二乘圓是一個(gè)穿過(guò)實(shí)際被測(cè)輪廓的圓，它是一個(gè)理想化的圓，它所處的位置使實(shí)際被測(cè)輪廓上各測(cè)點(diǎn)至它的距離的平方之和為最小。其圓心稱(chēng)為最小二乘圓圓心。以中心為基準(zhǔn)，畫(huà)出包容圓圖形的兩個(gè)同心圓，以半徑差作為圓度誤差，從誤差理論上來(lái)看，以最小二乘圓作為評(píng)定基準(zhǔn)是最合理的，其特點(diǎn)是圓度誤差的數(shù)值和中心位置均是唯一的，評(píng)定結(jié)果不易受到個(gè)別大誤差的影響，能反映出整個(gè)實(shí)際輪廓的情況。并作為圓度細(xì)化項(xiàng)目的基礎(chǔ)</p&

40、gt;<p>　　測(cè)量中心O為測(cè)量實(shí)際被測(cè)輪廓時(shí)所采用的坐標(biāo)系的，令最小二乘圓圓心的直角坐標(biāo)為G（a，b）,按直角坐標(biāo)系獲得實(shí)際被測(cè)輪廓上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)為Pi(xi,yi),按極坐標(biāo)系獲得實(shí)際被測(cè)輪廓上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)為,則最小二乘圓圓心的坐標(biāo)值a和b按下式計(jì)算: </p><p>　　式中 n——測(cè)點(diǎn)數(shù)目</p><p>　　最小二乘圓的半徑R按下式計(jì)算：</p&

41、gt;<p><b>　　（1）</b></p><p>　　取最大二乘圓圓心至實(shí)際被測(cè)輪廓的最大距離與最小距離之差作為圓度誤差值，即。</p><p>　　因?yàn)橛米钚《朔ㄔu(píng)定圓度誤差時(shí)，評(píng)定時(shí)的數(shù)值和中心位置均是唯一的，評(píng)定結(jié)果不易受到個(gè)別誤差的影響，能反映出整個(gè)實(shí)際輪廓的情況。所以曲軸主軸圓度的誤差評(píng)定方法選用最小二乘法來(lái)評(píng)定。</p>

42、<p><b>　　圖2 最小二乘圓</b></p><p>　　Figure2 Least square circle</p><p>　　4.3 原始數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　因一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件，其橫截面輪廓是否為一正圓，需要與理想圓進(jìn)行比較后，才能得正確結(jié)論。又根據(jù)上述論證選取最小二乘法來(lái)評(píng)定。如果一條圓周線把在一圓

43、形工件所采集的n個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣的數(shù)據(jù)擬合起來(lái)，使得這些點(diǎn)到圓周曲線上的距離的平方和為最小，這個(gè)圓就是最小二乘圓，如圖所示。已知O點(diǎn)是傳感器掃描機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)中心；a、b分別是理想圓的圓心橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)；e是圓心至回轉(zhuǎn)中心的距離。以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，等間隔地圓周n等分，測(cè)得極坐標(biāo)為（），其中i＝1,2,3…，n,由圖</p><p>　?。?）可知，，其中為測(cè)量點(diǎn)至理想圓的偏差。</p><p>&l

44、t;b>　　圖3 坐標(biāo)圖</b></p><p>　　Figurre 3 Coordinates map</p><p>　　最小二乘法的原理可寫(xiě)為</p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　為使輪廓圓與理想圓之間的面積最小，應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p>

45、<b>　?。?）</b></p><p><b>　　由上圖可知：</b></p><p>　　a是線段e與水平方向的夾角，由于e<<R,則上式可以簡(jiǎn)化為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　設(shè)</b>&

46、lt;/p><p><b>　　由極值條件可知：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（7）</b></p><p>　　由上式（4）可解得：<

47、;/p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　由上式（5）可解得：</p><p>　　因?yàn)?</p><p>　　所以 （9）</p><p>　　令偏心e在x軸的的投影為a，在y軸投影為b，則a=ecos

48、a,b=esina,求解式③得</p><p><b>　　（10）</b></p><p>　　對(duì)式（7）和式（9）以求和代替積分得：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　式中，R為最小二乘圓半徑；a、b為最小二乘圓圓心坐標(biāo)。</p><p>

49、　　由被測(cè)工件圓輪廓圓心角的大小確定</p><p>　　由以上可得到圓度誤差為：</p><p><b>　　5 方案評(píng)定</b></p><p><b>　　5.1 測(cè)量原理</b></p><p>　　傳感器和測(cè)量頭固定不動(dòng)，把要測(cè)曲軸安放在回轉(zhuǎn)主軸上或者回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上，在轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下隨轉(zhuǎn)臺(tái)一

