摘 要

Abstract V

1 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.1.1 研究目的 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究思路和内容 3

1.3.1 研究思路 3

1.3.2 研究内容 3

2 系统的总体设计 4

2.1 齿侧间隙介绍 4

2.2 千分表法测量齿侧间隙 6

2.3 测量的基本步骤 7

2.4 数据采集系统介绍 8

2.4.1 虚拟仪器概述 8

2.4.2 虚拟仪器的优点 8

2.4.3 虚拟仪器的前景 9

3 综合测量系统的硬件设计 9

3.1 数据采集卡 10

3.1.1 数据采集卡的组成 10

3.1.2数据采集卡的功能 11

3.1.3 数据采集卡参数 11

3.2 编码器的选择 12

3.2.1 编码器原理及选择 12

3.2.2编码器的技术参数 13

3.3 编码器的连接 14

3.3.1 编码器与数据采集卡的连接 15

3.3.2 编码器在系统中的安装 16

3.4柔顺测力结构及应力测量 16

3.4.1 柔顺结构设计 17

3.4.2 应变测量方法 17

3.5 系统总体连接 17

4 综合测量系统软件设计 18

4.1 LabVIEW 软件简介 19

4.2 串口通讯模块 20

4.3 实验流程 22

4.3.1 各模块程序框图设计 24

5 总结与展望 26

5.1课题总结 27

5.2经济性分析 28

参考文献 28

致 谢 30

摘 要

齿侧间隙的测量是生产中必备的一步，这对齿轮传动的稳定性和精确性，影响很大，对其寿命的影响也很大；所以，准确，快速，简单的测量齿侧间隙，对其进行精确的控制和调整是非常关键的。基于对现有的齿侧间隙的测量措施的学习和思索，本课题打算设计一个能够精准，迅速，方便的测量系统，来达到测量齿侧间隙的目的。采用的方法是，通过电机的转动代替人工手动，通过测量柔顺结构的扭矩控制电机的正反转，通过编码器测量电机正反转转过的角度，通过LabVIEW软件采集和分析数据，基于千分表法的原理，测量齿侧的回程间隙。这种方法理论上达到了快速简单测量的目的，不需要太多操作经验，可以达到自动化测量，测量的准确性还有进一步提高的空间。

关键词：齿侧间隙、柔顺结构、数据采集系统

Abstract

The measurement of the lateral gap is an indispensable step in the production, which has a great influence on the stability and accuracy of the gear transmission and has a large impact on its life span;therefore, accurate, fast and simple measurement of the tooth side of the gap, its precise control and adjustment is very critical.Based on the learning and thinking of the measurement methods of the existing tooth side gap, this project intends to design a precision, rapid and convenient measurement system to achieve the purpose of measuring the gap between the teeth.

The method is based on the micrometer dial test indicator, by measuring the torque of the soft structure to control the motor forward and reverse, with the encoder to measure the motor reversing the angle of rotation, the use of LabVIEW software to collect and analyze the data, and finally measured Tooth side clearance.This method in theory to achieve the purpose of fast and simple measurement, do not need too much operating experience, can achieve automated measurement. But there is room for further improvement in the accuracy of the measurement.

Key Word: Tooth clearance, compliant structure, data acquisition system

1 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.1.1 研究目的

在齿轮制造业日益成熟的时代，我们提高了齿轮传动的精度和准确度，这也使得齿侧间隙的检测精度应该得到相应提高。在本文中，研究了齿面间隙的各种工作条件和LabVIEW 软件的应用。为了测量更准确的齿侧间隙，从而改善现有的齿侧间隙测量措施,减少齿侧间隙测量的误差，改善齿轮制造过程。

目前，在齿侧间隙的测量措施中，除了塞规法和咬铅法，齿面的间隙可以通过编码器与手动或马达驱动结合来测量，但是这种方法的一个明显缺点是输入轴或电机的驱动力不确定或不稳定，齿轮啮合的变形会影响齿侧间隙的测量结果的稳定性和精度。为了解决本项目的实际问题，提出采用多点布置应变片的柔性结构来确定驱动输入轴上施加的工作转矩值。用编码器测量准确的侧面间隙，通过LabVIEW 采集并分析数据。通过实验得到的数据与真实的齿侧间隙相比较，验证本实验的可行性。

