凸輪軸測量儀設(shè)計(jì)（全套圖紙）

1、凸輪軸測量儀設(shè)計(jì)摘 要 凸輪機(jī)構(gòu)是常用機(jī)構(gòu)，應(yīng)用范圍很廣。因此，對(duì)凸輪工作性能的要求就越來越高，而凸輪工作性能的好壞主要由相關(guān)的凸輪形線參數(shù)來決定。因此，目前國內(nèi)外對(duì)凸輪參數(shù)的測量儀的研究和開發(fā)也越來越廣泛和深入。凸輪軸測量儀采用精密機(jī)械、光柵、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)，為滿足汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸、汽車前后橋剎車凸輪軸等檢測要求而特殊設(shè)計(jì)制造的新型測量儀器，可測量凸輪軸的桃形型而誤差、桃形對(duì)定位鍵槽的相位角誤差、桃形間相位角誤差、軸徑的徑向跳動(dòng)及凸輪的速度、加速度等測量項(xiàng)目。凸輪軸是工程中常用的零件，在凸輪軸的大批量生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品的測量變得非常重要。凸輪軸的軸向尺寸較多并且精度較高

2、，用傳統(tǒng)的測量方法無法保證每一件產(chǎn)品的測量精確、且容易造成測量成本過高，因此需要一臺(tái)專用的測量設(shè)備才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量控制。所以我設(shè)計(jì)了一臺(tái)凸輪軸專用測量儀。 這次設(shè)計(jì)的凸輪軸測量儀運(yùn)用了現(xiàn)在比較熱門的機(jī)器視覺作為測量手段，又采用了步進(jìn)電機(jī)光柵等元件，因此對(duì)信號(hào)采集，圖像處理，運(yùn)動(dòng)控制等方面有較高的要求。導(dǎo)致影響最后測量精度的因素太多，因此調(diào)試過程會(huì)比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，但是關(guān)鍵零件精度要求非常高，對(duì)加工工藝以及設(shè)備要求較高，裝配精度也要求較高，因此裝配調(diào)試也比較復(fù)雜。關(guān)鍵詞：測量手段 ，步進(jìn)電機(jī)光柵，精度高，精密機(jī)械 the camshaft measuring instr

3、ument is designed author: gao xiao huan tutor : wang ping zhu abstract wheel mechanism is used, the application range is very wide.therefore, the cam working performance requirements more and more high, and the cam work performance is good or bad cam shape line is mainly composed of relevant paramet

4、ers to decide. on cam parameter measuring instrument at home and abroad, therefore, the research and development is becoming more and more widely and deeply. cam shaft measuring instrument precision machinery, grating, microcomputer technology, in order to meet the needs of automobile, motorcycle en

5、gine camshaft, car camshaft front and rear axle brake detection requirements model special equipment design and manufacturing, but peach shape measurement of camshaft phase error on positioning keyway, peach, peach angle error shape between the phase angle error, and the cam shaft runout the radial

6、velocity, acceleration measurement project.the camshaft is commonly used in engineering, in the mass production of the cam shaft, in order to ensure the quality of products, product measurement becomes very important. cam shaft axial size more and high precision, can not be guaranteed by the traditi

7、onal method of measuring each product precision, and easy to cause the measurement cost is too high, therefore need a dedicated measurement equipment to ensure the products quality control. so i designed a cam shaft measuring instrument.now the design of the cam shaft measuring instrument using a po

8、pular machine vision as a means of measurement, and used the element such as stepper motor grating, so the signal collecting, image processing, motion control, etc, have higher requirements. factors lead to effect the measuring accuracy is too much, so the debugging process is more complicated. this

9、 design the mechanical structure is relatively simple, but the key parts accuracy requirement is very high, the processing technology and equipment demand is higher, assembly accuracy and the demand is higher, so assembly debugging is also more complex.keywords:：measurements, stepper motor grating,

10、high accuracy, precision machinery目錄1.緒論12.國內(nèi)外主要的一些凸輪軸測量儀22.1 國內(nèi)主要的一些凸輪軸測量儀22.1.1 中外合資廣州威而信精密儀器有限責(zé)任公司研發(fā)的凸輪軸測量儀22.1.2 北京啟點(diǎn)恒達(dá)測控技術(shù)公司研發(fā)的凸輪軸測量儀32.2 國外主要的一些凸輪測量儀52.2.1 美國阿德柯爾911凸輪軸檢測儀52.2.2 瑞士trimos 多功能軸類檢測儀53項(xiàng)目分析和方案擬訂74.主要元器件的選擇94.1 ccd傳感器以及鏡頭的選擇94.2 導(dǎo)軌的選擇94.3 滾珠絲桿的選擇計(jì)算144.4 長光柵的選擇154.5 電機(jī)的選擇154.6 齒輪設(shè)計(jì)18

