单盘齿廓测量仪的设计
目录
摘要 ii
Abstract iii
第1章 绪论 1
1.1 课题研究内容和意义 1
1.2 典型的齿廓测量仪 1
1.3 齿形测量国内外发展动态和未来研究方向 2
1.3.1发展动态 2
1.3.2未来研究方向 3
第2章 总体设计原理和方案 5
2.1设计要求 5
2.2设计原理 5
2.2.1渐开线的定义及特点 5
2.2.2渐开线理论在齿形检查仪上的应用 7
2.3总体设计方案 7
2.3.1老式单盘齿廓检查仪简介 7
2.3.2主要设计 9
2.3.3测量流程 9
第3章 系统硬件电路设计 11
3.1单片机系统部分 11
3.1.1单片机系统简述 11
3.1.2 AT89C51功能介绍 11
3.2单片机扩展 13
3.2.1时钟振荡器 13
3.2.2复位电路 14
3.2.3 8155扩展器 14
3.2.4 74LS138 15
3.2.4 74LS373 16
3.2.5 2732程序存储器 16
3.2.6 6116数据存储器 17
3.2.7 键盘显示器扩展 17
3.2.8 低通滤波和采样保持电路 17
3.2.9 A/D转换器 17
第4章 机械部分的设计 21
4.1导向机构 21
4.2传动机构 21
4.3 驱动设计 22
第5章 机械部分的校核计算 23
5.1滚珠丝杠的设计计算 23
5.1.1 X方向滚珠丝杠承载零件质量 23
5.1.2 滚珠丝杠的预选择和支撑方式 23
5.1.3 滚珠丝杠的校核 25
5.2轴承的设计计算 27
第6章 电机与联轴器的选择 29
6.1步进电机的选型计算 29
6.2联轴器的选择 31
第7章 经济与环保性分析 33
第8章 收获与展望 35
8.1收获 35
8.2展望 35
参考文献 37
结束语 39
附录 41
1.3 齿形测量国内外发展动态和未来研究方向
1.3.1发展动态
齿轮测量仪器是一个内含较为丰富的概念，它不仅包括检测各种齿轮的设备，也将检测蜗轮、蜗杆、齿轮刀具、传动链的仪器涵盖其中。齿轮种类繁多，几何形状复杂，表征其误差的参数众多。所以，齿轮测量仪器的品种也很多。齿轮测量技术及其仪器的研究已有近百年的历史，在这不短的发展历程中，有6件标志性事件：
（1）1923年，德国Zeiss公司在世界上首次研究成功一种称为“Toooth Surface
Tester”的仪器，实际上是机械展成式万能渐开线检查仪[2]。
（2）50年代初，机械展成万能螺旋线标准仪的出现，标志着全面控制齿轮质量成为现实。
（3）1965年，英国的R-Munro博士研制成功光栅式单啮仪。
（4）1970年，中国工程技术人员研制开发的齿轮整体误差测量技术[3]，标志着运动几何法测量齿轮的开始。
（5）1970年，美国Fellows公司在芝加哥博览会展出Microiog50，标志着数控齿轮测量中心出现。
（6）80年代末，日本大阪精机推出了基于光学全息原理的非接触齿面分析机
FS-35，标志着齿轮非接触测量法的开始。
各国的齿轮测量中心虽然原理上大同小异，但实现方式却存在一定差距。主要表现在：
（1）测量传感器方面，一般采用双频激光干涉仪作为长度基准；其他情况采用高精度光栅。
（2）在机械系统的精度方面，高精度的轴承是必须的；而直线导轨的精度有靠机械精度保证的，也有采用误差修正技术达到的。
（3）在数控系统方面，70年代常为NC开环控制；80年代后，全为CNC控制，大多采用直流伺服电机或步进电机。目前已有采用交流伺服系统或直线电机的。
（4）在测头方面，有电感式的，也有光栅式的；有一维的，也有三维的，甚至有刚性的。刚性测头是不带测微传感器的。若采用刚性测头，则仪器通常是专用的。
上世纪90年代以来，在世界范围内，齿轮测量技术方面出现了几种让人值得关注的事情：齿轮整体误差测量技术与齿轮坐标测量技术合二为一。成都工具研究所推出了既有标准蜗杆又有测头的齿轮测量机CZN450，而国外的CNC齿轮测量中心也能给出“虚拟整体误差”。齿轮测量中心与三坐标测量机的合二为一，如美国TSK公司的Rdaiance和Process Equipement 公司的ND430[4]。功能测试与分试测试的合二为一。简化测量是齿轮量仪的发展趋势之一，齿轮整体误差测量仪因能高效率地给出齿轮全信息而被齿轮制造业所接受。工业机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS），实现生产自动化。
1.3.2未来研究方向
在机械制造高速发展的今天，每年生产的齿轮不计其数，由于滚刀的制造误差和安装误差（径向和轴向跳动），以及机床传动链的高频误差造成的。如果这个误差不能控制在一个区间，将会对齿轮传动的平稳性造成影响，并引起噪音和振动。所以齿形测量是判断一个齿轮质量的重要方面。未来与齿轮测量技术有关的的研发重点是：齿轮虚拟测量技术；齿轮非接触绝对测量技术；齿轮网络化测量与诊断技术；基于实测结果的齿轮性能虚拟分析技术(智能配对、动力学性能预报等)；齿轮整体误差测量技术(指标量化、性能优化等)；齿轮误差的智能分析技术；齿轮统计误差概念体系的建立及其相应的测量技术；生产现场的齿轮快速测量与分析技术(目前ITW的Mode l48- 23为450～600件/小时；目标：800件/小时)；精密机械、光电技术、微电子技术、软件工程等技术在齿轮上的应用[1]。国内外齿形测量技术已经智能化，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=12662一体化，更加精密，高效。
第2章 总体设计原理和方案
2.1设计要求
测量范围：m=3-9；
测量齿轮精度等级：6-8级；
测量分度圆直径范围在60-220mm左右的直齿轮，圆柱齿轮。
2.2设计原理
2.2.1渐开线的定义及特点
渐开线是一条直线（发生线）沿着一个定圆（基圆）做无滑动的纯滚动时，动直线上任意一点的平面运动轨迹曲线为该基圆的渐开线。基圆的半径用rb表示。展开的直线为发生线。如图2.1
图2.1 圆渐开线
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