〔大学论文〕齿轮毕业设计（含word文档） .pdf

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1、中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 摘要 我国机械工业迅速发展的今天，每年所生产的齿轮数以千万计，而加工 时由于机床，刀具及工件系统的影响，被切齿轮的齿形会产生一定的误差。 这个误差如果不能控制在一定范围内，将会影响齿轮传动的平稳性，并引起 噪音和振动。因此对齿形误差进行测量是评定齿轮质量的一个重要方面。同 时还能从中分析出产生误差的原因，并研究出提高质量的措施。 随着科学技术和制造业的发展，许多机器和设备所需的动力速度愈来愈 大，因而对齿轮的精度要求也将越

2、来越高。一些老式的齿轮测量仪已经跟不 上时代的步伐， 但在其基础上， 通过某些方面的改进， 可使之重新焕发青春， 以免过早淘汰。 本次设计的目的是对一台单盘式渐开线检查仪进行改装，以改善其功 能。 原来的单盘式渐开线检查仪，存在着诸多不足，在设计过程中，我着重 考虑了以下三个方面的不足： 一、定位装置采用圆锥定位，限制了仪器只能测量带孔齿轮，而对带轴 齿无能为力。 二、每次测量均要以繁琐的中调零过程来保证测量的准确性。 三、采用百分表读数，精度太低。 针对这几个不足，我作如下进： 一、定位装置采用顶尖定位，使仪器可测带轴齿轮，扩大了仪器使用范 围。 二、在仪器中增设了对中调零装置，使这一过程得

3、到简化。 三、用传感器代替百分表读数，效率和精度大大提高。 由此可见，通过定位装置，对中装置，记录装置三方面的改进，仪器在 通用性， 高效性准确性等到方面有了很大改善， 达到了设计任务的要求。 关键词：定位装置，对中装置，记录装置，通用性，准确性 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 目录 1 设计任务. 1 2 绪论.1 21 齿轮传动的基本要求.1 22 齿轮传动的公差标准.2 221渐开线圆柱齿轮误差分析.3 222误差来源4 3 渐开线及其特点.5 3

4、1 渐开线定义及特点5 32 渐开线理论在齿检仪上的应用.8 4 原单盘式渐开线检查仪简介.9 5齿形测量仪器参考12 51 渐开线齿形的测量12 52 渐开线仪器及其测量原理12 5 2 1 渐开线比较测量仪12 5 2 2 渐开线绝对测量仪25 5 2 3 电子范成式渐开线检查仪27 6方案选 择.30 61 方案选择 1：关于定位装置30 62 方案选择 2：关于对中调零装置32 6 2 1 原单盘式渐开线检查仪存在的不足32 6 2 2 改进思路.33 6 2 3 采用什么样的限位装置33 63 方案选择 3：关于记录装置34 6 3 1 单盘式渐开线检查仪存在的不足34 6 3 2

5、改进思路35 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 633 采用什么类型的传感器.35 7单盘式渐开线检查仪精度分析37 71 误差分析概述.37 72 精度分析.38 721 上下顶尖同轴度误差38 722 主轴回转跳动误差40 723 仪器总误差45 724 判断精度达以要求否45 8 结束语.46 9 参考文献.47 10 致谢.49 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20062006200

6、62006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 1 1 设计任务 要求：一、改进定位装置； 二、改进对中调零装置； 三、改进记录装置； 四、进行精度分析，须能够测量分度圆直径 100 左右，6-9 级精度的 齿轮法向模数目 3.56.3。 目的：对实验室的单盘式渐开线检查仪进行改装，以改善其功能。 2 绪论 2.1 齿轮传动的基本要求 瞬时传动比基本不变，否则传动将不平稳，不准确。齿轮传动中反映瞬 时传动比变化的因素很多，如周节、基节、公法线变动，齿形等。齿轮传动 装置由齿轮副、轴、轴承及机座组成，其运动质量与互换性主要取决于齿轮 的加工和安装精度。同于齿轮广泛地用于传递运动和动力。因此