50、起轉(zhuǎn)動(dòng)，安放在轉(zhuǎn)臺(tái)上面的陪測(cè)圓光柵盤(pán)隨轉(zhuǎn)臺(tái)同步轉(zhuǎn)動(dòng)隨工作臺(tái)一起回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生脈沖，使安放在主軸上面的電感式傳感器進(jìn)行測(cè)量，核心部分是信號(hào)拾取，也就是利用傳感器來(lái)檢測(cè)被測(cè)工該儀器的檢測(cè)原理，將被測(cè)工件放置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工件輪廓的變化并換成電信號(hào)，再將此電信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，最后輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，然后利用相應(yīng)的圓度評(píng)定方法就可以得到比較精確的圓度誤差。</p><p><b>　　5.2 方案論證</

51、b></p><p>　　測(cè)量參數(shù)：主軸軸頸：直徑40mm；主軸軸頸7個(gè)；曲軸總長(zhǎng)：900mm</p><p>　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)：零件重量：40kg</p><p><b>　　1）方案一：</b></p><p>　　采用轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)曲軸的方法，采用七個(gè)傳感器同時(shí)對(duì)曲軸七處主軸頸進(jìn)行測(cè)量當(dāng)工件隨轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)一周時(shí)，傳

52、感器可測(cè)得測(cè)頭所在工件截面各點(diǎn)的測(cè)值，各點(diǎn)的測(cè)值經(jīng)過(guò)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，最后由微機(jī)進(jìn)行處理，利用相應(yīng)的圓度誤差評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，得到圓度誤差值。</p><p>　　該方案在設(shè)計(jì)時(shí)思想清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量效率比較高，采用頂尖定位，三爪卡盤(pán)夾緊的方法，因?yàn)槿ūP(pán)有自動(dòng)找心的作用，只要保證三爪卡盤(pán)中心和頂尖的同軸度，能很好地進(jìn)行測(cè)量。并且由于曲軸比較長(zhǎng)(900mm)，重量為40kg，另外還有很多連桿軸頸，用這種

53、方案能保證很好的旋轉(zhuǎn)精度和力矩。并且這種方案成本比較低，工件裝卸簡(jiǎn)單方便，能適合多種工件的圓度測(cè)定，使用范圍比較廣，測(cè)量所得的精度比較高。</p><p><b>　　2）方案二：</b></p><p>　　采用雙頂尖定位，用雞心夾頭夾緊，也采用七傳感器同時(shí)對(duì)曲軸七處主軸頸進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)工件隨轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)一周時(shí)，傳感器可測(cè)得測(cè)頭所在工件截面各點(diǎn)的測(cè)量值，各點(diǎn)的測(cè)量值經(jīng)過(guò)放

54、大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，最后由微機(jī)進(jìn)行處理，利用相應(yīng)的圓度誤差評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，得到圓度誤差值。‘</p><p>　　方案二設(shè)計(jì)比起方案一，在工件的裝夾和定位上面都有很大的不同。雖然雙頂尖定位時(shí)，由于兩端都是錐面定位，其定位準(zhǔn)確度比較高，多次裝卸和掉頭，曲軸的軸線也始終是兩端錐孔的中心連線。其回轉(zhuǎn)精度有了改善，但是由于工件比較重，使用雞心夾頭不能很好的保證回轉(zhuǎn)精度，并且不能提供足夠的力矩，致使測(cè)量精度不能得到很好

55、的保證。</p><p>　　所以在該設(shè)計(jì)中采用方案一。</p><p>　　6 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)采用了以微型計(jì)算機(jī)核心測(cè)量系統(tǒng)，位移測(cè)量用位移傳感 ，被測(cè)工件同軸安裝，測(cè)頭與位移傳感器安裝在可升降調(diào)整的絲桿上，在徑向測(cè)量力的作用下與被測(cè)工件保特接觸，兩路信號(hào)經(jīng)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換送進(jìn)微型計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由軟件程序處理計(jì)算得到各項(xiàng)誤差

56、。其總體設(shè)計(jì)方案示意圖如下圖4所示。</p><p>　　在儀器工作時(shí)，放置在工作臺(tái)上的陪測(cè)光柵盤(pán)隨儀器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，陪測(cè)光柵盤(pán)和基準(zhǔn)光柵盤(pán)每轉(zhuǎn)過(guò)一條柵線，它們各自都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完整的正弦（余弦）信號(hào)，經(jīng)過(guò)差</p><p>　　分、放大、調(diào)整、進(jìn)入計(jì)算機(jī)細(xì)分、計(jì)數(shù)系統(tǒng)。當(dāng)陪測(cè)盤(pán)計(jì)數(shù)系統(tǒng)計(jì)到給定的值時(shí)，就會(huì)發(fā)出一個(gè)采拌脈沖允許A/D采集器采集基準(zhǔn)光柵信號(hào)的當(dāng)前值，并將所采集的值轉(zhuǎn)換成角度值，并給