1.1.2 研究意义

在齿轮传动中，良好的齿隙对齿轮传动装置的精度和稳定性尤为重要。为了根据制造要求保持齿轮侧间隙的测量精度，必须改进生产实践中间隙的测量方法，以达到生产要求。在工程实践中，齿面间隙能够补偿生产误差，使容易进入润滑油。但同时，当速度波动较大时，容易产生较大冲击，影响齿轮寿命。对于精密驱动，正向和反向时会有少量的空行程，并有冲击，影响传动精度。

因此，对于齿轮传动，控制合适的齿侧间隙是特别重要的，因此，研究如何精准的测量齿侧间隙很有意义。

1. 使齿轮达到稳定啮合要求。齿轮传动能否稳定传动，达到工作要求，影响因素很多，而齿侧间隙虽小，却不容忽略。过大的齿侧间隙，影响齿轮传动的传动比，会使传动过程中齿轮碰撞加剧，严重影响稳定传动，不仅噪音巨大，甚至会损坏齿轮。
2. 弥补生产误差。在零部件生产过程中，精度越高，则花费的人力物力就会越高，从经济性角度考虑适当的齿侧间隙会使生产的容错率更高，在误差允许范围的尺寸过大或者过小，可以因为之前选取了合适的齿侧间隙而忽略不计，不仅提高了生产效率，同时节约了生产成本，可以说一举两得。
3. 补偿安装过程中的各项误差。在齿轮安装过程中，由于安装人员的失误，零部件制造的误差，不可能像理想状态那么完美。可能存在中心距误差，齿轮箱体形位误差、轴承径向跳动和安装误差。^[10]
4. 增加齿轮传动效率。齿轮传动效率的提升就必须减小传动过程中的摩擦力，减小摩擦力最经济快捷的方法就是润滑，齿侧间隙的存在可以使得两个轮齿啮合时中间有能够形成润滑油膜间隙，这样一来，摩擦力就相应减小，传动效率就提高了。
5. 增加了齿轮的使用寿命。任何产品的制造或使用过程中，都希望其能够正常工作的时间更长，所以我们就要思考如何提高产品的寿命。对于齿轮而言，控制合适的齿侧间隙，可以使其传动过程有足够的润滑，提高了传动的精度和稳定性，避免因为载荷不均匀导致齿面接触应力过大，减少了齿轮的磨损，提高了使用寿命；齿轮的工作环境也多种多样，运动过程也会产生热量，齿轮也免不了会产生热胀冷缩，合适的齿侧间隙可以避免齿轮在烹制时卡齿，造成齿轮的损坏，延长了其在恶劣条件的应用寿命。

因此对于齿侧间隙的控制很有意义，所以更好的齿侧间隙测量方法值得研究，其不仅对实际应用意义重大，对生产制造过程也同样重要。

1.2 国内外研究现状

齿侧间隙对齿轮传动的稳定性有很大影响，也引起了广大学者的关注和研究。近年来，关于齿侧间隙的研究越来越多，关于齿侧间隙测量方法的研究却少之又少，基本上还是采用多年来的老方法。

对于侧隙相关问题的研究有很多，邱新桥，陈建国在伺服驱动系统的齿轮传动机构中，提出了一种采用滑动销移动错齿消除齿侧间隙的新方法。^[1]王立华等基于齿轮系统非线性动力学理论，针对齿侧间隙耦合作用，进行了间隙非线性振动研究。^[2]陈安华等对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响因素进行了理论上的探讨。^[3]于良会针对齿轮系统不同转速、不同负载、不同间隙进行了充足的实验，分析总结了含侧隙齿轮故障的动力学特性。^[4]黄俊朋采用描述函数法分析了侧隙弹性死区模型特性，分析了齿隙大小对系统伺服带宽的影响。^[5]陈思雨等首次研究了齿轮传动非线性动力学的脱啮冲击、周期解的形成过程及对应的非光滑系统冲击中出现的切分岔行为。^[6]