7、，各种机器 和仪器的工作性能，与齿轮传动的质量密切相关，对于齿轮传动，主要由以 下四个方面的要求： 一、传递运动的准确性 在齿轮副中， 从动轮齿数 Z2 和主动轮齿数 Z1 的比值叫传动比， 即 2 1 Z i Z =。传动比是根据传动的需要设计的，对于精密机械传动应 保持瞬时传动比基本不变，否则传动将不平稳，不准确。齿轮传动 中反映瞬时传动比变化的因素很多，如周节、基节、公法线变动， 齿形等。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 2 二、传动的平稳性 用于

8、准确传递运动和分度的齿轮，如传动不平稳，也无法保证 准确和传递运动和分度。对于高速旋转的动力齿轮，它对工作平稳 性无更高的要求，希望噪音小，冲击和振动小，这样不仅可保证工 作精度，而且还可以延长寿命。由于加工误差使得齿轮转动不可避 免地产生瞬时传动比的变化。转速时快时慢，从而产生噪音，冲击 和振动，因此要对它加以限制，即要求齿轮在每一转中多次重复出 现的转角误差（高频误差）要小。 三、载荷分布的均匀性 对于低速动力齿轮，要求其在啮合时其齿面的实际接触面积要 大，而且接触要密合，这样齿面载荷分布得均匀，不易磨损，可延 长使用寿命，但是由于加工和安装中有误差，实际上不可能在全齿 宽上接触，因此要对

9、接触精度提出要求。 四、齿侧间隙 为了润滑齿面和防止齿轮传动时因热膨胀变形引起尺寸的变化 甚至卡死， 故要求齿轮不接触的非工作齿面之间有一定的齿侧间隙， 间隙过大，对需要正反转的齿轮会引起换向冲击，对分度用的齿轮 则会有较大的空程误差。 2.2 齿轮传动的公差标准 为了保证齿轮的传动质量和互换性，要用齿轮传动公差标准来对齿轮的 加工精度提各种不同的要求。 GB10095-88渐开线圆柱齿轮精度对圆柱齿轮规定了几个精度等级， 其中一级最高，以后名级依次降低。对于 312 级精度大致分为三类： 35 级为高精度级 68 级为中等精度级 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成

10、人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 3 912 级为低精度级 按齿轮各项误差的特性和对使用性能的主要影响，将其各项公差或 使用偏差分为三个公差组，以满足各方面精度要求的选择。 表表 2.12.1齿轮公差组齿轮公差组 公差 组 公差与极限偏差项目误差特性对传动性能主要影 响 iPirw FFFFF，一转周期 误差 传递运动的准确性 , iifpbpt fffff一 齿 误 差、 传动的平稳性 F齿向误差载荷分布均匀性 一般情况下，一个齿轮的三个公差组应选用相同的精度等级，当使用时对齿 轮有某个方面的特殊要求时，也可选用不

11、同的精度等级。 2.2.12.2.1 渐开线圆柱齿轮误差分析渐开线圆柱齿轮误差分析 （一）传递运动准确性的误差 （二）影响传动平稳性的误差 齿轮传动是通过齿轮副的啮合来进行的，所以要使齿轮传动平稳，必须 保证齿轮正确连续啮合的条件，所谓连续啮合是指前一对齿脱离接触前，后 面一对齿进入啮合，否则如不正确啮合，传动将不平稳而产生误差。 1、传动平稳性的误差因素 影响传动平稳性和引起噪音振动的误差因素主要是齿轮在一转过程多 次反复出现的短周期误差。对高速齿轮副，长周期误码差也影响平稳性。 由前面渐开线齿轮啮合原理和条件可知，保证齿轮副瞬间传动比不变 和正确啮合的主要条件，是两齿轮渐开线齿形一致过程中

12、多次反复的转角误 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 4 差，是影响平稳性的基本参数。从每个轮齿的啮合过程也可看出，基节偏差 将产生撞击或顶刃啮合，而轮齿正常进入啮合到脱离啮合之前传动是否平 稳，则主要取决于齿形误差。 周节偏差是反映传动平稳性的另一指标，周节 t p与基节 b p有如下几何 关系：cos bt PP= 式中分度周压力角为 20 上式微分后的近似有：cossin pbptt ffP= 由上式可以看出，如果周节存在误差则必将影响基节偏差，从而影