57、位移傳感器一個(gè)脈沖，使位移傳感器采樣，允許A/D采集器采集基準(zhǔn)光柵信號(hào)的當(dāng)前值，并將所采集的值轉(zhuǎn)換成角度值，對(duì)以上采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行微機(jī)處理，得到最終的圓度誤差，方案如圖5所示。</p><p><b>　　圖4 系統(tǒng)示意圖</b></p><p>　　Figurre 4 System schematic drawing</p><p>　　

58、圖5 數(shù)據(jù)采集方案</p><p>　　Figure 5 Data acquisition program</p><p>　　6.1 傳感器的分類(lèi)及選擇</p><p>　　傳感器有兩種常用分類(lèi)方法：第一種是按工作原理分類(lèi)，如應(yīng)變式，壓阻式，壓電式，光電式等；第二種是按被測(cè)量分類(lèi)，如力，位移，速度，加速度等。這兩種分類(lèi)方法有共同的缺點(diǎn)，都只強(qiáng)調(diào)一個(gè)方面，所以

59、在許多情況下往往將上述兩種分類(lèi)方法綜合使用，如：應(yīng)變式壓力傳感器，壓電式加速度傳感器等。</p><p>　　圓度誤差測(cè)量的傳感器有很多種，如電容式傳感器、渦流式傳感器、電感式傳感器等。本文選用的是電感式傳感器，它是將被測(cè)部件幾何尺寸的微小變化轉(zhuǎn)換為線圈的電感變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。它具有精度高、工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。</p><p>　　信號(hào)的拾取和放大主要由測(cè)量傳感器、測(cè)量放大器構(gòu)成，用于

60、圓度度公差測(cè)量信號(hào)的拾取和放大。檢測(cè)工作臺(tái)上的電感傳感器與工件表面輪廓相接觸。將其徑向位移信號(hào)轉(zhuǎn)拘成高頻調(diào)制信號(hào)，輸入到信號(hào)采集和控制卡中，然后經(jīng)過(guò)倍率選擇、放大濾波、調(diào)制電路和A/D轉(zhuǎn)換電路完成信號(hào)的前端處理和轉(zhuǎn)換。</p><p>　　經(jīng)過(guò)比較，選用變圓柱截面積型差動(dòng)電傳感器DGC－6PG/A型杠桿式旁向測(cè)頭</p><p>　　種差動(dòng)電感傳感器具有精度高、線型范圍大、穩(wěn)定性好和能夠準(zhǔn)

61、確出微小尺寸的特點(diǎn)。</p><p>　　由電感傳感器獲得的信息，通過(guò)測(cè)量線路變化-5－+5V模擬量，再經(jīng)A/D卡送入計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　采樣邏輯控制由位置檢測(cè)、電平轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸出輸入構(gòu)成，用于曲軸的圓度誤差信號(hào)的等間隔采樣點(diǎn)的同步等。轉(zhuǎn)換部分和邏輯控制部分一起實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差信號(hào)的采集，通過(guò)采樣邏輯控制功能的組合和變化，可實(shí)現(xiàn)被測(cè)曲軸圓度誤差信號(hào)的在線或離線測(cè)量。</

62、p><p>　　6.2 濾波器的選擇</p><p>　　我們知道，濾波器對(duì)圓度輪廓的影響是用每轉(zhuǎn)等間隔波紋數(shù)（OPR）為單位來(lái)定義的，在灰頂?shù)臑V波器截止值內(nèi)，濾波器對(duì)圓度輪廓只有很小的影響或無(wú)影響，它在測(cè)量中是當(dāng)零件表面存在靠得很近的幅度波紋而掩蓋表面輪廓特征時(shí)，濾波器是揭示工件幾何輪廓的輔助工具，或在一定條件下揭示較大間隔幅度的存在，使測(cè)量結(jié)果真正反映零件的實(shí)際表面。</p>

63、<p>　　如何根據(jù)零件表面加工情況來(lái)選擇濾波器小波段才能使測(cè)量誤差最小，本文根據(jù)已知結(jié)論進(jìn)行引用。</p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　其中D是被測(cè)工件的直徑工件的直徑，0.8是被測(cè)量工件測(cè)量面的加工方法所選用的切除波長(zhǎng)值地，大多數(shù)精密切削加工表面采用0.8.</p><p><b>　　

