测控技术及仪器专业 专业综合课程设计
将ri分别等于Rs起测圆半径和Ra齿顶圆半径代入上面方程，可以求解出定位球的直径范围Dmax和Dmin，即定位球直径范围应当满足式（2-44）：
Dmin/ri?Rs?D?/arix?Ra (2-44) 0Dm将分度圆半径 和齿顶圆半径 分别代入公式中(2-44) ，可以计算出定位球的直径范围，针对m=10，z=90的标准齿轮，将数据带入公式得到：
0D1?24 . 2 16.59? (2-45)
根据国家标准GB/T6403.1-2008相关规定，故取定位球直径为20mm。
表2.2为可供选择的其它定位球直径，根据国家标准GB/T6403.1-2008相关规定，定位球推直径荐选择如表2.3
表2.2 定位球直径
m d D m d D
9 13.284 19.922
14 26.664 36.989
18 32.569 45.843
22 38.473 53.697
表2.3 定位球的直径推荐选择（单位：mm）
m 8、9 10 12 14、16 18、20、22 25、28 32、36 40、45
D 16 20 25 32 40 50 63 80
28 47.329 67.978
36 59.138 85.686
45 72.423 99.608
8
10
12
16
20
25 42.901 55.338 32 53.234 70.832 40 65.042 88.540 11.308 16.590 17.678 24.245 23.902 29.518 35.521 32.479 41.567 50.270 21
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图2.8 系统总体工作流程
根据仪器的工作原理本软件首先进行系统初始化，数据部分生成初始化数据，得到分度圆半径、定位球直径范围、测量次数等数据；图象处理部分绘制理论渐开线。然后选择定位球的直径并进行跨齿数、定位臂长、测量臂长等数据的输入，对相关参数进行计算；与此同时，进行真实齿形的读入，然后由相关程序进行渐开线齿形误差的计算和分析，然后进行精度分析，最后生成所需的最终数据和相应图形的绘制。系统总体工作软件流程如图2.8所示
2.4精度设计
合理的精度设计必须对仪器各组成部分源误差对仪器总精度影响程度的正确估计，对于一些对仪器精度影响较大的环节给予较严的精度指标；对于那些对仪器精度影响较小的环节给予较宽松的精度指标，在满足仪器总精度要求的前提下使成本降至最低。
根据设计任务书要求，被测齿轮参数：模数mn?8，齿数Z?90，精度4级及其以下。我们针对模数mn?10，齿数Z?90，精度6级的齿轮，查国家标准GB 10095-88得其齿形误差ff?17um，根据微小误差原则，所设计仪器的总误差与被测参数的公差
11值之比应保证在~以内，所以仪器总精度。U仪?1/3?17?5.677um
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2.4.1机械子系统误差
(1)测量头的制造误差：本设计中采用的测量头直径很小（约3mm)，所以可忽略不计。
(2)测量头变形误差，可以求得变形量，进行补偿 (3)定位球定位误差，可补偿到很小 (4)导轨直线运动误差 (5)传感器安装误差 (6)驱动机构误差
(7)电机与连轴器连接部分安装误差 (8)动导轨与连轴器连接部分安装误差 2.4.2光电子系统误差
(1)传感器测量误差
(2)信号处理及放大单元的信号漂移导致的误差。 (3)A/D转换误差 2.4.3软件子系统误差
此系统误差极小。 2.4.4其余误差
① 原理误差，可完全补偿； ② 温度误差 2.4.5误差分配
仪器总误差是仪器总系统误差与总随机误差之和，由于其性质不同其分配方法也不同。
对于系统误差要进行补偿，余下的随机误差按加权作用原则进行分配。需要进行考虑和计算的误差基本属于随机误差和未定系统误差，故主要按照随机误差的分配原则进行分配。综合误差分析考虑，机械子系统部分误差权重较大，光电子系统次之，软件子系统误差权重最小。
我们按加权作用原则进行分配，暂定各子系统权重为： 机械系统：0.75 光电系统；0.20 软件系统：0.05
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则误差分配为： 机械子系统：?机械?光电子系统：?光电?A机U仪A机?A电?A软A电U仪A机?A电?A软222222??0.75?5.670.75?0.2?0.050.20?5.670.75?0.2?0.05222222?5.46?m (2-46) ?1.46?m (2-47)
?软件?软件子系统：
A软U仪A机?A电?A软222?0.05?5.670.75?0.2?0.05222?0.36?m (2-48)
2.5测控仪器造型设计
造型设计也是总体设计中一个重要的问题，造型设计是与设备的功能、结构、材料、
工艺、视觉感受与市场关系紧密相关的重要设计工作。造型设计也是具有实用功能的设计，造型中采用结构、材料和工艺要符合经济原则。造型设计还要使产品的外形、色彩和表面特征符合美学原则，以适应人们的时尚要求，并从式样、形态、风格、气氛上体现时代的特点。外形轮廓应给人以美的享受，使用户喜爱它，使操作者珍爱它，加倍保护它。造型设计反映到测控仪器的设计之中，我们从以下几个方面考虑：
1、外形轮廓由直线和光滑曲线组成，避免过度的凸出物，使外形美观大方，减少安全隐患。
2、长和宽比例近似为黄金分割比，以取得协调美感。
3、结构要均衡稳定。仪器各部分轻重对称，相对和谐，且下部较重，上部较轻，以降低重心。
4、色彩格调要符合人的审美观，给操作者美的感受。
5、考虑操作者人体尺度、视角要求、作用力要求及操作安全等。
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3.机械子系统设计
3.1机械系统设计任务与要求
3.1.1总体要求
该系统主要是利用测量头的直线运动轨迹去逼近齿形渐开线，如图3.1所示为测量及定位原理图。测量头只能沿轴方向作直线运动，而且始终保持与齿面接触。当测量头沿轴方向作直线运动时，它在x方向上的变化量可由微量传感器反映出来。它包含了测量头的直线运动轨迹与渐开线之间的原理误差xi和齿形误差?xi 。
由前面的系统测量原理分析可知，直线基准法存在着原理误差。而定位机构的设计精度是影响原理误差的重要因素之一。目前大型和超大型在线测量的、仪器的关键技术是精密定位技术，所以在定位机构设计方面我们应当投入较多的精力，争取实现定位精度和经济效益的最佳结合。在线检测仪器当中最理想的定位方法是齿槽定位，不仅定位可靠，而且定位精度高。为了保证齿轮的定位精度，一方面要求选择与待测齿轮参数相匹配的直径大小的定位球，另一方面要求定位球本身的精度保证。
图3.1 直线基准法原理图
3.2机械系统方案的拟定
本次我们选择直线基准法检测齿轮误差，其测量的基本原理是利用测量头的直线运动轨迹去逼近齿轮渐开线。测量头A沿Y轴方向作直线运动，而且始终保持与齿面接触。当测量头A沿Y轴方向做直线运动时，它在X轴方向的变化量可以由误差传递机构反映出来。
3.2.1测量系统定位
测量系统的定位靠定位球A和B完成。当系统启动以后，输入待测齿轮参数，系统会自动提示可选用的定位球直径大小、定位臂长及调整参数。在选用适当的定位球直径及定位臂长度之后，系统自动确定定位位置并会补偿定位误差。
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