13、响齿 轮的传动平稳性，但当齿形角的误码差存在时，控制周节偏差并不等同于控 制基节偏差 2.2.22.2.2 误差来源误差来源 齿形误差主要来源于齿轮加工机床的周期误差，刀具误差以及加工中的 振动。机床周期误差主要是分度蜗杆本身的制造和安装误差引起的。有误差 的蜗杆在分度蜗轮的啮合传动中，将使蜗轮的转动呈现以蜗杆每转一转为周 期的周期性不均匀，其不均匀性取决于蜗杆的头数。一般机床分度蜗杆多采 用单头所以这种误码差在被加工齿轮每转中的频率就是分度蜗轮的齿数，它 使渐开线齿形上产生波度误差。 刀具的制造和安装误差（径向跳动和轴向窜动）经常是齿形差的主要来 源。 就滚齿来说， 几乎滚刀上所有误差参数都

14、有影响被加工齿轮的齿形误差。 生产实践表明，齿数少的小齿轮，刀具误差对齿形误差的影响尤为突出。但 对齿数较多的大齿轮，则机床误差的影响往往占主导地位。 加工的振动也将引起齿形误差。特别是对高精度齿轮的加工不可忽视。 由于以上三者的影响。会使切出的轮齿形状发生误差即实际得到的渐 开线齿形如图 2.1 中的黑线所示（而其中的是齿顶倒角部分）所谓渐形开 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 5 线齿形误差是指在齿轮的端截面上，齿形的工作部分（h）范围内（齿顶倒 棱部

15、分除外） ，包容实际齿形距离为最小的两条设计齿形（B、C）间的法向 距离。设计齿形可以是修正的理论渐开线包括修缘齿形，突齿形等。工作齿 形不是正确的渐开线时，则其啮合点的运动理论上已不符合齿轮基本定律， 即这时的瞬时传动比将发生变化，所以齿形误差会影响传动的工作平稳性。 齿根工作圆 根圆 图图 2.12.1 齿形误差分析图齿形误差分析图 3 渐开线及其特点 31 渐开线定义及特点 渐开线是一条直线（发生线）沿着一个定圆（基圆）作无滑动的纯滚动， 动直线上任一点的平面运动轨迹曲线。也可以这样来看，以一线绳绕在圆周 上，绳的一端拴一支铅笔，将绳拉紧并逐渐展开，则铅笔在纸上画出来的曲 线就是渐开线。

16、绕绳的这个圆叫作基圆，圆的半径以 b r表示；展开的直线为 发生线，如 n k，它也是渐开线在 k 点的曲率半径，其长度为 ，对应的展 开角为 。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 6 图图 3.13.1 渐开线形成原理图渐开线形成原理图 从渐开线的开成原理可知，渐开线有以下特点： （1）发生线 n k（在渐开线上的任一点）恒垂直于渐开线，且与基圆相 切， 切点 N 就是发生线运动的瞬时中心， n k的长度等于作用角 在某基圆上 所对应的弧长 ，即 nnb

17、k kar = 而 bk r tg = 图中向径ok与on的夹角 k 称为渐开线上 k 点的压力角，意思是当齿廓在 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 7 k 点与另一齿廓啮合时，该点运动方向（线速度）之间的夹角，由图中的关 系可知： b K k ron COS Rok = 上式说明压力角随向径 k R的增大而增大， 在基圆上压力角等于零。 K 不可 能大于 90 ，因为那样 k R将为无穷大。一般渐开线齿轮最大压力角在齿 顶。 （2）对应于渐开线起点 a

18、至任一点 k 的圆心角 k 称为渐开线角，用压力角 K 的函数来表示，即称渐开线函数，记为 inv K = k = k - K 因为 nk kk bb a tg rr = 所以 kkk invtg = （3）渐开线除可用向径 k R及渐开线角 k 以极坐标方程式表示外，还可用直 角坐标方程来表示，如图 3.2 所示： 设坐标原点为基圆圆心，则任一点 k 的坐标 X、Y 分别为： (cos) (sincos) bkkk bkkk xrsin yr = + = 为简便计算，将式中函数按麦克劳林级数展开，并取近似值，即： 3 2 sin 3! cos1 2! k kk k k = = 则上式代入直角