64、表本設(shè)計(jì)中D＝40</b></p><p>　　所以由上述公式可計(jì)算得到</p><p><b>　　=157</b></p><p>　　OPR＝157接近1500PR，所以該裝置中的濾波器選用1——150OPR檔。</p><p>　　6.3 位置檢測(cè)元件的設(shè)計(jì)</p><p>

65、　　在本檢測(cè)系統(tǒng)上使用圓光柵作為位置檢測(cè)裝置。它是將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。</p><p>　　光柵是由標(biāo)尺光柵和光學(xué)讀數(shù)頭兩部分組成。長(zhǎng)光柵的標(biāo)尺光柵固定在工作臺(tái)上，光柵讀數(shù)頭裝在工作臺(tái)座上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及兩者之間的間隙要嚴(yán)格控制，一般控制在0.005到0.1mm之間。當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對(duì)于標(biāo)尺光柵移動(dòng)時(shí)，指示光柵便在標(biāo)尺光柵上相對(duì)移

66、動(dòng)。</p><p>　　圓光柵的標(biāo)尺光柵固定在精密回轉(zhuǎn)軸上，光柵讀數(shù)頭裝在測(cè)頭支座上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。標(biāo)尺光柵和指示光柵的平行度及兩者之間的間隙要嚴(yán)格控制，一般控制在0.005到0.1mm之間。當(dāng)光柵讀數(shù)頭相對(duì)于標(biāo)尺光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，指示光柵便在標(biāo)尺光柵上相對(duì)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　光柵尺是指示尺頭柵和指示光柵，它們是用真空鍍膜的方法刻上均勻密集線紋的長(zhǎng)條形金屬鏡面。光滑的線紋相

67、互平行，線紋之間是相等的，線紋密度為50線/mm。光柵讀數(shù)又叫光電轉(zhuǎn)換器，由電源、透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。它把光柵莫樂(lè)條紋變成電信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)，莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　1）用平行光束照射光柵時(shí)，莫爾條紋有亮帶到暗帶、再由暗帶到亮帶，透過(guò)光的強(qiáng)度分布近似于余弦函數(shù)。</p><p><b>　　2）起放大作用。</b></p&

68、gt;<p>　　3）起平均誤差作用。</p><p>　　4）莫爾條紋的移動(dòng)與柵距之間的移動(dòng)成正比例。</p><p>　　6.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　如果說(shuō)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能影響到虛擬儀器的整體性能，那么A/D轉(zhuǎn)換器的性能就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵了，而A/D的性能集中在采集精度與速度。其設(shè)計(jì)如下：</p><

69、p>　　1) 傳感器輸出的信號(hào)為一正弦波，根據(jù)實(shí)際測(cè)量，信號(hào)周期T＝0.1ms；信號(hào)頻率；f=10000HZ。根據(jù)奈奎斯特理論，只有采樣頻率大于系統(tǒng)信號(hào)最高頻率（包括噪聲信號(hào)）的2倍以上，采樣信號(hào)才能恢復(fù)成原始橫模擬信號(hào)。實(shí)際上，為保證信號(hào)質(zhì)量，選用的采樣頻率經(jīng)常大于采樣定理所指出最小采樣頻率，即fs≥2fmax.但采樣頻率提高以后留給每次進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間也相應(yīng)的縮短了，這就要求轉(zhuǎn)換電路必須具備更快的工作速度。因此不能無(wú)限制的提高采

70、樣頻率，通常取fs=(3—5)×famx。就已滿(mǎn)足要求。就本文而言fmax=10KHz，則取fs=5×famx＝50KHz.</p><p><b>　　2)分辨率的選擇</b></p><p>　　當(dāng)測(cè)頭裝在30mm測(cè)桿上，測(cè)量范圍，測(cè)量精度。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，傳感器最大輸出信號(hào)為71mv即為測(cè)頭最大量位移，則當(dāng)測(cè)頭徑向移動(dòng)，傳感器輸出信號(hào)電壓為u,

71、u=0.028mv即u為傳感器最小輸出信號(hào)，根據(jù)分辨率公式。</p><p>　　分辨率＝測(cè)量電壓滿(mǎn)量程/增益</p><p>　　測(cè)量電壓滿(mǎn)量程式中：n—分辨率為n位取測(cè)量電壓5V取增益為1，則有。</p><p><b>　　分辯率</b></p><p>　　解之 n=18 取增

72、益為70</p><p>　　即把傳感器最大輸出放大到A/D測(cè)量滿(mǎn)量程，則有</p><p><b>　　分辯率＝</b></p><p><b>　　N=12</b></p><p><b>　　6.5 驅(qū)動(dòng)部分</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)