11、4.7 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算26結(jié)論27致謝28參考文獻(xiàn)29附錄31 1.緒論 凸輪軸是工程中常用的零件，在凸輪軸的大批量生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品的測量變得非常重要。凸輪軸的軸向尺寸較多并且精度較高，用傳統(tǒng)的測量方法無法保證每一件產(chǎn)品的測量精確、且容易造成測量成本過高，因此需要一臺(tái)專用的測量設(shè)備才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量控制。所以我設(shè)計(jì)了一臺(tái)凸輪軸專用測量儀。 采用方案是利用ccd傳感器識(shí)別邊界，進(jìn)行非接觸式測量。這在現(xiàn)階段的測量技術(shù)領(lǐng)域還屬于比較新穎的測量技術(shù)。因?yàn)閏cd傳感器的視角范圍很小，不能直接利用它來測量這樣大尺寸的工件。因此在本測量儀中，只利用它作為一個(gè)識(shí)別工件邊界的工具，再利用光柵

12、記錄ccd傳感器移動(dòng)的距離，這樣也可以得到精確的測量結(jié)果。而且成本也比較低。但是這種測量方法受環(huán)境光源的影響較大，因此對(duì)環(huán)境有一定的要求。 目的：研究回轉(zhuǎn)類零件工藝參數(shù)的檢測、分析與控制，包括接觸式參數(shù)提取，數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理，參數(shù)識(shí)別等，研究凸輪形線參數(shù)測試儀，重點(diǎn)研究測量平臺(tái)和參數(shù)分析及誤差理論。 意義：目前在凸輪檢測中，大多采用光學(xué)分度頭對(duì)凸輪進(jìn)行分度，分度由人工控制。這種測量方法速度慢，精度低，并存在一定的人為誤差。而本課題研究全自動(dòng)凸輪形線參數(shù)測量儀，能夠很好的降低人為誤差。另外，采用以凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)升程為縱坐標(biāo)的方式表達(dá)凸輪形線，通過光柵式位移傳感器探針測量凸輪升程，保證位

13、移精度達(dá)到1微米；通過編碼器和步進(jìn)電機(jī)控制凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，保證角度精度0.1度。因此可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、高精度測量；市場上，雖然少數(shù)采用三坐標(biāo)測量儀器檢測，但是三坐標(biāo)測量儀價(jià)格昂貴，因而，在除少數(shù)情況下外，一般很少用。因此，根據(jù)以上情況及目前企業(yè)的實(shí)際情況來看，本課題所研究的問題，具有較高的實(shí)用性。 2.國內(nèi)外主要的一些凸輪軸測量儀 凸輪機(jī)構(gòu)是常用機(jī)構(gòu)，應(yīng)用范圍很廣。因此，對(duì)凸輪工作性能的要求就越來越高，而凸輪工作性能的好壞主要由相關(guān)的凸輪形線參數(shù)來決定。因此，目前國內(nèi)外對(duì)凸輪參數(shù)的測量儀的研究和開發(fā)也越來越廣泛和深入。下面將對(duì)此進(jìn)行一下簡要的介紹。2.1 國內(nèi)主要的一些凸輪軸測量儀2.1.1 中

14、外合資廣州威而信精密儀器有限責(zé)任公司研發(fā)的凸輪軸測量儀如圖2.1所示，為該公司研發(fā)的凸輪軸測量儀的實(shí)物圖。左邊為凸輪測量儀器的安裝和測量平臺(tái)，右邊為數(shù)據(jù)采集與處理平臺(tái)。 這套凸輪軸測量儀器，采用凸輪軸立式安裝測量結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)軸由精密氣浮主軸與氣浮頂尖構(gòu)成，雙氣浮直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌立柱做為直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)，由進(jìn)口電機(jī)驅(qū)動(dòng)；電器部分由高級(jí)計(jì)算機(jī)及進(jìn)口精密圓光柵傳感器、精密光柵位移傳感器組成。測量軟件采用基于中文版windows操作系統(tǒng)平臺(tái)的wilson測量軟件，完成參數(shù)輸入、測量選擇、數(shù)據(jù)采集、處理及測量數(shù)據(jù)管理和測量結(jié)果打印輸出等工。 圖2.1威爾信凸輪軸檢測儀裝置圖 這款測量儀器目前在國內(nèi)還算是比較先進(jìn)的