19、坐标方程式，则： 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 8 （ ， ） 图图 3.23.2渐开线直角坐标渐开线直角坐标 2 2 3 1 (1) 23 1 3 k bbk bk xrr yr =+ = （4）当向径 k R由渐开线的起始点 a 回转过一个渐开线角 K 时，对应渐开 线长度 S 可用下式计算； 2 1 22 k kbk Sr = = （5）渐开线的所有点都在基圆以外，基圆相同，则渐开线相同，基圆越大， 渐开线越平直，当基圆半径 b r 时，渐开线就

20、变成垂直于发生线的直线， 即为齿条齿廓。 32 渐开线理论在齿检仪上的应用 通过对以上渐开线理论的学习，可以得到如下结论：描述渐开线可用三 种方法； 1、渐开线生成原理 2、以极坐标方式 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 9 3、以直角坐标方式 根据这三种方法选出了各种各样的渐开线齿形检查仪，根据方法 1 查出 的仪器用于比较测量，有机械范成和电子范成两类。根据方法 2 的仪器用于 绝对测量，它是通过齿形上坐标点的位置与理论公式或数学模型进行比较。 单盘式

21、渐开线检查仪属于第一种类型。 4 4 4 4 原单盘式渐开线检查仪简介原单盘式渐开线检查仪简介原单盘式渐开线检查仪简介原单盘式渐开线检查仪简介 我这次改装的仪器，其原型是我院公差实验室里的一台苏联产单盘式渐 开线检查仪，其外观如下面图所示。 该仪器生产于五十年代，由于它结构简单，因而测量精度高。这种仪器 曾在车间大量使用。一些生产插齿刀，剃齿刀的工具厂，为生产每一种产品 配备一台仪器，使用起来十分方便。这也从一个方面说明了该仪器曾经是比 较先进的。 随着科技的发展， 测量技术也目新月异。 该仪器逐渐暴露出了一些缺点： 1、 不同的齿轮需要配备一个专用的精度很高 （直径公差 0.0010.002

22、mm） 的基圆盘. 2、对于被测齿轮的实际基圆半径不能从仪器上直接获得,而 3、要通过 数学处理得到,故实验室工作中对它不大欢迎,但对成批大量产品的检验所 有很大的优越性. 3、 原单盘渐开线检查仪分两种类型;A 型仪器的被测齿轮是带孔的(比如 我要着于改进的这一种);B 型仪器的被测齿轮是带轴的,故这也限制了仪器 的通用性. 4、原仪器在测量之前都要有一个十分繁琐的对中调零过程来保证其测 量精度:用缺口样板反复调整仪器,使测头处在直尺的工作面上.测量效率很 低. 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006

23、 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 10 5、原仪器的记录装置是采用一个百分表：齿轮每转过一定角度读取一 个读数（齿形误差） ，不能进行连续测量。而且不能自动进行数据处理，效 率不高，精度也受限制。 原仪器主要的缺点是以上五个方面， 在测量要求高精度， 高效率的今天， 这些缺点更加明显，可以说这种仪器已经处于淘汰行列，签于这种情况， 我 的设计目的-改装单盘式渐开线检查仪，是比较良好的。 关键是如何改进？作为设计者，我当然希望把所有缺点都将它消除， 但 这有很大难度。而且事物总处于不断变化中，消除了这个缺点，说不准另一 个缺点又出现了。而且分析上述五个缺点可知：1、2 两个缺点是由仪器

24、的 测量原理决定的，要消除这两个缺点必将改变仪器的测量原理，必然要对原 仪器大手术，那就不叫改进，而叫翻新了。 当然不能由于困难的存在而放弃努力，并且指导老师也给我提供了很好 的设计蓝图： 1、改进仪器的定位装置； 2、改进仪器的对中调零装置； 3、改进仪器的记录装置； 4、很明显，设计思路是针对后面三个缺点。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 11 图图 4.14.1 固定基圆盘式齿形测量仪固定基圆盘式齿形测量仪 1-定位装置；2-压条；3-横向滑架；4