73、需要并參考機(jī)械部分的構(gòu)造，一共選用1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置的動(dòng)作。在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，不僅電機(jī)的轉(zhuǎn)速高低要適中。因此選用型號(hào)為PM42S-0480-SKA9的步進(jìn)電機(jī)。采用平板安裝的方式，這樣能很好的保證力矩的傳遞，它具有一下六個(gè)方面的特點(diǎn)：</p><p>　　1）可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。</p><p>　　2）位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，

74、可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單又具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高精度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3）無(wú)刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。</p><p>　　4）易于起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好。</p><p>　　5）停止時(shí)可有自鎖能力。</p><p>　　6）步距角可在大范圍內(nèi)選擇，在小步距情況下，通?？梢栽诔娃D(zhuǎn)速下

75、高轉(zhuǎn)距穩(wěn)定運(yùn)行，通常可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。</p><p>　　7 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械機(jī)構(gòu)部分的主要任務(wù)是為了固定步進(jìn)電機(jī)、傳感器和被測(cè)工件，并按預(yù)定的要求進(jìn)行進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)掃描、收集信息而設(shè)計(jì)的。</p><p>　　該測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械工作過(guò)程：將曲軸置于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，通過(guò)頂尖定位和三爪卡盤(pán)夾緊，用七個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量七個(gè)主軸頸，并采集所需數(shù)

76、據(jù)后分別送予計(jì)算機(jī)處理。</p><p>　　7.1 聯(lián)軸器的選用</p><p>　　此部分的設(shè)計(jì)包括軸、聯(lián)軸器和電機(jī)的配合設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)本測(cè)量裝置機(jī)械部分所使用的電機(jī)，再由精密回轉(zhuǎn)軸以及電機(jī)軸和曲軸的尺寸，且因?yàn)橥咕壜?lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)速低，無(wú)沖擊，軸的剛度大，對(duì)中性較好時(shí)常采用。故選用剛性聯(lián)軸器。</p

77、><p>　　根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩T及所選的聯(lián)軸器類(lèi)型，按照</p><p>　　T≤[T] （13）</p><p>　　的條件由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中確定該聯(lián)軸器型號(hào)是否達(dá)到要求。[T]為該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　則可知：55BF003反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：T＝0.67×2

78、.3＝1.541N.m≤63， 凸緣聯(lián)軸器達(dá)到要求。</p><p>　　7.2 軸承的選擇</p><p>　　因?yàn)榍S的重量為40Kg，長(zhǎng)為900mm，所以旋轉(zhuǎn)時(shí)所需的力矩很大，因此在連接三爪卡盤(pán)時(shí)的軸須采用軸承以承受徑向載荷及軸向載荷。故此，選擇采用成對(duì)的角接觸軸承以承受徑向載荷和軸向載荷。</p><p>　　7.3 絲桿的設(shè)計(jì)</p>&

79、lt;p>　　絲桿的傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的，它由手柄來(lái)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。</p><p>　　螺桿和螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，螺旋傳動(dòng)的常用運(yùn)動(dòng)形式有兩種，1）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)。2）螺桿傳動(dòng)并移動(dòng)。在本設(shè)計(jì)的裝置中，采用第一種形式，使絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺母上的測(cè)桿移動(dòng)，使傳感器和曲軸有一個(gè)準(zhǔn)確的位置。</p><p&g

80、t;　　滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)和材料：</p><p>　　螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)主要是指螺桿、螺母的固定和支撐的結(jié)構(gòu)形式，螺旋傳動(dòng)的工件剛度與精度和支撐結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系?；瑒?dòng)螺旋在國(guó)內(nèi)的螺紋類(lèi)型有矩形，梯形和鋸齒形。其中以梯形和鋸齒形螺紋應(yīng)用最廣。傳力螺旋和調(diào)整螺旋要求處瑣，所以采用單線螺紋。</p><p><b>　　螺桿和螺母的材料：</b></p><p&

81、gt;　　螺桿材料要是足夠的強(qiáng)度和耐磨性。螺母材料除要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。</p><p>　　對(duì)于螺桿在裝置中的用處，它經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)，選用材料Q235,螺母在整個(gè)裝置中，要求耐磨，強(qiáng)度高，屬于低速傳動(dòng)，采用材料鑄鋁青銅。采用鑄造的方式加工。</p><p>　　螺桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：</p><p>　　滑動(dòng)螺

82、旋工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩以及軸向拉力的作用，同時(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，其失效形式主要是螺紋磨損，因此，滑動(dòng)螺旋的基本尺寸，通常是根據(jù)耐磨條件確定的。</p><p>　　耐磨性計(jì)算：滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作表面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋表面上的壓力，壓力越大，螺旋副之間就會(huì)容易形成過(guò)度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力

