直齿圆柱齿轮误差测量装置设计

直齿圆柱齿轮误差测量装置设计说明书摘要1Abstract2第一章 绪论3 1.1 课题的来源与研究的目的和意义.4 1.2 直齿圆柱齿轮误差测量装置的测量原理.5 1.3齿轮测量装置的简要介绍.6 1.3.1 齿轮测量技术的起源与发展概况.6 1.3.2 齿轮测量技术的演变.7 1.4齿轮测量装置的精度公差.8第二章 齿轮测量装置结构的设计.102.1 测量装置的总体方案图11 2.1.2测量装置中步进电机的选择.13 2.1.2测量装置中联轴器的选择.14 2.1.3测量装置中的编码器的选择.17 2.1.4测量装置中的弹簧的设计计算.19第三章 直齿圆柱齿轮误差测量装置各部分强度的校核213.1轴承强度的校核与计算233.2联轴器的强度的校核与计算24 3.3弹簧的强度校核与计算26 3.4传动轴强度的校核计算.27结论32致谢33参考文献34 摘 要 齿轮是各种机械设备中经常用到的一种重要的传动零件。由于科学技术和生产的发展，对其工作精度的要求也愈来愈高，为此，对齿轮这一传动件的设计、制造和测试等提出了更高的要求。由于渐开线圆柱齿轮具有许多优点，所以，在齿轮传动中用的十分广泛，因此对其渐开线是否合格的检测就显得很重要，渐开线齿轮齿形误差的测量对象是齿轮的齿廓，研究齿轮渐开线检查仪的检查结果，对提高工厂齿轮生产有很大的影响。 渐开线圆柱齿轮作为目前用途最广、种类最多的齿轮，检测该种齿轮误差的机械展成式仪器较多，这类仪器通常采用电动记录器在记录纸上输出齿轮误差曲线图，再由人工实现误差判断，给齿轮检测带来不便。为了实现齿轮误差测量数据的计算和计算机自动处理，提高检测效率，拟开发一套渐开线圆柱齿轮齿形误差检测装置。齿轮的应用有着悠久的历史,而齿轮的科学研究却始于17世纪MCamus发现齿轮传动的节点原理;1765年,LEuler将渐开线齿形引入齿轮,100多年后,Fellows等人应用范成法高效地生产出渐开线齿轮,从此渐开线齿轮得到了广泛应用。由于制造与安装等方面的原因,实际齿轮总是存在着误差。这种误差对传动系统的精与动态特性(特别是振动与噪声)有直接的影响。因此,如何表征、测量、分析、利用和控制齿轮误差一直是不断探索的课题。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体,对齿廓进行修形,“有意地”引入误差,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能,由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新,如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准贯彻提供了技术支撑。齿轮测量技术及其仪器的研发已有近百年的历史。 我们的指导思想就是经过此设计，培养自己理论联系实际的作风，严谨的科学态度和独立分析解决问题的能力，并对所学理论知识进行一次系统的回顾，通过调研、查资料，提出解决一个工程问题的方案，受到从理论到实践应用的基本训练，为毕业后干好工作打下良好的基础。目前，渐开线圆柱齿轮齿形误差的测量方法主要有标准设计齿形比较法、标准渐开线轨迹法和坐标测量法三类。标准设计齿形比较法是将被测实际齿形与标准设计齿形曲线进行比较而得到的齿形误差的方法。该方法的主要问题在于：仪器的基准误差、被测齿轮的安装误差以及圆盘的直径尺寸等对测量结果影响较大。坐标测量法是将被测齿形上若干点的实际与理论坐标进行比较的一种方法。该方法的主要问题是计算繁琐，特别是测点要求多，测点布置有特殊要求时数据处理工作量大。目前，渐开线圆柱齿轮齿形误差的测量方法主要有标准设计齿形比较 法、标准渐开线轨迹法和坐标测量法三类。标准设计齿形比较法是将被测实际齿形与标准设计齿形曲线进行比较而得到的齿形误差的方法。该方法的主要问题在于：仪器的基准误差、被测齿轮的安装误差以及圆盘的直径尺寸等对测量果影响较大。坐标测量法是将被测齿形上若干点的实际与理论坐标进行比较的一种方法。该方法的主要问题是计算繁琐，特别是测点要求多，测点布置有特殊要求时数据处理工作量大。针对这些缺点，为实现检测数据的自动化处理，提高检测效率，节省人力资源和工作时间，齿轮测量技术的发展已有近百年的历史。对应于齿轮测量技术，可将现代齿轮测量技术归纳为三种类型齿轮单项几何形状误差测量技术；第二，齿轮综合误差测量技术和齿轮整体误差测量技术。齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式,齿轮的精度是影响齿轮传动使用性能的重要因素。渐开线圆柱齿轮是目前用途最广的齿轮，也是种类最多得齿轮，很多中小型齿轮制造企业使用渐开线齿轮检查仪检测该种齿轮的齿形误差。这类仪器通常采用电动记录器在记录纸上打印齿轮误差曲线，再由人工进行误差分析，判断其误差是符合要求，使得齿轮检测十分不方便。