25、-弹簧拉销；5-拉销；6-杠杆；7-支架 8-顶尖轴 9-测头；10-套；11-轴；12-基圆盘；13-指针；14-螺母；15-弹簧；16-丝杠；17-基座； 18-手轮；19-径向滑架；20-轴承套；21-滚珠轴承；22-直尺 23-分度盘 为了弥补自身知识的贫乏，学习先进的齿形测量技术，我参阅了许多相 关资料，作了一些实习参观，为这次设计的顺利进行打下了良好基础。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 12 5 5 5 5 齿形测量仪器参考齿形测量仪器参考

26、齿形测量仪器参考齿形测量仪器参考 5.1 渐开线齿形的测量 渐开线齿形的测量对象是齿轮的齿侧轮廓，测量的标准是仪器中的基准 部分或样板，测量方法有比较测量和绝对测量。 渐开线仪器（各种型式渐开线检查仪的总称）是通过机械范成或电子范 成形成理想渐开线与被测齿形进行比较测量。而绝对测量是通过齿形上坐标 点的位置与理论公式或数学模型进行比较，两种比较方法均给出以线值表示 的齿形误差。 目前渐开线仪器很多，近年来随着科学技术，电子工业特别是电子计算 机的发展，电子演算式齿轮量仪有了很大的发展。有些齿轮量仪已开始向坐 标测量仪器发展。 5.2 渐开线仪器及其测量原理 所有渐开线仪器都是按渐开线的形成原理

27、进行工作的。因此仪器的结构 应保证能形成具有较高精度的理想渐开线。尽管渐开线仪器的种类繁多，但 都有不外乎是将理论渐开线（或方程式）与实际渐开线进行比校而获得齿轮 的齿形误差。 5.2.15.2.1 渐开线比较测量仪渐开线比较测量仪 所谓比较测量仪就是仪器的特定的机构按渐开线形成原理产生理想渐 开线，并与被测量的齿形比较而进行测量。凡属机械范成的仪器都有具有这 种功能。其差别仅仅是结构和测量准确度的不同。下面是常用几种单盘式和 万能式渐开线检查仪。 1、可换圆盘式渐开线检查仪 这种类型的仪器要根据被测齿轮基圆半径的不同而更换基圆盘，也就是 说一种齿轮要配一个或两个基圆盘，这样的仪器叫单盘式或双

28、盘式渐开线检 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 13 查仪。 图 5.1 为单盘式渐开齿测量仪。被测齿轮 1 与可换基圆盘 2 安装在同一 心轴上，基圆盘直径等于被测齿轮的基圆直径，当被测齿轮规格改变时，需 更换不同的基圆，所以又称为可换基圆盘式渐开线齿形测量仪，丝杠 3 使基 圆盘 2 和直尺 5 压紧后便作无滑动的滚动， 因而分别作直线运动和回转运动。 测头 4 的杠杆和测微计 6 安装在拖板 7 上。测头 4 位于基圆盘切线方向的直 尺边上。当丝杠

29、8 推动拖板 7 移动时，测头按渐开线原理沿理论渐开线形成 一轨迹。当被测齿形与理论渐开线之间存在误差时。此误差便可从测微计 6 反映出来。可使被测齿轮每转过角度的大小，按测量点的数量决定，也可用 记录器把齿形误差自动记录下来。 由此可见，渐开线齿形测量是将被测齿形与由直尺和基圆盘所产生的理 论渐开线进行比较。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 14 图图 5.15.1 单盘式渐开线齿形测量仪原理单盘式渐开线齿形测量仪原理 单盘式渐开线检查仪种类很多，结构

