1曲軸軸線同軸度自動測量儀的設計學生：宋力指導老師：周光永(湖南農業大學東方科技學院，長沙410128)摘要：本文介紹了曲軸軸線同軸度誤差自動檢測儀設計的詳細過程，其中運用最小二乘法原理建立了曲軸軸線同軸度誤差檢測原理的數學模型，對檢測裝置的組成部分進行了詳細的分析及運算，提出了多套設計方案，并選擇其中一種進行了詳細地說明和計算，包括對床身的結構設計、驅動用電動機的選擇、測量裝置的選擇、對主要的傳動部件進行計算和校核，并列出了多個圖表進行補充說明，還繪制了檢測系統原理圖、組成聯系圖、檢測裝置的裝配圖和部分零件圖。根據原理編寫了對已采集數據進行計算處理的程序。關鍵詞：同軸度誤差；數學模型；自動檢測及數據分析THEDESIGNOFAUTOMATICDETECTORFORCOAXIALITYOFCRANKSHAFTStudent:SONGLiTutor:ZHOUGuang-yong(OrientalScienceTechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128)Abstract:Thispaperintroducedtheaxisofthecrankshaftcoaxialityautomaticallydetecterrorsindetailtheprocessofhomedesign,accordingtotheprincipleofleastsquarestoestablishtheaxisofthecrankshaftcoaxialityerrordetectionprincipleofmathematicalmodelofdetectiondeviceshavebeenanintegralpartofdetailandputforwardanumberofsetsofdesignoptions,andselectoneofadetailedexplanationandcalculation,includingthebedofthestructuraldesign,thechoiceofdrivingmotor,thechoiceofmeasuringdevices,themaincomponentsofthecalculationoftransmissionandchecking,andsetoutanumberaddedtothechart.Drawingaschematicdiagramdetectionsystem,composedoflinkedmaps,detectiondevicesandpartsassemblydiagram.Preparedinaccordancewiththeprincipleofthecalculationhastodealwithdatacollectionprocedures.Keywords:coaxialityerror；mathematicalmodel；automaticdetectionandthedataanalysis；2目錄摘要1關鍵詞11前言21.1選題研究意義21.2國內外研究現狀21.3課程研究內容32形位誤差檢測原理32.1形位誤差檢測的特點32.2形位誤差檢測的基本原則42.3同軸度測量的數學模型52.4最小二乘法測量72.4.1測量原理72.4.2計算機處理程序83方案論證103.1方案一103.2方案二113.3方案三113.4小結114檢測系統設計114.1測量部分114.2計算機控制處理及測量過程124.3機械部分134.3.1驅動電機的選擇134.3.2工件的定位194.3.3機身設計194.3.4導軌截面設計214.3.5滾珠絲杠螺母副設計234.3.6滾動軸承的選擇2634.3.7傳感器支架彎度校核285結論28參考文獻29致謝301前言1.1選題研究意義自動檢測技術是自動化科學技術的一個重要分支科學,它在儀器表的使用、研制、生產的基礎上發展起來的一門綜合性技術。自動檢測就是在檢測和檢驗過程中完全不需要或僅需要很少的人工干預而自動進行并完成的。現實自動檢測可以提高自動化水平和程度，減少人為干擾因素和人為差錯，可以提高生產過程或設備的可靠性及運行效率。形位誤差對零件的使用功能有很大的影響，為了保證零件的互換性和精度等要求，不僅要控制尺寸誤差和表面粗糙度，還必須控制零件的形位誤差。在加工過程中，由于機床、夾具、刀具、工件所構成的工藝系統會出現受力變形、熱變形、振動及磨損等情況，在其影響之下被加工零件的幾何要素不可避免地將會產生誤差、波度和表面粗糙度。