实现检测数据的自动化处理，提高检测效率，节省人力资源和工作时间，本设计开发了一套渐开线圆柱齿轮齿形误差检测装置。该装置采用读数百分表读取数值，利用双啮原理进行齿形误差合格行判断，渐开线圆柱齿轮作为目前用途最广、种类最多的齿轮，检测该种齿轮的机械展成装置较多，这类装置通常采用电动记录器在记录纸上输出齿轮误差曲线图，再由人工实现误差判断，给齿轮检测带来不便。为了实现齿轮误差测量数据和计算机自动处理，提高检测效率，为实现检测数据的自动化处理，提高检测效率，节省人力资源和工作时间，本设计开发了一套渐开线圆柱齿轮齿形误差的新型测量装置，即采用双啮原理：即一被测齿轮与一标准齿轮在无间隙啮合的情况下做啮合运动，测量其中心距的变动量。中心距的变动量即双啮综合误差，其双啮综合误差又是径向跳动误差、齿轮误差、齿形误差、齿后误差的综合结果，因此，本装置的设计避免了单项误差不合格而综合误差符合要求造成合格齿轮误费的情况，还有用于生产一线的设备不能对环境有非常苛刻的要求，能应用于车间，实验室等场合齿形误差主要来源于齿轮加工机床的周节误差。 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.s. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced. The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer augerThis paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom.第1章 绪论1.1课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 直齿圆柱齿轮误差测量装置是近几十年发展起来的一种高科技半自动化生产设备。直齿圆柱齿轮误差测量装置的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。直齿圆柱齿轮误差测量装置作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 直齿圆柱齿轮误差测量装置是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，直齿圆柱齿轮误差测量装置被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了直齿圆柱齿轮误差测量装置的发展，使得直齿圆柱齿轮误差测量装置能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。直齿圆柱齿轮误差测量装置虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，钻孔的范围比传统的台式钻床大的特点，因此，直齿圆柱齿轮误差测量装置已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 直齿圆柱齿轮误差测量装置技术涉及到力学、机械学、电气气技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。直齿圆柱齿轮误差测量装置是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多自由度，可用来钻孔、攻牙以完成在各个不同环境中工作。 齿轮的应用有着悠久的历史,而齿轮的科学研究却始于17世纪MCamus发现齿轮传动的节点原理;1765年,LEuler将渐开线齿形引入齿轮,100多年后Fellows等人应用范成法高效地生产出渐开线齿轮从此渐开线齿轮得到了广泛应用。由于制造与安装等方面的原因,实际齿轮总是存在着误差。这种误差对传动系统的精度与动态特性(特别是振动与噪声)有直接的影响。因此如何表征、测量、分析、利用和控制齿轮误差一直是不断探索的课题。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。齿轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性的,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体,对齿廓进行修形,“有意地”引入误差,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能,由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新,如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑。 综上所述，有效的应用直齿圆柱齿轮误差测量装置，是发展机械工业的必然趋势。