基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪测控系统设计开题报告

1、本课题的研究目的及意义

    随着科学技术的飞速发展，现代机械对齿轮的精度要求越来越高。控制齿轮的制造质量对提高传动系统的精度、寿命和降低噪声十分重要。随着计算机技术日新月异的发展，人们在各种齿轮误差检测仪器中运用到了计算机，采用了数字式的信号处理方法，并相继发展了数字化仪器、计算机辅助测试仪器等，有效地提高了齿轮误差检测的效率和精度。近年来，以GE机为核心的虚拟仪器代表着现代仪器的发展趋势，它充分利用计算机的软硬件资源，在计算机屏幕上建立仪器面板，直接对仪器进行控制及数据分析与显示，突破了传统仪器的概念，改变了仪器的设计、制造与使用方法，提高了仪器的功能和使用效率。因此，我们在齿轮误差检测系统中采用虚拟仪器技术，开发了集成各种齿轮误差处理方法于一体的齿轮误差检测虚拟仪器，使齿轮误差检测的效率和精度大幅度提高。

2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析

课题任务要求：

1．学习齿轮齿廓误差测量的基本原理，查阅相关中外文献；

2．设计基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪的测控方案并进行论证；

3．选择检测仪采用的传感器，设计测控系统电路和软件。

预期目标：

   用labview完成基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪测控系统的方案设计，电路设计和软件设计。

实现目标可行性分析：

齿轮传动是一种重要的机械传动，主要用于运动或动力的传递。由于齿轮传动具有结构紧凑、能保持固定的传动比、传动效率高、使用寿命长及维护保养简单等特点，所以广泛用于机器制造与仪器制造业各个部门。对齿轮的使用要求可归纳为传递运动的准确性、传动的平稳性、载荷分布的均匀性等方面。此外，为了储存润滑油和补偿齿轮的制造误差与安装误差、温度变形与弹性变形所引起的尺寸变动，防止齿轮卡住，还需要有一定的齿侧间隙。所以制定了齿轮精度标准GB10095—88，以保证齿轮的互换性。

其中，传递运动的准确性是指要求从动轮与主动轮运动协调，为此应限制齿轮在一转内传动比的不均匀性；传动不平稳性是指在传递运动过程中要求工作平稳、没有振动、冲击与噪声，这就要求限制破坏其平稳性的瞬时传动比的变动范围。若仅讨论齿轮传递运动的准确性与传动平稳性这两项要求，齿轮误差可看作如下形式：

从制造角度来看，齿轮是机床一刀具一工件工艺系统的一环。在利用展成法原理加工圆柱齿轮时，齿轮齿廓是刀具相对齿坯凭借机床的运动周期性切削的结果，所以工艺系统的误差都通过啮合线反映在被加工齿轮上，并带有周期性出现的规律。也就是说齿轮的制造误差是转角的连续周期性函数F()，并可进一步看作由若干个具有不同频率的谐波组成，可用傅立叶级数的形式表示为：

F()＝                            (1.1)

式中   k——次谐波误差的振幅值  

k、——齿轮一转时误差的谐波次数与初始值。

从使用角度来看，单个齿轮是整个传动机构中的一环，其误差将影响整个机构的精度。显然，实际齿轮机构的传动误差等于实际机构与理想机构运动规律之差，即

F() ＝ f() – f()                               (1.2)

式中   —— 主动轮转角；

f()与f() —— 实际齿轮机构与理想机构的运动规律。

    若在所述的机构中只有所讨论的齿轮是有误差的，其它均为理想环节，则该机构的传动误差就是所讨论的齿轮误差的具体反映。于是可以提出切向综合误差与切向一齿综合误差作为反映齿轮传递运动准确性与传动平稳性的精度指标。

（2）被测参数及其特点

此齿轮单面啮合综合误差测量仪是用来检查被测齿轮的（切向综合误差）和（切向一齿综合误差），并通过显示、记录反映出来。

被测参数及其特点

l 切向综合误差 

l 切向一齿综合误差

定义：切向综合误差：被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合转动时，相对于测量齿轮的齿轮实际转角与理想转角的最大差值，以分度圆弧计值。