83、P，使其小于材料的許用壓力[P]。</p><p>　　由于螺桿螺母的材料分別為Q235和鋁鑄青鋼，滑動(dòng)速度為低速，所以取[P]20MP</p><p>　　值一般取1.2——2.5.對(duì)于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，故取＝1.2,通過(guò)手冊(cè)可知，取F＝3KN</p><p><b>　　則 </

84、b></p><p>　　取 </p><p>　　設(shè)計(jì)螺距p＝5mm 對(duì)于矩形螺紋和梯形螺紋，螺紋工作高度h=0.5 p=2.5</p><p>　　現(xiàn)取 h=3mm</p><p>　　螺母高度 </p>&l

85、t;p>　　對(duì)所設(shè)計(jì)螺紋副進(jìn)行校核</p><p><b>　　（14）</b></p><p><b>　　代入數(shù)值可得</b></p><p>　　螺紋副主要視圖如下（圖6）</p><p><b>　　圖6 絲桿</b></p><p>　

86、　Figure 6 Lead screw</p><p>　　7.4 定位夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在測(cè)量軸類(lèi)零件時(shí)，大多數(shù)采用頂尖定位，把軸架在頂尖上，并用三爪卡盤(pán)夾緊，使工件和主軸一起旋轉(zhuǎn)。 </p><p>　　安裝校正頂尖。頂尖是借尾部錐面與主軸或尾座套筒錐孔的配合而夾緊的，因此，在安裝頂尖時(shí)，必須先擦十凈配合面，然后用力推緊，否則裝不牢或者裝

87、不正，同時(shí)，還須校正頂尖和三爪卡盤(pán)中心的同軸度。如果不重合，必須將尾座體橫向調(diào)節(jié)，使之符合要求，在該設(shè)計(jì)中，對(duì)與曲軸的旋轉(zhuǎn)精度要求很?chē)?yán)格，所以，在測(cè)量前只憑視覺(jué)來(lái)對(duì)準(zhǔn)頂尖是不夠的，還需要邊測(cè)量邊調(diào)整。</p><p>　　由于測(cè)量圓度是在加工完全之后進(jìn)行測(cè)量的，所以要在曲軸的相應(yīng)裝夾處墊上一個(gè)開(kāi)縫的小套或者是包上薄筒皮，以免在測(cè)量裝夾時(shí)夾傷曲軸已加工表面。</p><p>　　在調(diào)節(jié)頂尖和

88、三爪卡盤(pán)中心的同軸度前，松開(kāi)固定螺栓，揮動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘，使頂尖產(chǎn)生移動(dòng)，使兩者的軸線重合為止，然后擰緊固定螺栓。尾座體的橫向調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如下圖所示。</p><p><b>　　圖 7 尾座調(diào)節(jié)</b></p><p>　　Figure 7 Tailstock regulation</p><p><b>　　圖8 測(cè)桿</b&g

89、t;</p><p>　　Figure 8 Measuring bar</p><p>　　7.5 測(cè)桿的設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)桿在整個(gè)裝置中占有很大的一部分，在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，要保證測(cè)頭和被測(cè)主軸頸之間有一個(gè)準(zhǔn)確的位置，這就要求測(cè)桿在橫向和縱向都是可調(diào)的，測(cè)桿的一端通過(guò)螺釘與絲桿上的螺母之間連接，在調(diào)節(jié)測(cè)頭的時(shí)候，松開(kāi)測(cè)桿上面的兩個(gè)螺釘，稍稍敲擊測(cè)頭，在測(cè)

90、頭到達(dá)所要求的準(zhǔn)確位置后，瑣緊螺釘即可，測(cè)桿在測(cè)量時(shí)要常常進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)保證測(cè)量的精度，這就要求測(cè)桿有足夠的耐磨性能，在材料的選擇上，選用量具用鋼，根據(jù)要求，在測(cè)量時(shí)要求精度高，不能因磨損或者尺寸不穩(wěn)定影響測(cè)量精度。對(duì)其材料要求如下：高硬度和高耐磨性。高尺寸穩(wěn)定性，在存放和使用過(guò)程中，尺寸不發(fā)生變化。一般精度要求高的測(cè)量裝置中，選用CrWMn、CrMn、GCrL5等。由于CeWMn鋼耐磨性和尺寸穩(wěn)定性較好，多用于制造高精度塊規(guī)、千分尺等、