1.2 直齿圆柱齿轮误差测量装置的测量原理 齿轮径向综合误差检验时，所用的装置按放了一对齿轮，其中一个齿轮装在固定的轴上，另一个齿轮则装在带有滑道的轴上，该滑道带一弹簧装置，从而使两个齿轮在径向能紧密地啮合见下图。旋转中测量出中心距的变动量。测量齿轮要做得很精确，以达到其对径向综合偏差的影响可忽略不计的目的，在此情况下，当被测齿轮旋转一整周后，就能得到一个可接受的测量记录。设计测量系统时，必须十分重视测量齿轮的精度，特别是它与被测齿轮啮合的压力角，否则会严重影响测量的结果。测量齿轮应该有足够的啮合深度，使其能与被测齿轮的整个有效齿廓相接触，但不应与非有效部分或根部相接触，避免产生这种接触的办法是将测量齿轮的齿厚增厚到足以补偿被测齿轮的侧隙。齿轮旋转一整周记录下的曲线接近于正弦形状幅值为，表示齿轮偏心距。被检验齿轮径向综合误差F等于齿轮旋转一整周中最大的中心距变动量，它可以从记录下来的线图上确定。单齿径向综合误差f等于齿轮转过一个齿距角时其中心距变动量的最大值。1.3齿轮测量装置的简要介绍 1.3.1齿轮测量技术的起源与发展概况齿轮的应用有着悠久的历史,而齿轮的科学研究却始于17世纪MCamus发现齿轮动的节点原理;1765年,LEuler将渐开线齿形引入齿轮,100多年后,Fellows等人应用范成法高效地生产出渐开线齿轮,从此渐开线齿轮得到了广泛应用。由于制造与安装等方面的原因,实际齿轮总是存在着误差。这种误差对传动系统的精度与动态特性(特别是振动与噪声)有直接的影响。因此,如何表征、测量、分析、利用和控制齿轮误差一直是不断探索的课题。齿轮测量的基础是齿轮精度理论。齿轮测量技术的发展历程是以齿轮精度理论的发展为前提的。齿轮精度理论的发展实质上反映了人们对齿轮误差认识的深化。迄今,齿轮精度理论经历了齿轮误差几何学理论、齿轮误差运动学理论和齿轮误差动力学理论的发展过程。其中,齿轮误差动力学理论还处在探索中。第一种理论将齿轮看作纯几何体,认为齿轮是一些空间曲面的组合,任一曲面都可由三维空间中点的坐标来描述,实际曲面上点的位置和理论位置的偏差即为齿轮误差。第二种理论将齿轮看作刚体,认为齿轮不仅仅是几何体,也是个传动件,并认为齿轮误差在啮合运动中是通过啮合线方向影响传动特性的,因此啮合运动误差反映了齿面误差信息。第三种理论将齿轮看作弹性体,对齿廓进行修形,“有意地”引入误差,用于补偿轮齿承载后的弹性变形,从而获取最佳动态性能,由此形成了齿轮动态精度的新概念。齿轮精度理论的发展,导致了齿轮精度标准的不断丰富和更新,如传动误差、设计齿廓的引入等。反过来,齿轮测量技术的发展也为齿轮精度理论的应用和齿轮标准的贯彻提供了技术支撑，齿轮测量技术及其仪器的研发已有近百年的历史。 1.3.2齿轮测量技术的演变 整体上考察过去一个世纪里齿轮测量技术的发展主要表现在三个方面： 1)在测量原理方面,实现了由“比较测量”到“啮合运动测量”直至“模型化测量”的发展。 2 )在实现测量原理的技术手段上历经了“以机械为主”到“机电结合”直至当今的“光机电”与“信息技术”综合集成的演变。3)在测量结果的表述与利用方面历经了从“指示表加肉眼读取”到“记录器记录加人工研判”,直至“计算机自动分析并将测量结果反馈到制造系统”的飞跃。与此同时齿轮量仪经历了从单品种单参数仪器典型仪器有单盘渐开线检查仪单品种多参数仪器典型仪器有齿形齿向检查仪到多品种多参数仪器典型仪器有齿轮测量中心)的演变。第二章 齿轮测量装置结构的设计2.1 测量装置的总体结构图 齿轮径向综合误差检验时，所用的装置按放了一对齿轮，其中一个齿轮装在固定的轴上，另一个齿轮则装在带有滑道的轴上，该滑道带一弹簧装置，从而使两个齿轮在径向能紧密地啮合见下图。旋转中测量出中心距的变动量。具体的总体结构图如下：2.1.2测量装置中步进电机的选择 已知整个装置上工件与零件的重量，我们取总重量为15Kg，范围为50mm300mm，移动速度为12r/min。即：具体的步进电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，2. 电机转速 3.负载惯量左右水平运动步进电机惯量总惯量4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为92BL-A，此无刷直流步进电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为92BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.4KW，额定转矩为1.3N.m，最大转矩为2.6N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸92x92x86，电机输出轴径为14mm。2.1.2测量装置中联轴器的选择由于整个装置载荷平稳，速度不高，无特殊要求，考虑装拆方便及经济问题，我们选用弹性套柱销联轴器，取工作情况系数 。