15、，它主要有以下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）立式主機(jī)測量結(jié)構(gòu)：凸輪軸垂直安裝，避免重力因素影響對(duì)測量造成的誤差；（2）高精度：機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和工件的定位（超精密氣浮主軸與氣浮頂尖、雙氣浮直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌立柱）均采用氣浮結(jié)構(gòu)，主軸精度高達(dá)0.08um；（3）長壽命：主軸、導(dǎo)軌均采用氣浮結(jié)構(gòu)，故永不磨損、精度保持長久、儀器精度壽命長達(dá)十年以上；（4）數(shù)據(jù)采集采用世界上最著名的德國海德漢公司的精密光柵傳感器（旋轉(zhuǎn)、位移）及其相關(guān)技術(shù)，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好；（5）工作平臺(tái)和立柱導(dǎo)軌均采用精密花崗巖材料制成，可抑制周圍環(huán)境的噪聲和震動(dòng)；（6）可放置在企業(yè)計(jì)量室和生產(chǎn)車間現(xiàn)場使用 2.1.2 北京啟點(diǎn)恒達(dá)測控技術(shù)公司研發(fā)的凸輪

16、軸測量儀北京啟點(diǎn)恒達(dá)測控技術(shù)開發(fā)有限公司目前已開發(fā)的凸輪軸測量儀，分為三個(gè)系列：（1）計(jì)量型凸輪軸、曲軸測量儀（2）在線式凸輪軸測量儀 （3）凸輪軸綜合項(xiàng)目測量儀 下面對(duì)以上三個(gè)系列的凸輪軸測量儀器分別予以介紹。計(jì)量型凸輪軸測量儀如圖2.2所示為其實(shí)物圖。測量平臺(tái)底部的夾具和定位裝置固定凸輪軸，并通過裝在測量平臺(tái)底座里面的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)被測凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。測頭裝置可以沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量。該測量儀的主要特點(diǎn)有：（1）可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化測量，避免了人工操作造成人為誤差（2）測量精度高，徑向，可達(dá)0.1微米。軸向，可達(dá)0.1微米 圖2.2計(jì)量型凸輪軸測量儀 在線式凸輪軸測量儀，其測量平臺(tái)示意圖

17、如圖2.3所示。 該凸輪軸測量儀的重要特點(diǎn)有：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)在線測量（2）精度高，軸向精度可大0.1微米（3）測量參數(shù)較全面，可測量凸輪的升程曲線、相位角、基圓直徑、基圓跳動(dòng)、桃高（4）采用立式結(jié)構(gòu)，凸輪軸垂直安裝，避免重力因素影響對(duì)測量造成的誤差； 圖2.3在線式凸輪軸測量儀凸輪軸綜合項(xiàng)目測量儀如圖2.4所示，左邊為其測量平臺(tái)，右邊為其數(shù)據(jù)采集及處理平臺(tái)。 該測量儀是一臺(tái)比較先進(jìn)的測量儀器，其的主要特點(diǎn)有：（1） 替代傳統(tǒng)檢具，對(duì)除凸輪升程、相位以外的非主要多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測量。 （2） 組合式，根據(jù)不同檢測項(xiàng)目，由多臺(tái)儀器組合成為一套測量系列儀器組。（3）高速,與傳統(tǒng)檢具相比，測量速度提高幾倍

18、至幾十倍。（4）由于多數(shù)測量項(xiàng)目的動(dòng)作控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理均由計(jì)算機(jī)完成，因而，減少了人為主觀因素，使測量更客觀準(zhǔn)確。（5）可無限保留原始測量數(shù)據(jù)。 圖2.4凸輪軸綜合項(xiàng)目測量儀 2.2 國外主要的一些凸輪測量儀2.2.1 美國阿德柯爾911凸輪軸檢測儀如圖 2.5所示。左邊為測量平臺(tái)，右邊為數(shù)據(jù)采集及處理平臺(tái) 該測量儀是一套比較先進(jìn)的測量儀器，其主要特點(diǎn)有：（1）立式結(jié)構(gòu)，凸輪軸垂直安裝，避免重力因素影響對(duì)測量造成的誤差；（2）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量（3）測量精度高 圖2.5阿德柯爾911凸輪軸檢測儀2.2.2 瑞士trimos 多功能軸類檢測儀 如圖2.6所示，瑞士trimos公司生產(chǎn)的tw

19、inner多功能軸類測量系統(tǒng)可完成以下測量任務(wù)：長度、直徑、距離、遞增尺寸、槽寬、槽徑、中點(diǎn)距離、角度、孔的位置、曲軸和凸輪軸沖程、跳動(dòng)、基于工件軸線的跳動(dòng)、圓度、端面跳動(dòng)、同心度、對(duì)稱度、平行度、直線度、圓錐角度、最大最小值/差值、交點(diǎn)尺寸等。twinner儀器特點(diǎn)：1. 穩(wěn)定性高（儀器基體都由花崗巖制成），精度高、重復(fù)性好、操作簡便2.在車間環(huán)境下，長度、直徑和跳動(dòng)的測量精度能得到保證3. 一般情況下，儀器不必經(jīng)常標(biāo)定4. 更換工件后，無需對(duì)儀器進(jìn)行重新標(biāo)定5. 導(dǎo)軌直線度好=0.002mm6. 頂針頭座和尾座可以自由移動(dòng)，工件可裝夾在任意位置7. 特殊頂針座可選，可安放于兩標(biāo)配頂針座之間

