非圆齿轮极坐标跟踪测量技术的探讨

【摘要】：非圆齿轮的节曲线是按照要求的传动比函数关系设计的,它兼有凸轮和齿轮两者的优点,既能实现凸轮的变速传动又能实现齿轮的精确高效传动。因此非圆齿轮在机床行业、轻工业自动机械、仪器制造业中等变传动比场合都有非常广泛地应用。而对其几何精度的研究,如形状误差检测、工艺误差分析等,目前国内研究还很少。目前用于非圆齿轮的测量方法一般采用单面啮合和双面啮合法,其中单面啮合法需要标准的高精度圆柱齿轮,而高精度圆柱齿轮加工困难,此外,它结构复杂。双面啮合法只能测量径向综合误差,难以准确的反映整个齿轮的误差情况。本文以极坐标测量原理为理论基础,采用极坐标跟踪测量技术,设计了基于DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列器件)的数据采集、控制系统,可以对非圆齿轮的齿廓进行连续自动跟踪测量,以实现对非圆齿轮误差的测量和综合评定。本文的研究内容主要包括: 1.提出了非圆齿轮极坐标跟踪测量方法。控制齿轮连续回转,测头不断扫描,测出齿轮的齿廓总偏差、齿距偏差、齿距累积偏差。 2.对非圆齿轮的特例-偏心圆齿轮实现了极坐标跟踪测量,求出各项偏差,分析了偏心圆齿轮齿廓的特点。 3.提出了卵圆齿轮的假想齿形的思想,以假想齿形为理论齿形,实现了跟踪测量。解决了测头与齿廓的干涉问题,以假想齿形为基准计算了各采样点的法向误差,分析了卵圆齿轮齿形变化规律。提出了等弧长不等转角的处理方法,计算非圆齿轮的齿距偏差。 4.采用“零”跟踪测头控制方法,对摆线齿轮测量,验证了“零”跟踪测头控制思想的正确性。 5.设计了基于DSP和FPGA的非圆齿轮极坐标测量控制系统,主要包括伺服电机控制电路、光栅信号采集电路、AD转换电路、数据通讯电路和保护电路。完成了PCB板的制作、硬件电路的调试和软件编程,采用等时间原理实现两轴联动,实现了非圆齿轮的跟踪测量。