由于电机输出轴径为12mm，选择联轴器类型为HLA12-14，联轴器承受转矩2.1.3测量装置中的编码器的选择光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90。的两路脉冲信号。1、 角度测量汽车驾驶模拟器，对方向盘旋转角度的测量选用光电编码器作为传感器。重力测量仪，采用光电编码器，把他的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连，扭转角度仪，利用编码器测量扭转角度变化，如扭转实验机、渔竿扭转钓性测试等。摆锤冲击实验机，利用编码器计算冲击摆角变化。本装置属于测量精度要求很高的测量装置，所以对步进电机的转角要求非常高，因为这直接关乎到齿轮测量装置的测量精度，所以在本装置中，必须采用编码器，在这里我们选择测量角度的编码器。2.1.4测量装置中弹簧的设计计算 因本装置中弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第类弹簧考虑。现选用组碳素弹簧钢丝。并根据D-D222-18mm=4mm，估取弹簧钢丝直径为3.0mm。由表暂选 B=1275MPa，则根据表16-2可知0.5B0.51275MPa637.5MPa。2根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋绕比C=6，则得：K=4C-1/4C-4+0.615/C=4X6-1/4X6-4+0.615/6=1.25;经过验算，弹簧的线径，以及强度都能够满足本装置的要求。第3章 直齿圆柱齿轮误差测量装置各部分强度的校核3.1轴承强度的校核 滚动轴承是现代机器中广泛应用的零件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造即供应各种规格常用的轴承。滚动轴承的构成：包括：内圈、外圈、滚动体、保持架，内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道内滚动。保持架的作用主要是均匀地隔开。 与滑动轴承相比，滚动轴承具有旋转精度高、启动力矩小、是标准件、选用方便等特点。与滑动轴承相比，滚动轴承的优点：1、一般条件下，滚动轴承的效率和液体动力润滑轴承相当，但较混合润滑轴承要高一些；2、径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧可用预紧力消除游 隙， 运转精度高；3、对于同尺寸的轴径，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的 轴向结构紧凑；4、大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构简单；5、消耗润滑剂少，便于密封，易于维护；6、不需要有用有色金属；7、标准化程度高，成批生产，成本低；与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点：1、承受冲击载荷能力较差；2、高速重载载荷下轴承寿命较低；3、振动及噪声较大；4、径向尺寸比滑动轴承；能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；对企业能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。因此，不论是设计制造单位，还是维修使用单位，在选择滚动轴承时都必须高度重视。一般来说，选择轴承的步骤可能概括为：1. 根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙；2.根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命；3.验算所选轴承的额定载荷和极限转速。选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它 的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。类型选择，各类滚动轴承具有不同的特性，适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时，通常应考虑下列因素。一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合通常使用球轴承，承受重的径向载荷时，则选用滚子轴承。总之，选用人员应从不同生产厂家、众多的轴承产品中，选用合适的类型。轴承所占机械的空间和位置在机械设计中，一般先确定轴的尺寸，然后，根据轴的尺寸选择滚动轴承。通常是小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承。