20、，這樣可同時(shí)裝夾兩種工件，可同時(shí)測量8. 導(dǎo)軌和頂針座間平行度調(diào)整方便，在一些情況下（如頂針座受到撞擊后）方便調(diào)整9. 長度和直徑測量模塊固定于測量支架上，與導(dǎo)軌垂直度好10. 測力固定，極大的減少了人為誤差11.長度和直徑測量模塊上裝有特殊的機(jī)電機(jī)構(gòu)，測量時(shí)所有測量結(jié)果和測量信息(如測量位置)有自動(dòng)采集提示12.儀器基本上有3個(gè)支架，第一個(gè)安放可選測量模塊，第二個(gè)為長度測量系統(tǒng)，第三個(gè)為直徑和跳動(dòng)測量系統(tǒng)13.另有各種測頭、測量系統(tǒng)可選，例如：孔測頭，角度測量系統(tǒng)等. 圖2.6twinner多功能軸類測量系統(tǒng) 以上簡要介紹了目前國內(nèi)外關(guān)于凸輪軸測量儀器產(chǎn)品研發(fā)的一些情況，可見目前，凸輪軸測量

21、儀器的發(fā)展越來越趨向于全自動(dòng)化、高精度的要求。 3項(xiàng)目分析和方案擬訂 1. 根據(jù)要求，擬定了兩種方案：1) 方案一：如圖3.1所示。采用相對(duì)測量法，定做標(biāo)準(zhǔn)軸，利用高精度的位移傳感器對(duì)每一個(gè)測量參數(shù)進(jìn)行測量，利用測量值與標(biāo)準(zhǔn)軸的測量值進(jìn)行計(jì)算，得到所需要的精確測量結(jié)果。 圖3.1方案一原理示意圖2) 方案二：如圖3.2所示。采用頂尖定位被測工件、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、齒輪變速、絲杠傳動(dòng)，從而帶動(dòng)ccd座移動(dòng)，ccd鏡頭瞄準(zhǔn)工件邊界通過軟件識(shí)別邊界，用反射式光柵記錄軸向距離、通過運(yùn)算，得到所需要的精確測量結(jié)果。圖3.2方案二原理示意圖2. 比較方案的優(yōu)劣：方案一采用的是接觸式測量，用電感傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)

22、行測量，屬于比較傳統(tǒng)的測量方式。這種方式由于采用的是電感傳感器，這種傳感器分辨率較高，抗干擾能力也較強(qiáng)，因此測量結(jié)果精確可靠，測量速度很快，技術(shù)也非常成熟。但是由于這里要求測量的工件型號(hào)較多，尺寸也較多，將需要大量的電感傳感器，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，成本將非常高。而且被測工件的兩兩參數(shù)之間的距離也比較小，會(huì)在結(jié)構(gòu)布置上產(chǎn)生很多限制。方案二采用的是利用ccd傳感器識(shí)別邊界，進(jìn)行非接觸式測量。這在現(xiàn)階段的測量技術(shù)領(lǐng)域還屬于比較新穎的測量技術(shù)。因?yàn)閏cd傳感器的視角范圍很小，不能直接利用它來測量這樣大尺寸的工件。因此在本測量儀中，只利用它作為一個(gè)識(shí)別工件邊界的工具，再利用光柵記錄ccd傳感器移動(dòng)的距離，

23、這樣也可以得到精確的測量結(jié)果。而且成本也比較低。但是這種測量方法受環(huán)境光源的影響較大，因此對(duì)環(huán)境有一定的要求。 綜合以上原因，我選擇了第二套方案。 4.主要元器件的選擇4.1 ccd傳感器以及鏡頭的選擇 根據(jù)用戶要求，被測量的工件有多種型號(hào)，各型號(hào)產(chǎn)品的徑向尺寸各不相同，就需要不同的焦距。因此，我們選擇了0.84.5倍變倍鏡頭以及型號(hào)為12v1e-ex的ccd傳感器。4.2 導(dǎo)軌的選擇 1)導(dǎo)軌類型的選擇在本測量儀中，測量精度以及重復(fù)性的要求比較高，并且采用的是ccd傳感器采樣，因此要求導(dǎo)軌的行走平行度比較高，行走平穩(wěn)。因此，普通導(dǎo)軌就不能達(dá)到要求。因此我們選擇了hiwin臺(tái)灣上銀科技股份有限