30、大同小异。由于结构简单，因而测 量精度高。但使用不方便，缺点：a 对于不同的齿轮需配备一个专用的精度 很高（直径公差 0.0010.002mm）的基圆盘；b 对于被测齿轮的实际基圆直 径不能从仪器上直接获得，而要通过数学处理得到，故实验室工作中对它不 在欢迎，但对成批，大量产品的检验仍有很大的优越性。 根据 JJG91-78 单盘式渐开线检查仪试行检定规定，被检齿轮可以是带 孔的（A 型仪器）也可以是带柚的（B 弄仪器）仪器分高精度和低精度两个 精度等级，如表 5.1 所示： 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620

31、062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 15 表表 5.15.1单盘式仪器的不同精度要求单盘式仪器的不同精度要求 项目仪器类别 高精度低精度 综合误差不大于0.002mm0.005mm 示值稳定性不大 于 0.001mm0.002mm 2、双盘式渐开线检查仪 双盘式渐开线检查仪，由于是采用卧式基圆盘在导轨上自由滚动的结 构，故仪器需要用两个基圆盘，如图所示被检定的渐开线样板固定在基圆盘 上，并随同在圆盘在细绳的牵引下，在导轨上一起滚动，测量头固定不动， 并与渐开线表面接触，同时检测出齿形误差。此仪器的测量压力为 0.1N ， 范成精度很高。 双盘式渐开线检查仪与单盘式渐开线检查

32、仪工作原理略有不同，前者仪 器的测量头和直尺固定不动，而基圆盘和被测齿轮又转动又移动，齿形的每 一点均通过测量头，并将齿形误码差检测出来。后者基圆盘和被测齿轮只转 动直尺与测量头同步移动，因此双盘仪器较单盘更为简单。 3、固定圆盘式万能渐开线检查仪 在单盘式渐开线检查仪的基础上加一套旋转杠杆机构，并通过杠杆进行 放大，这就克服了上述单盘式或双盘式渐开线检查仪更换基圆盘的缺点，而 成为万能渐开线检查仪，所谓万能就是对于基圆不同的齿轮不需要换基圆盘 即可进行测量，一般仪器在一定范围内可作无级调整，属于这一类仪器的类 型很多，以下是有代表性的几种： （1） 万能渐开线检查仪 该仪器适于测量模数 1-

33、10mm，最大外径为 450 mm 的齿轮，被测齿轮的 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 16 重量不超过 50kg 图 5.2 所示为仪器结构图， 从图中可看见滑板 4 是仪器主动件， 测量时 转动手轮 6 使滑板 4 移动，并通过下滑块 11 推出摆尺 8 摆动，同时通过双 钢带 3 使基圆盘 1 和齿轮轴 10 转动。另一方面，摆尺的摆动通过上滑块 9 使测量滑架 5 和测量头 6 同时移动， 当齿形有误差时， 通过测量头反映出来， 并画成误差曲线图

34、。可见此机构十分重要的环节是杠杆和上下滑块系统，这 一系统相对位置的正确与否，将直接引起测量误差。 图图 5.25.2 结构原理图结构原理图 1-圆盘；2-主轴和上下顶尖；3-钢带；4-滑板；5-测量滑架；6-手轮；7-丝杠； 8-摆尺；9-上滑块；10-齿轮和轴；11-下滑块；12-玻璃刻刀；13-读数显微镜； 14-调基圆滑架；15-微分筒；16-测量头；17-换向器；18-测头划架；19-电感表； 20-电缆；21，22-记录仪；23-记录纸箔；24-上顶尖；25-摆动轴；26-力柱；27-手轮 在此仪器中固安基圆盘与在其圆周上的钢带的纯滚动将产生生理想渐开线， 而测量滑架或测量头在齿形

35、面上形成的渐开线是经过了杠杆系统第二次产 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 17 生的渐开线，所以说杠杆系统是很重要的环节，如图 5.3 所示 。 。 。 。 图图 5.35.3 圆盘钢带及杠杆系统圆盘钢带及杠杆系统 O 为圆盘回转中心,O为杠杆摆动中心，当钢带与圆盘原来的切点 a 移 动到 a的距离为 S 时，下滑块回转中心 b 移到 b距离也为 S 时，同样， 当上滑块回转中心 d 移到的距离为 d，而测量头由 C 移动到 C时，若 被测点形没有误差，