但是，当轴承在机器的直径方向受到限制时，则选用滚针轴承、特轻和超轻系列的球或滚子轴承；当轴承在机器的轴向位置受到限制时，可选用窄的或特窄系列的球或滚子轴承。轴承所受载荷的大小、方向和性质载荷是选用轴承的最主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷，球轴承用于承受较轻的或中等载荷，渗碳钢制造或贝氏体淬火的轴承，可承受冲击与振动载荷。在载荷的作用方向方面，承受纯径向载荷时，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。承受较小的纯轴向载荷时，可选用推力球轴承；承受较大的纯轴向载荷时，可选用推力滚子轴承。当轴承承受径向和轴向联合载荷时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。对于悬臂支撑结构，常采用圆锥滚子轴承或角接触球轴承，且成对使用。滚动轴承类型选择应注意的问题:1、考虑轴承的承受载荷情况方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承2、考虑对轴承尺寸的限制当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承；3、考虑对轴承的调心性要求调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），而圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零根据各个轴承的特点以及选用原则，可以肯定我们初步选定的型号6004深沟球轴承满足要求。由于轴3所承载的载荷最大，且轴3的转速最大，故轴3上的轴承最危险。若此轴承寿命满足要求，则其它轴承亦可满足要求。所选6004深沟球轴承的基本额定动载荷C为9.38kN假设链传动的效率为0.9。显然，轴承寿命满足要求。3.2联轴器的强度的校核与计算 现在装置使用的联轴器为GB5014-1985HL5弹性柱销联轴器，其主要参数参见机械工业出版社出版的机械设计手册第4卷第41篇第5章第41-116页，主要性能参数如下：许用转矩2000N.m许用转速3500r/min 而我们联轴器与电机主轴相联，电机为B225S-8，转速只有710r/min。单级补偿器的工作扭矩为1000N.m 对于联轴器的强度可以计算尼龙柱销的抗剪强度，尼龙材料的许用切应力：=110Kgf/cm2。那么根据30柱销的许用剪切强度可计算出其许用剪切力为F=S柱XXn =1.52X3.14X110X8=6217.2Kgf其中：S柱为柱销截面积为许用切应力n为柱销个数单极补偿装置需要传递的力为4000Kgf.根据本装置工况，所选择的联轴器符合要求，合适;3.3弹簧的强度校核与计算为了便于制造和避免失稳现象出现，通常建议弹簧的长径比b=H0/D2按下列情况取为：弹簧两端均为回转端时，b2.；弹簧两端均为固定端时，b5.3；弹簧两端一端固定而另一端回转时，b3.7。如果b大于上述数值时，则必须进行稳定性计算，并限制弹簧载荷；F小于失稳时的临界载荷Fcr。一般取F=Fcr/(22.5)，其中临界载荷可按下式计算：Fcr=CB*kH 式中，CB为不稳定系数，查表可得。 如果FFcr，应重新选择有关参数，改变b值，提高；Fcr的大小，使其大于F m；一般受变应力作用的弹簧，其应力变化规律有max =常数和min =常数两种。因此，可根据力学疲劳强度理论与相应计算公式，进行应力幅安全系数、最大应力安全系数的计算。对于弹簧钢丝也可按简化公式进行验算；Fcr=0.3x1000xK=300X0.65=1950N,符合设计要求。3.4传动轴强度的校核计算 轴的强度计算一般可分为三种：1）按扭转强度或刚度计算；2）按弯扭合成强度计算；3）精确强度校核计算。 当轴的支撑位置和轴所受的载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定，支撑反力及弯矩可求得时，可按照弯曲或者弯扭合成强度进行轴的强度计算。作用在轴上的载荷一般按集中载荷考虑，如本设计中的带传动对轴的力，其作用点取在轮缘宽度的中点。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁，一般轴的支点近似取为轴承宽度中点。由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，很少的扭转强度，是根据扭转强度设计，应校核轴的弯曲强度，首先分析轴的受力，左端受的是圆锥筛的重力，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。左端的作用力包括筛自身的重力、物料的重力、物料旋转产生的离心力。所以考虑圆锥筛对轴产生作用力时，仅是一个经验数据。轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也就是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别的轴径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是否满足条件。我所校核的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力不超过许用弯曲应力，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。然后作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，作出合成弯矩图和转矩图应用公式绘出当量弯矩图，式中是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩，取；对于脉动的转矩，取；对于对称循环的转矩取。是材料在对称循环应力状态下的许用弯曲应力；是材料在静应力状态下的许用弯曲应力；是材料在脉动循环应力状态下的许用弯曲应力；在锥筛的设计过程中，轴的材料为45#钢，其基本参数为，；应满足 下列条件： 或 W为轴的抗弯截面系数；轴的受力，轴左端是锥筛对轴的力也就是锥筛的重力，右端是带轮对轴的压力。具体受力情况如下图：由材料力学的相关知识可得： 解得： 由 得： 可得轴的弯矩图则如下： 轴所受的转矩如下：转矩图如下：=；所以，=所以当量弯矩图为：可知轴承的危险截面在左边轴承支撑处，根据轴的校核条件可以算出：；即： 所以：根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。结 论 本文所设计的直齿圆柱齿轮误差测量装置结构比较简单，功能比较简单，设计比较合理，能够满足部分不同大小的齿轮的测量功能，方便快捷。其设计主要考虑到直齿圆柱齿轮误差测量装置的结构设计，以及如何选用合适的编码器元件，通过控制和调节步进电机的部转角、速度和电流来使步进电机控制齿轮做精确度很高的圆周运动，从而使装置的测量精度得到进一步提高。致 谢在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。参考文献1张福学编著.直齿圆柱齿轮误差测量装置技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。2何发昌著，邵远编著.直齿圆柱齿轮误差测量装置的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3张利平著. 气动技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。4李宝仁著. 气动技术低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。5宋学义著. 直齿圆柱齿轮误差测量装置速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。6陈奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。7SMC（中国）有限公司. 直齿圆柱齿轮误差测量装置实用气动技术. 北京：机械工业出版社，2003.108徐文灿著. 直齿圆柱齿轮误差测量装置系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。9曾孔庚.直齿圆柱齿轮误差测量装置的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。10寿庆丰 机械设计1999年第3期，第3卷。11高微,杨中平,赵荣飞等.直齿圆柱齿轮误差测量装置臂结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。12孙兵,赵斌,施永辉.直齿圆柱齿轮误差测量装置的研制. 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Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. IEEE Transactions on Robotics and Automation.Vo1.9.No.1.1993。 本文提出一种无需在每个关节上设置驱动器就能控制直齿圆柱齿轮误差测量装置进行作业的方法。19Abhinandan Jain and Guillermo Roderguez. An Analysis of the Kinematicsnd Dynamics of Underactuated Manipulators.IEEE Transactions on Robotics and Automation. Vo1.9.No.4.1993。