24、公司的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌有以下優(yōu)點(diǎn)： a. 定位精度高 使用導(dǎo)軌作為線性導(dǎo)引時(shí)，由于導(dǎo)軌的摩擦方式為滾動(dòng)摩擦，不僅摩擦系數(shù)降低至滑動(dòng)導(dǎo)引的1/50，動(dòng)摩擦力與靜摩擦力的差距亦變得很小。因此當(dāng)床臺(tái)運(yùn)行時(shí)，不會(huì)有打滑的現(xiàn)象發(fā)生，可達(dá)到m級(jí)的定位精度。b. 磨耗少能長時(shí)間維持精度 傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)引，無可避免的會(huì)因油膜逆流作用造成平臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度不良，且因運(yùn)動(dòng)時(shí)潤滑不充份，導(dǎo)致運(yùn)行軌道接觸面的磨損，嚴(yán)重影響精度。而滾動(dòng)導(dǎo)引的磨耗非常小，故機(jī)臺(tái)能長時(shí)間維持精度。c. 適用高速運(yùn)動(dòng)且大幅降低機(jī)臺(tái)所需驅(qū)動(dòng)馬力 由于導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)摩擦力非常小，只需較小動(dòng)力便能讓床臺(tái)運(yùn)行，尤其是在床臺(tái)的工作方式為經(jīng)常性往返運(yùn)行時(shí)，更能明顯降低機(jī)

25、臺(tái)電力損耗量。且因其摩擦產(chǎn)生的熱較小，可適用于高速運(yùn)行。 2) 導(dǎo)軌型號(hào)選擇： 導(dǎo)軌型號(hào)選擇計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果選用系列產(chǎn)品查hiwin臺(tái)灣上銀科技股份有限公司的選型樣本，選擇了適合精密測量儀器使用的hg系列選擇hg系列選用精度等級(jí)從c普通, h高, p精密, sp超精密, up超高精密等級(jí)中，根據(jù)設(shè)備精度要求以及價(jià)格因素，我們選擇p級(jí)的導(dǎo)軌選擇 p級(jí)靜載荷p（n）的確定pgmg159.8n147nm為拖板以及ccd鏡頭的質(zhì)量（經(jīng)過估算m15kg，我們這里按照最大值15kg計(jì)算）p147n負(fù)荷狀況無沖擊力且平滑使用速度v15 m/min潤滑1.導(dǎo)軌若沒有適當(dāng)?shù)臐櫥?，滾動(dòng)部分的摩擦就會(huì)增加

26、，長期使用會(huì)成為縮短壽命的主要原因。潤滑劑有下列幾種作用：2減少滾動(dòng)部分的摩擦、防止燒傷并降低磨損。3在滾動(dòng)的面與面之間形成油膜，可延長滾動(dòng)疲勞壽命。4. 防止生銹。潤滑油脂(grease)每組導(dǎo)軌在出廠前可封入鋰皂基潤滑油脂以潤滑珠槽軌道，雖然潤滑油脂較不易流失，但為避免因潤滑損耗造成潤滑不足，建議客戶使用距離達(dá)100 km時(shí)，應(yīng)再補(bǔ)充潤滑油脂一次，此時(shí)可用注油槍即滑塊上所附油嘴，將油脂打入滑塊中。潤滑油脂適用于速度不超過60m/min，且對(duì)冷卻作用無要求的場合。計(jì)算加油脂的時(shí)間間隔：t=100 1000/ （ve60） hr 416.6hr 52個(gè)工作日t : 注油頻率 (hour)對(duì)儀器

27、作保養(yǎng)時(shí)候，加油脂的時(shí)間間隔t416.6hr52個(gè)工作日a. 基本靜額定負(fù)荷 (c0) 基本靜額定負(fù)荷型號(hào)滑軌長度 (mm)精度等級(jí)行走平行度(m)基本動(dòng)額定負(fù)荷(kn)基本靜額定負(fù)荷c0 (kn)容許靜力矩mrkn-mmy kn-mmp kn-mhgh35ha1r1160z2p1160p（精密級(jí)）114.9510.281.731.201.20v: 速度 (m/min) 這里v取4m/min根據(jù)需求精度、載荷，以及價(jià)格等因素，我查hiwin臺(tái)灣上銀科技股份有限公司的選型樣本，選擇了型號(hào)為hgh35ha1r1160z2p的導(dǎo)軌導(dǎo)軌在靜止或運(yùn)動(dòng)中若承受過大的負(fù)荷，或受有很大沖擊負(fù)荷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致珠道接

