单点激光精密测量渐开线齿轮齿廓偏心的理论与实验研究

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渐开线齿轮作为机械领域最重要的传动件之一,其精度对设备寿命和产品质量有重大影响。齿轮径向偏心检测是齿轮加工制造、齿轮轴校直、齿轮检测等行业中的必要环节之一,齿轮径向偏心对齿轮精度有着重大的影响。本文针对渐开线圆柱齿轮齿廓径向偏心的测量方法开展研究,内容主要如下:1.针对渐开线圆柱齿轮齿廓偏心测量的要求,提出一种使用三角测距原理的单点激光位移传感器对齿轮齿廓进行测量,进而计算得到被测齿轮被测截面径向偏心的方法。从渐开线圆柱齿轮的齿廓几何特征出发,推导出了测量被测齿轮齿廓偏心的模型并提供了计算处理算法。2.从充分发挥激光位移传感器测量精度的目的出发,对齿轮齿廓偏心测量过程和激光位移传感器测量特性进行了分析,建立了激光位移传感器的测量位置和测量姿态的多目标优化模型。对渐开线齿轮齿廓偏心测量过程进行数值仿真,通过大量随机仿真实验验证了本文算法的精度,并对本文算法中可能存在的误差进行了误差分析,最后得到了对工程实践有益的结论。3.设计并搭建了六自由度具有反馈的实验测量系统,并开发出基于MATLAB的GUI操作界面,可以满足不同参数的渐开线圆柱齿轮的测量。利用工业相机对被测齿轮基本参数进行视觉测量,替代人工输入被测齿轮参数的过程,实现测量过程的全自动化。4.根据设计的标定方案对齿轮偏心测量样机进行校准和调试,标定完成之后,进行了激光测量齿轮齿廓偏心实验,并用球形测头的百分表在同一次装夹条件下对齿轮进行测量,与本文方法进行对比。通过对比分析本文方法和球形测头百分表测量法在相同装夹条件下测量多组人为设置不同偏心情况下齿轮的结果,验证了本文算法的准确性;本文还通过在齿轮轴校直工厂进行的对比实验,对本文提出的渐开线齿轮齿廓偏心测量算法实用性进行了验证。本文提出的激光测量渐开线齿轮齿廓偏心方法,解决了渐开线齿轮齿廓偏心的非接触测量问题,实现了对渐开线齿轮齿廓偏心的在线高精度非接触测量,在齿轮加工制造、齿轮轴校直、齿轮检测等行业中具有重要的理论意义和应用价值。
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