    切向一齿综合误差： 被测齿轮与理想齿轮的测量齿轮单面啮合转动时，相对于测量齿轮的转角，在被测齿轮一个周节角内，被测齿轮实际转角与理论转角的最大差值，即在记录曲线上的小波纹的最大幅度值，其波长为一个周节角。

图1.1  a-  b- ，其中横坐标为坐标

特点：反映齿轮一转角误差，说明齿轮运动的不均匀性，在一转过程中，其转速忽快忽慢，作周期性的变化。它是几何偏心、运动偏心及各短周期误差综合影响的结果。

3、本课题的关键问题及解决问题的思路

利用虚拟仪器技术构建的齿轮误差检测系统是以计算机为核心，以传统的齿轮误差检测仪为基础，借助于计算机技术、虚拟仪器技术、数字信号处理技术、数控技术、精密仪器技术开发的先进测试系统。该系统的框图如图A 所示，主要由传统的齿轮误差检测仪、位移传感器、信号调理器、数据采集卡、GE 机、齿轮自动转动系统、软件系统等组成。

图 齿轮误差检测虚拟仪器系统

该虚拟测试系统可以与传统机械式手动齿轮测试仪器（如单啮仪、双啮仪、万能测齿仪等）连接，构成齿轮误差检测虚拟仪器。系统工作原理：数据采集卡和步进电机驱动卡插在计算机的任一个总线扩展槽内。通过计算机控制步进电机实现齿轮自动转动，同时数据采集系统通过位移传感器采集齿轮误差数据并自动存储；其次，计算机对采集的数据进行实时分析处理，如滤波、谱分析、调制、误差计算等，最后给出齿轮误差及分析结果。

4、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法

[1] 陈林才等，精密仪器设计[M]．机械工业出版社．1991.5

[2] R.柯乐，仪器和机械设计方法[M]．科学出版社．1982

[3] 孙祖宝，量仪技术[M]．机械工业出版社．1981.3

[4] 精密仪器结构设计基础[M].哈尔滨工业大学出版社

[5] 王因明，光学计量仪器设计[M]．机械工业出版社．1982.2

[6] 浦昭邦等，测控仪器设计[M]．机械工业出版社. 

[7] 光电仪器信号转换技术[M]．北京理工大学出版社.

[8] 机械设计手册[M]．第二版．机械工业出版社.

[9] 郭连湘，公差配合与技术测量实验指导书[M]．化学工业出版.

[10] 谢华锟，工具技术[M]．成都工具研究所. 

[11] 史习敏，精密机械设计[M]．上海科学技术出版社．1987.7

[12] 毛英泰，误差理论与精度分析[M]．国防工业出版社．

[13] A.M.Eaman，Optical focus servo for optical disk mass date storage system application．SPIE.VOL.17,NO.13．1978

[14] J.J.M.Braet，Applied Optics．VOL.17,NO.13．1978

[15] Diana Nyysonen，Submicromenter Linewidth Metrology In the Optical microscope．Journal of Research of the NBS．VOL.92,NO. 3．1987

[16] 孙忠林，张守涛．CCD 的原理及其在计量领域的应用[J]．计量技术，1997

[17] 唐东红.面向齿轮误差检测的虚拟仪器研究，西安科技大学硕士论文.

[18] 刘阳.虚拟仪器的现状与发展趋势，电子技术应用.

[19] 马宏伟，生成德.圆柱齿轮双啮综合误差测试系统的设计与实现，仪表技术.

5、工作方案分析及进度计划

第一周     安排设计题目、明确设计内容

第二周     查阅设计资料、明确设计方案

第三周     学习齿轮齿廓误差测量的基本原理，查阅相关中外文献

第四周     学习齿轮齿廓误差测量的基本原理，查阅相关中外文献

第五周     学习齿轮齿廓误差测量的基本原理，查阅相关中外文献

第六周     基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪的测控方案并进行论证

第七周     基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪的测控方案并进行论证

第八周     选择检测仪采用的传感器，设计测控系统电路和软件

第九周     完成基于虚拟仪器的齿轮齿廓误差检测仪测控系统的方案设计，电路

           设计和软件设计

第十周     打印毕业设计说明书

 答辩

报告人：(手签名)

       年   月   日

指导教师意见

                         （要求手写）

指导教师：(手签名)

                                    　　          年   月   日