28、觸面和鋼珠產(chǎn)生局部的永久變形；當(dāng)永久變形量超過某一限度，將妨礙導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性?；眷o額定負(fù)荷便是容許這個(gè)永久變形量的極限負(fù)荷。 在本測量系統(tǒng)中，導(dǎo)軌的靜載荷為拖板以及ccd鏡頭的重力g，經(jīng)估算拖板以及ccd鏡頭的質(zhì)量5。fsl= c0/p10.28/147*10-35fsl : 靜安全系數(shù)c0 : 基本靜額定負(fù)荷 (kn)p : 工作負(fù)荷 (kn) 所選導(dǎo)軌安全。d. 靜安全系數(shù) 當(dāng)導(dǎo)軌使用慢速運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)頻率不高的狀況下，需考慮靜安全系數(shù)。3） 導(dǎo)軌壽命 當(dāng)導(dǎo)軌承受負(fù)荷并作運(yùn)動(dòng)時(shí)，珠道表面與鋼珠因不斷地受到循環(huán)應(yīng)力的作用，一但到達(dá)滾動(dòng)疲勞的臨界值，接觸面就會(huì)開始產(chǎn)生疲勞破損，并在部份表面發(fā)生

29、魚鱗狀薄片的剝落現(xiàn)象，此種現(xiàn)象叫做表面剝離。壽命的定義即為珠道表面及鋼珠因材料疲勞而產(chǎn)生表面剝離時(shí)為止的總運(yùn)行距離。 4） a. 額定壽命導(dǎo)軌的壽命，具有很大的分散性，即使同一批制造的產(chǎn)品，在相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下使用，壽命也會(huì)所有不同；這大多歸咎于材料本身在疲勞特性上固有的變化。因此為定義導(dǎo)軌的壽命，一般以額定壽命為基準(zhǔn)；其定義是：以一批同樣的產(chǎn)品，逐個(gè)在相同的條件及額定負(fù)荷下運(yùn)行，其中90未曾發(fā)生表面剝離現(xiàn)象而能達(dá)到的總運(yùn)行距離。b. 壽命的校核計(jì)算 導(dǎo)軌的壽命會(huì)因?qū)嶋H承受的工作負(fù)荷而不同，可依據(jù)選用之導(dǎo)軌的基本動(dòng)額計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果壽命的校核計(jì)算1. 不考慮環(huán)境因素影響，壽命計(jì)算如下所

30、示。l=( c0/p)3*50km(10.28/147*10-3) 3*50 km=33294 kml : 額定壽命c(diǎn)0 : 基本動(dòng)額定負(fù)荷p : 工作負(fù)荷2. 壽命時(shí)間的換算依使用速度及頻率將壽命距離換算成壽命時(shí)間。lh=l*103/(ve*60)= (c/p)3*50*103/(ve*60)=138727hrlh : 壽命時(shí)間 (hr)l : 壽命 (km)ve : 運(yùn)行速率 (m/min)c/p : 負(fù)荷比按照每天工作8小時(shí)計(jì)算，至少可以工作11.4年。滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)以上計(jì)算，我們選擇型號(hào)為hgh35ha1r1160z2p的導(dǎo)軌滿足了設(shè)計(jì)需求。4.3 滾珠絲桿的選擇計(jì)算 已知：絲杠用

31、于傳動(dòng)，選用t型滾珠絲杠，工作時(shí)有輕微震動(dòng)，螺母帶動(dòng)的ccd及附屬零件約15kg，因此絲杠軸向工作載荷fmax147n，fmin147n，工作速度2m/min，快進(jìn)速度6m/min，精度3級(jí)，可靠性90，工作壽命8年以上。計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果1.求當(dāng)量載荷fm1/3（2fmax+fmin）147n2.求當(dāng)量轉(zhuǎn)速由工作速度2m/min及快進(jìn)速度4m/min,初定導(dǎo)程為5mm。絲桿軸的轉(zhuǎn)速 nmax4000/5800r/minnmin 2000/5400r/min當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm(nmax+nmin)/2600r/min3.選定工作壽命按每天8小時(shí)，10年時(shí)間，選 lh360810288004

32、.額定動(dòng)載荷計(jì)算camfw*fm（60nmlh）1/3/10011 833n5.按轉(zhuǎn)速很低、載荷最大時(shí)工況進(jìn)行靜載荷計(jì)算fs*fmax2147n294n根據(jù)臺(tái)灣上銀絲杠資料，選用絲杠規(guī)格為: r20-5t3-fsz-1133-1287-005 其d020mm ph5mm ca7.9kw coa22.10kwcoa：額定靜載荷ca：額定動(dòng)載荷螺母長度：l44mm 4.4 長光柵的選擇 根據(jù)1) 測量精度0.005 +l/30000 () 2) 重復(fù)性0.008的要求我選擇了renishaw公司的光柵傳感器： rgh22，分辨率0.001mm。該傳感器精度高，分辨率高，信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾強(qiáng)，能滿足工