36、则距离也为 ，否则为 f f，故传动系统可分为 二级，第一级传动渐开线方程为： SR R S = = 第二级传动渐开线方程为： b r = 由于圆盘与齿轮回转的角度相等，则 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 18 b rR S = 此公式为渐开线检查仪的基本工作原理，从公式可看出仪器的杠杆系统是一 种比例放大机构并呈线性放大， 当仪器的比例关系遭到破坏时， 则仪器失调， 并将出现误差，故使用中经常用标准渐开线样板校对仪器。 （1） 旋转杠杆式渐开线检查仪

37、旋转杠杆式渐开线检查仪（见图 5.4）工作原理与摆动杠杆式渐开线仪 器基本相同，所不同的是杠杆机构与被测齿轮同轴回转，测量时，用读数显 微镜 c 按标尺 b 调整被测齿轮的基圆半径，使测量头 a 正好落在滑架 e 在基 圆滑架的滑动面上移动， 同时通过滚柱推动杠杆 h 回转， 比例杠杆 h 转动时， 图图 5.45.4 旋转杠杆式渐开线检查仪旋转杠杆式渐开线检查仪 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 19 滚柱 k 与滑座 j 随之移动，则钢带 m1 和 m

38、2 使圆盘 o 施转，与其同轴的被测 齿轮 p 通过 g 的带动也一起旋转，若圆盘 o 的半径为 R0，滑架 e 移动。 则 图盘钢带移动的距离为； 0 R S r = 此式与前面比例放大公式相同，旋转杠杆式仪器主要的优点是传动链的对称 性比较好。 （2） 靠模式渐开线检查仪 图图 5.55.5 靠模式渐开线仪器原理图靠模式渐开线仪器原理图 靠模式渐开线检查仪（见图 5.5）的特点是仪器内装有一块标准渐开线靠模 板 7，用它来起理论渐开线的作用，被测齿轮与靠模 7 安装在同一轴上，通 过带动器连接并使其回转，直尺 6 紧贴渐开线靠模板 7 的形成展成运动，滑 板同时被推动，当靠模转过角时，滑板

39、移动距离即 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 20 cos SR = 式中=渐开线靠模板压力角 面滑板通过较链使与杠杆 3 回转角，则 S tg A = 式中 A-杠杆回转中心 B 到较链 5 的距离杠杆 3 又通过较链 4 与测量滑架 2 相连，测量时，调整滑架 2 靠紧垫入的量块，量块尺寸等于基圆半径这时铰 链 4 到杠 3 的摆动中心距离等于齿轮的基圆半径 rb。测量头 1 到顶尖中心 的距离也等于齿轮的基圆半径 rb，当杠杆回转角时，铰链 4 就使

40、测头 1 移动距离。即 bb S rr A = = 由引可见靠模式渐开线检查仪的工作原理也与上述仪器相同，但靠模式仪器 精度低，灵敏限差，不大使用。 （3） 正切式渐开线检查仪 图图 5.65.6 正切式渐开线检查仪正切式渐开线检查仪 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 21 正切式渐开线检查仪的工作原理如图 5.6 所示，转动手轮使直尺与扇形 板作无滑动的纯滚动，直尺与纵向滑板连在一起，滑板上装有正弦尺，通过 滚动与重直测量滑架，联系起来，测量滑板上又有一

41、个调整测量头位置的滑 架，测量时，把测量头调整到被测齿轮的基圆位置上，齿轮与扇形板同轴转 动，调整正弦尺使其斜角满足下式关系； () b r arctg R = 当转动手轮使滑板移动 S 距离时，圆盘与被测齿轮则转动角，即 S R = 通过正弦尺的作用，使测量滑板移动的距离为 b rStg = = 正弦尺是本仪器实现万能性的机构，从它的工作性质来说，在测量过程中会 产生同步误差和正弦原理误差，两者误差方向相反。 将上式偏微分得误差方程： 2 sec R dRSdds S =+ 以此式知，当 d和 ds 误差大小一定时，角愈大，则仪器的合成误差 d 愈大，故使用此仪器时角应小于 45 度， 仪器