91、所以在該設(shè)計(jì)中，選用GCr15鋼來(lái)制造測(cè)桿，如圖8,使其各個(gè)性能都達(dá)到要求。</p><p>　　7.6 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)裝置的性能是有很大的影響的。整個(gè)測(cè)量裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分是許多零散的部件，必須用一個(gè)機(jī)構(gòu)將這些零散的部件整合起來(lái)，使之成為一個(gè)有機(jī)的整體，來(lái)組成圓度測(cè)量的硬件設(shè)施，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，總的設(shè)計(jì)方法是將整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成車(chē)床形式的樣

92、子，最上面是平板，平板上面一端是主軸箱，另一端是尾座，在床身內(nèi)部有絲桿，測(cè)桿通過(guò)絲桿上的螺母進(jìn)行軸向進(jìn)給，在高度的設(shè)計(jì)上，考慮到了測(cè)量人員的習(xí)慣和人性化的測(cè)量，不會(huì)使測(cè)量人員感到疲勞，所以整個(gè)裝置的高度應(yīng)該在一米左右，這樣有利于工件的安裝和拆卸，為了安全起見(jiàn)，導(dǎo)軌一下的部分用金屬殼包起來(lái)，使整個(gè)裝置，從外觀上看很簡(jiǎn)單明了，在測(cè)量時(shí)又不乏有高精度測(cè)量?jī)x器的精度。如圖9所示：</p><p>　　圖9 總體裝配設(shè)計(jì)

93、</p><p>　　Figure 9 General assembly design</p><p>　　8 程序處理的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　用C語(yǔ)言進(jìn)行編程</b></p><p><b>　　Main()</b></p><p><b>　?。?/p>

94、</b></p><p>　　Float i,j,x,r,a,K1,K2,S1,S2,△</p><p>　　Float βj, ri ,Pi，Px, Py</p><p>　　S1=0, S2=0</p><p>　　For (j=0 j<n j++)</p><p>　　K1=rj*double(

95、cosβj)</p><p>　　K2=rj*double(sinβj)</p><p>　　S1=S1 + K1</p><p>　　S2=S2 + K2</p><p>　　A=2/n + S1</p><p>　　B=2/n + S2</p><p>　　For (i=0 i<=n

96、 i++)</p><p>　　Pi=ri-R-A*cosβi-B*cos a</p><p>　　For （x=0 x<=n x++） max=P1</p><p>　　If(Px< ma x)</p><p><b>　　max=Pi</b></p><p>&l

97、t;b>　　Else</b></p><p><b>　　max=P1</b></p><p>　　For (y=0 y<=n y++)</p><p><b>　　min=P1</b></p><p>　　If (Py>min)</p><p

98、><b>　　min=P1</b></p><p><b>　　Else</b></p><p><b>　　min=P y</b></p><p><b>　　△=max-min</b></p><p>　　Print f(“%”，△)｝</

99、p><p><b>　　圖10 程序框圖</b></p><p>　　Figure 10 Process diagram</p><p><b>　　9 測(cè)量精度分析</b></p><p>　　該測(cè)量系統(tǒng)的精度主要取決于以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1)工件中心孔的

100、圓度誤差</p><p>　　因?yàn)楣ぜS三爪卡盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在裝夾工件時(shí)，由于中心孔的圓度誤</p><p>　　差會(huì)引起裝夾誤差，最后導(dǎo)致測(cè)量誤差。采用研磨中心孔的辦法可以使該誤差降到最低，一般可以使誤差小于0.65um。</p><p>　　2)側(cè)頭安裝位置引起的測(cè)量誤差</p><p>　　由于側(cè)頭安裝時(shí)可能產(chǎn)生偏移，其測(cè)量誤差約為0.

101、04um。</p><p>　　3)圓度測(cè)量?jī)x的實(shí)際測(cè)量精度取決于裝置在制造過(guò)程中的材料的選用，加工精度，組裝情況和使用過(guò)程中的調(diào)整好壞，在制造過(guò)程中，關(guān)鍵在于傳動(dòng)絲桿和測(cè)桿的加工和組裝。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育最后一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)本人知識(shí)能力水平的一次全面檢驗(yàn)

102、，是對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次拓展，也是本人從在學(xué)校學(xué)習(xí)向社會(huì)工作的一種很好的過(guò)渡。因?yàn)檫@個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目既是以本專(zhuān)業(yè)為基礎(chǔ)，優(yōu)勢(shì)在實(shí)際工作中提出的，而且涉及的知識(shí)面很廣，如在數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等方面的理論就是在以前的學(xué)習(xí)中接觸不多的，整個(gè)設(shè)計(jì)既有機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)又有硬件，軟件的設(shè)計(jì)，這也就相應(yīng)地使我們?cè)谡麄€(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了諸多困難，但在老師的幫助下，許多問(wèn)題都經(jīng)過(guò)努力很好的解決了。</p><p><b>　