33、程的需要。4.5 電機(jī)的選擇 1) 測量節(jié)拍時(shí)間以及主要工作參數(shù)的驗(yàn)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果1.測量節(jié)拍時(shí)間的驗(yàn)算單行程l1800mm 測量一次的總行程l2*l11600mm客戶要求測量節(jié)拍為t3min/件除開上下工件以及觀察的時(shí)間，工作時(shí)間t60s1min工作速度vw（m/min）vwl/t 1600/100011.6m/min為了保證測量節(jié)拍，我們?nèi)y量速度vw2m/min快進(jìn)速度vf4 m/min總行程l1600mm測量速度vw2m/min快進(jìn)速度vf4 m/min2.絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速n(r/min)由選擇的絲杠d020mm, ph5mm,rd0/210mm絲桿軸的轉(zhuǎn)速 nmax400

34、0/5800r/minnmin2000/5400r/min當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm(nmax+nmin)/2600r/min當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm=600r/min2）電機(jī)型號(hào)選擇 本測量儀中使用電機(jī)的基本情況如下，需要一個(gè)初步定位（定位精度p0.1mm），啟動(dòng)和停留的時(shí)間間隔較?。╰ 40m/s）、中速和低速（v 25m/s）的傳動(dòng)；功率可從小于1w到105kw。4) 傳動(dòng)效率高。一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá)99%以上。5) 結(jié)構(gòu)緊湊。適用于近距離傳動(dòng)。 其中，漸開線圓柱齒輪的應(yīng)用非常廣泛。它傳動(dòng)的速度和功率范圍很大；傳動(dòng)效率高，一對(duì)齒輪可達(dá)98%99.5%，精度越高，效率越高；對(duì)中心距的敏感性小，裝

35、配和維修比較簡便；可以進(jìn)行變位切削及各種維修、修緣，以適應(yīng)提高傳動(dòng)質(zhì)量的要求；易于進(jìn)行精確加工；單級(jí)傳動(dòng)比為18。 在我的設(shè)計(jì)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求比較嚴(yán)格。絲杠的直徑、電機(jī)的大小等都是定好的。而且我們所需的僅是一級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為4，根據(jù)以上特點(diǎn)，再根據(jù)總體功能要求，整個(gè)傳動(dòng)部件只起傳動(dòng)作用，為了節(jié)約成本，加工方便，因此我們最后選定外嚙合的漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)。計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果1選擇齒輪材料小齒輪：尼龍（因?yàn)檫x擇鋼件會(huì)傳遞雜波信號(hào)，影響光柵信號(hào)，且尼龍比較耐磨）大齒輪：45 調(diào)質(zhì)，高頻淬火，齒面硬度4050 hrc2. 齒輪的參數(shù)選擇齒形角取標(biāo)準(zhǔn)值20傳動(dòng)比i4按直齒輪從表中選取aa=4

36、83，按齒輪對(duì)稱布置，速度較低，沖擊較小選取系數(shù)k=1。按表選取d0.8，則齒寬系數(shù)c0.38。按表圓整，取齒寬系數(shù)a0.35。齒數(shù)比u=i=4,許用接觸應(yīng)力hp0.9760684n/mm2。小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1=8.7n.m.中心距aaa(u+1) =483(4+1) =57mm取a=50mm2)初步確定模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、齒寬等幾何參數(shù)m=(0.0070.02)a=(0.0070.02)50=0.351取m=1由公式20取z1=20,z2=i*z1 =4*20=80實(shí)際傳動(dòng)比i0=4齒寬b=aa=0.35*50=17.5mm取齒寬10mm螺旋角0小齒輪分度圓直徑d1=20mm大齒輪分度圓直

37、徑d2=80mm齒輪精度為7級(jí)。因?yàn)槲覀冞@里的傳動(dòng)屬于開式齒輪傳動(dòng)，其主要失效形式為磨損，一般不出現(xiàn)點(diǎn)蝕，通常只按齒輪彎曲應(yīng)力強(qiáng)度校核20z1=20z2=80b=10mm3. 齒輪彎曲應(yīng)力強(qiáng)度校核1) 齒輪載荷分配系數(shù)kf由表14-98，齒向載荷分配系數(shù)kh=1.17+0.181+6.7(b/d1)2* (b/d1)2 +0.47*10-3b=2.895kf(kh)nh=2.25*m=2.25mm，b=10mm n= = =0.784kf(kh)n=2.8950.784=2.3012) 齒輪載荷分配系數(shù)kf由表14-102，齒間載荷分配系數(shù)kh1.0kfkh1.03) 齒形系數(shù)當(dāng)量齒數(shù)zn1=