42、的正弦尺误差主要是由于扇形板与直尺工作面之间的滑动现象所 引起，其次是 弦尺的原理误差，滑动在本仪器中不会直接引起测量误差， 故可令ds S 并设 s=100mm,d=2，当=45时， 22 12 ()0.00010.002 cos2 dsdmm = =100(= 当=30时 2 2 )0.00010.0013 3 dmm =100(= 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 22 故使用仪器时要注意正弦尺的原理误差，即角应尽可能小于 45 度， 否则会出现校大

43、的原理误差。 属于这一类型的仪器有我国第二汽车厂 ZZP109 齿形检查仪等。 4 可换圆盘式渐开线检查仪 PFS-600 型渐开线螺旋线检查仪经过改进，生成了 PFSU 仪器。 PFSU 型仪器的工作原理具有坐标测量仪器的特点， 仪器的滑板 1 为主动 件，通过水平度盘斜槽 2 推动测量滑架 3 移动，同时通过与滑板连接的拉杆 迫使摩擦圆盘 4 转动（圆盘有两种尺寸 D1=40mm，D2=200mm） ，使主轴 5 与带 动器 6 和被测齿轮 7 产生角位移，调整基圆用的刻度尺，只起尺寸调整作用 即仪表测量头 8 的位置，不再起到改变运动关系的作用。 测量时，齿轮的基圆半径通过调整，水平度盘

44、斜槽的角度来实现，计 算公式为： , 2 b sD tgsr = = b D tg d = 式中各符号含义见图 5.7 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 23 图图 5.75.7 PFSUPFSU 仪器工作原理仪器工作原理 由于大小圆盘的尺寸相差 5 倍，当测量同一基圆齿轮时，用小圆盘测量 的斜角比大圆盘小 5 倍，故大小圆盘测量精度相差 5 倍。 图图 5.85.8 斜槽与测量位移的关系斜槽与测量位移的关系 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学

45、院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 24 根据试验斜槽角度与测量径移的精度关系（见图 5.8）为：10能产生 4mm 的位移，即相当于 2.5产生 1的位移，对主轴转角影响为 1 0.001 0.00005(10 /220D =弧度） 2 0.001 0.00001(2 /2100D = 弧度） 故本仪器的角度转位的精度很高，但由于机械结构的关系，仪器的灵敏 限却不一定能相适应。 例如，用 D=40mm 的圆盘测量基圆直径 b d=150.09mm 的齿轮，由于基圆 有 0.003mm 的误差，如国将此

46、误差测量出来 ，并用角度秒表示，按式算出； 1 40 0.265167565 150.090 tgrad = 2 40 0.265162265 150.093 tgrad = 0.2651675650.2651622650.000005331rad = 可见仪器水平斜度盘出现的 1的误差，将造成被测齿轮基圆 0.003mm 的误差故使用 PFSU 型仪器要注意此误差的影响，而且这种影响随使用圆盘 直径的不同及被测齿轮基圆尺寸的不同各异。 万能渐开线检查仪检定规程规定，万能式渐开线仪器分为三个精度，如 表 5.2 所示，任何一类渐开线仪器按其检定的情况和条件均可检定高精度齿 轮或精度稍低的齿轮，

47、其先决条件是看仪器所划出齿形曲线的直线度如何。 直线度越好，则仪器精度越高，相反则精度要稍差一些。 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 2006200620062006 届毕业设计届毕业设计届毕业设计届毕业设计 25 表表 5.25.2测量不同精度齿轮渐开线的仪器精度要求测量不同精度齿轮渐开线的仪器精度要求 被测齿轮精度画曲线的直线 度误差 综合误差（mm） rb60mmRb150mm 4 级0.00-10.00150.002 5 级0.00150.0020.003 6 级以下0.0020.0030.004 5.2.25.2.2 渐开线绝对测量仪渐开线绝对测量仪 常用的渐开线绝对测量方法有两种，旋转坐标法和直角坐标法，坐标测 量具有方法简单，容