103、　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 沈德和.臧漢榮.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿軸頸圓度臨床測(cè)量的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究, 1993（4）：15-30</p><p>　　[2] 王華定.兩點(diǎn)法測(cè)量船舶柴油機(jī)曲軸軸頸圓度誤差的研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,1997（5）：10-34</p><p>　　[3] 曾新勇.最小包容區(qū)域法處理圓度誤差的研究與實(shí)

104、現(xiàn)[J].北京：計(jì)量技術(shù),2008（10）：60-87</p><p>　　[4] 侯學(xué)鋒.黃富貴.田樹(shù)耀.圓度最小二乘評(píng)定結(jié)果的不確定度估計(jì)[J].北京:工具技術(shù),2008（9）：46-60</p><p>　　[5] 田樹(shù)耀.圓度誤差的最小二乘法、最小包容區(qū)域法和最優(yōu)函數(shù)法評(píng)定精度之比較[J].北京：計(jì)量技術(shù),2008（7）：53-73</p><p>　　[6

105、] 白福忠.包曉艷.李義軍.圓度誤差的圖像測(cè)量法[J].石家莊：機(jī)床與液壓,2008（6）：88-102</p><p>　　[7] 徐磊.馬勇.婁志峰.郝炎輝.基于VC的圓度誤差數(shù)據(jù)采集與處理[J].北京：計(jì)量與測(cè)試技術(shù), 2008（2）：132-158</p><p>　　[8] 丁曙光.李浩.桂貴生.三點(diǎn)法圓度誤差分離技術(shù)在軸類(lèi)零件測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].沈陽(yáng)：機(jī)床與液壓, 2008

106、（2）：112-167</p><p>　　[9] 彭曉南.劉飛.雷賢卿.基于最大內(nèi)接圓法的圓度誤差測(cè)量實(shí)現(xiàn)方法[J].北京：工具技術(shù), 2008（1）：73-102</p><p>　　[10] 田應(yīng)仲.李明.李偉.姚志良.方明倫.曲軸連桿頸圓度誤差跟蹤測(cè)量策略[J].儀器儀表學(xué)報(bào), 2007-11-20（6）</p><p>　　[11] 倪厚強(qiáng).朱興龍.高龍琴

107、.周驥平.圓度測(cè)量裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化, 2007（5）:163-179</p><p>　　[12] 林志熙.周景亮.基于MATLAB的圓度誤差數(shù)據(jù)處理[J].機(jī)電技術(shù),2006（4）：33-64</p><p>　　[13] 張乾.高曉佳.零件圓度誤差在線測(cè)量系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[J].大連:大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào), 2006-2-12（8）</p><p

108、>　　[14] 郝宏偉.劉順?lè)?范淑果.最小區(qū)域法評(píng)定圓度誤差的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法[J].河北：河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006-2-7（3）</p><p>　　[15] 張玉.計(jì)算機(jī)輔助精密測(cè)試[M].山東:東北大學(xué)出版社，1993（8）：12-48</p><p>　　[16] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社,2007（5）：57-102</p><p

109、>　　[17] 熊詩(shī)波,黃長(zhǎng)藝.機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006（5）：174-208</p><p>　　[18]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001（3）：21-64</p><p>　　[19]朱欣華,姚天忠.智能儀器原理與設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2002（7）：274-346</p><p

110、>　　[20]雷霖.微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京工業(yè)出版社,2002（2）：3-57</p><p>　　[21] Fusao K,Toshio I,Kunio K,et al.Multiturn absolute encoder using spatial filter.JSME International Jouranal,1990,33(1):94～99.[22] Yuji M,Nobu

111、hiko T,Tomoharu N,et al.Highperformance absolute rotary encoder using multitrack and M-code.Optical Engineering,2003,42 (1):124 ～ 130.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老

112、師周光永副教授親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題到設(shè)計(jì)完成，周老師給予了我耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷，有了周老師耐心指導(dǎo)與細(xì)心關(guān)懷我才不會(huì)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中迷失方向，失去前進(jìn)動(dòng)力。周老師有嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所需要學(xué)習(xí)的，感謝周老師給予了我這樣一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，謝謝！ </p><p>　　感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、老師們，感謝你們給予我的幫助與關(guān)懷；感謝湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)四年來(lái)為我提供良好的學(xué)習(xí)

113、環(huán)境，謝謝！</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1：裝配圖</b></p><p><b>　　附錄2：系統(tǒng)方框圖</b></p><p>　　附錄3：測(cè)桿裝置裝配圖</p><p><b>　　附錄4：