零件的形位誤差會影響零件的功能要求、配合性質和裝備性質，所以，零件的形位誤差對其工作性能的影響一定不能忽視，它是衡量機器、儀器產品質量的重要指標。我國汽車工業的快速發展，對發動機的需要量越來越大。曲軸是發動機的幾大基本組件之一，其加工質量關系到發動機整體的質量，可以說曲軸尺寸及形位參數直接影響著發動機的性能。因此，在控制曲軸的加工質量上，這些參數是主要的檢測對象。在加工曲軸時對其曲軸軸線的同軸度要求較高。同軸度誤差會使曲軸在旋轉時造成發動機缸體的振動，而振動對機器的正常工作有很大影響，由于轉動慣量大、轉速高，造成機器軸不對中，會帶來一系列的嚴重問題：一是增加了軸承所受的力，軸承會過早地發生損壞，縮短了軸承的使用壽命；二是增大了聯軸器的磨擦，使聯軸器處磨擦增大，會使機器的能源使用效率顯著下降，提高了運營成本；三是縮短了機器壽命，4由不對中所產生的額外的力，會使轉軸發生往復移動，這樣活動性的動作會顯著地縮短機器的壽命；四是不對中會對轉軸密封產生特別嚴重的影響。為適應我國汽車工業發展的需要，改變汽車工業生產中檢測手段落后的局面，研制具有高新技術含量的在線檢測儀器，顯然有著重要意義。1.2國內外研究現狀近年來，現代科學技術不斷進步，工業生產趨向于集成化，專業化，標準化。機械工業中的在線檢測，從狹義上講，是指在機械加工生產線上，加入某一環節，以便對加工生產中的某些參數或工況進行檢測。國內外曲軸主軸軸線的生產加工自動化程度明顯提高，多有主動測量裝置，加工精度高，其尺寸及形位參數在加工時就予以保證了。同軸度誤差常見的測量方法有坐標法、對徑雙測頭測量法、反向法和壁厚差法。這些測量方法都是在通用測量器具上如圓度儀、坐標測量儀、分度頭或以平板為基準,利用V型塊和指示器進行測量。較先進的還有激光的非接觸測量，用CCD獲取衍射條紋圖象從而獲得同軸度誤差值。1.3課程研究內容這次設計的課題是曲軸軸線同軸度誤差自動測量儀的設計。同軸度誤差是用于限制被測要素對基準要素的軸線同軸的位置誤差。就實際價值而言，發動機缸體是發動機的基礎零件，曲軸軸線同軸度誤差會使曲軸在旋轉時造成發動機缸體的振動，而振動對機器的正常工作有很大影響，由于轉動慣量大、轉速高，造成機器軸不對中，會帶來一系列的嚴重問題，這對于發動機性能及其壽命都有重要影響，因此利用計算機系統控制其誤差具有重要的現實意義。本次設計的數學模型是用最小二乘法建立的，最小二乘法常被應用在誤差檢測的建模方面，因此本次設計具有一定的理論基礎和實際意義。就目前國內同軸度誤差測量的狀況來看，開發出的設備主要都是運用在外圓，即軸類零件的圓度和同軸度誤差的檢測。同軸度誤差常見的測量方法有坐標法、對徑雙測頭測量法、反向法和壁厚差法。這些測量方法都是在通用測量器具上如圓度儀、坐標測量儀、分度頭或以平板為基準,利用V型塊和指示器進行測量。較先進的還有激光的非接觸測量，用CCD獲取衍射條紋圖象從而獲得同軸度誤差值。但這些方法都不適應在線測量的要求。本次設計要求解決的問題是完成發動機曲軸軸線同軸度誤差自動檢測裝置的設計。說明書中的主要內容是檢測裝置機械部分的結構設計，而計算機的控制和電氣部分只5是稍微做介紹。2形位誤差檢測原理2.1形位誤差檢測的特點第一個特點就是加工后測量。形位誤差涉及到某方面的全部尺寸，所以只能在加工完成后進行測量。例如，在機床上加工圓柱體，其圓度誤差與每個截面上的直徑尺寸有關，所以，其圓度誤差只有在加工完成后才能被測量出來。第二個特點就是多尺寸測量。由于形位誤差涉及到某方面的全部尺寸，為了獲得全部或較多的的尺寸信息，可用下面良種方法實現：（1）少傳感器測量。例如用一個測量直徑的傳感器并用旋轉法去掃描測出某個圓周上各點的直徑，從而得出該圓周上各點的直徑信息，然后可找出該截面上的圓度誤差。（2）多傳感器測量。如前例中，可用多個測量直徑的傳感器同時測量。采用的傳感器越多，獲得的信息越多，測量精度越高，否則相反。對于某個具體問題，要經過經濟技術比較后方可確定。第三個特點是數據處理。由于形位誤差涉及到某個方面的全部尺寸，當獲得信息后，還要經過運算后才能求出形位誤差，也就是說，形位誤差不能直接測量出來。例如，確定某圓柱體的圓度誤差。首先測出某個截面上的諸多半徑R，然后找出最大半徑Rmax和最小半徑Rmin，而該圓截面上的圓度誤差就是兩者之差=Rmax-Rmin。對于一個圓柱體的圓柱面來說，還要測出眾多的截面上的圓度誤差，從中找出最大誤差max，就是被測圓柱體的圓度誤差。2.2形位誤差檢測的基本原則檢測形位誤差的具體方法，隨檢測對象的特點、精度要求以及設備條件不同，可