38、20zn2=80由圖4-1-38，yf12.78，yf22.174) 應(yīng)力修正系數(shù)ys由圖14-1-43，ys1=1.55, ys2=1.775) 螺旋角系數(shù)y由圖14-1-49，根據(jù)、得y=1.06) 計(jì)算齒根應(yīng)力f因1.6672,用表14-1-111中方法一分度圓上名義切向力ft=2000t1/d1=2000*8.7/20=870n870*2.78*1.55*1.0/(10*1)374.88n/mm2870*2.17*1.77*1.0/(10*1)334.16n/mm27) 試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)yst由表14-1-111，yst2.08) 壽命系數(shù)ynt取滿載工作時(shí)間t=28800h應(yīng)力

39、循環(huán)次數(shù)nl1=60n1t=60*4800*28800 =8.31010nl1=60n2t=60*1200*28800 =2.11010由表14-1-118，ynt=()0.02ynt1=()0.02=0.815ynt2=()0.02=0.8389) 相對(duì)齒根角敏感系數(shù)yrelt齒根圓角參數(shù)qs=,用表14-1-112所列公式進(jìn)行計(jì)算。由圖14-1-38知，hfp/m=1.25fp/m=0.38g1=fp/m-hfp/m+x=0.38-1.25+0=-0.87e= =0.257h1=-0.9161.003 -2.15sfn1-2.15 0.75410.7541*10.7541=-1.426計(jì)算

40、可知: 1.010) 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)由圖14-1-58，齒根表面微觀不平度10點(diǎn)高度為rz10=12.5m時(shí)，1.011) 尺寸系數(shù)yx由表14-1-119的公式y(tǒng)x1.03-0.006m=1.02410)彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)sfsf=sf1=1.425sf2=1.643sf1 、sf2均達(dá)到表14-1-110規(guī)定的一般可靠度時(shí)最小安全系數(shù)sflim=1.25的要求，齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算核算通過。kh=2.895kf=2.301kh1.0kf1.0zn1=20zn2=80yf12.78yf22.17ys1=1.55 ys2=1.77y=1.0374.88n/mm2334.16n/mm2yst2

41、.0t=28800hnl1=8.31010nl2=2.11010ynt1=0.815ynt2=0.838hfp/m=1.25fp/m=0.38g1=-0.87e=0.257h1=-0.916=1.003sfn1-2.151.01.0yx1.024根據(jù)核算，齒輪選擇合適。4.7 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算計(jì) 算項(xiàng)目計(jì)算及說明主要結(jié)果初選軸承根據(jù)幾何安裝尺寸，查表7-2-52，試選軸承代號(hào)6202，d=15,cr=7.65kn,dw=5.953mm,z=8,c0r=3.72kn 0， 0選軸承代號(hào)6202校核軸承查表7-2-51：e=0.19, 1695.52n故選取合適。選取軸承6202合適 結(jié)論1.

42、儀器的優(yōu)缺點(diǎn)、及有待解決的問題作為一個(gè)測量儀器，要求的精度以及重復(fù)性是非常高的，這次設(shè)計(jì)的凸輪軸測量儀運(yùn)用了現(xiàn)在比較熱門的機(jī)器視覺作為測量手段，又采用了步進(jìn)電機(jī)光柵等元件，因此對(duì)信號(hào)采集，圖像處理，運(yùn)動(dòng)控制等方面有較高的要求。導(dǎo)致影響最后測量精度的因素太多，因此調(diào)試過程會(huì)比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，但是關(guān)鍵零件精度要求非常高，對(duì)加工工藝以及設(shè)備要求較高，裝配精度也要求較高，因此裝配調(diào)試也比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中需要提高的地方有：活動(dòng)頂尖部件的鎖緊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，齒輪傳動(dòng)比、電機(jī)、絲杠參數(shù)選擇的優(yōu)化。2項(xiàng)目小結(jié) 在設(shè)計(jì)過程中，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行設(shè)計(jì)很難，vault提供了一種在inventor下的協(xié)同設(shè)計(jì)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，也發(fā)現(xiàn)了很多的問題，包括了我自己對(duì)vault以及inventor的機(jī)制的理解及應(yīng)用，也包括了vault以及inventor的某些機(jī)制或者功能的缺失。通過這個(gè)項(xiàng)目，我對(duì)inventor及vault的理解及應(yīng)用得到了提高，為將來打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 致謝此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在王平諸老師的精心指導(dǎo)及全力支持下完成的。本系統(tǒng)的設(shè)