（全套CAD）曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计（图纸论文整套）

根据原理编写了对已采集数据进行计算处理的程序。

关键词同轴度误差数学模型自动检测及数据分析前言.选题研究意义自动检测技术是自动化科学技术的个重要分支科学，它在仪器表的使用研制生产的基础上发展起来的门综合性技术。

自动检测就是在检测和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。

现实自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。

形位误差对零件的使用功能有很大的影响，为了保证零件的互换性和精度等要求，不仅要控制尺寸误差和表面粗糙度，还必须控制零件的形位误差。

在加工过程中，由于机床夹具刀具工件所构成的工艺系统会出现受力变形热变形振动及磨损等情况，在其影响之下被加工零件的几何要素不可避免地将会产生误差波度和表面粗糙度。

零件的形位误差会影响零件的功能要求配合性质和装备性质，所以，零件的形位误差对其工作性能的影响定不能忽视，它是衡量机器仪器产品质量的重要指标。

我国汽车工业的快速发展，对发动机的需要量越来越大。

曲轴是发动机的几大基本组件之，其加工质量关系到发动机整体的质量，可以说曲轴尺寸及形位参数直接影响着发动机的性能。

因此，在控制曲轴的加工质量上，这些参数是主要的检测对象。

在加工曲轴时对其曲轴轴线的同轴度要求较高。

同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动，而振动对机器的正常工作有很大影响，由于转动惯量大转速高，造成机器轴不对中，会带来系列的严重问题是增加了轴承所受的力，轴承会过早地发生损坏，缩短了轴承的使用寿命二是增大了联轴器的磨擦，使联轴器处磨擦增大，会使机器的能源使用效率显著下降，提高了运营成本三是缩短了机器寿命，由不对中所产生的额外的力，会使转轴发生往复移动，这样活动性的动作会显著地缩短机器的寿命四是不对中会对转轴密封产生特别严重的影响。

为适应我国汽车工业发展的需要，改变汽车工业生产中检测手段落后的局面，研制具有高新技术含量的在线检测仪器，显然有着重要意义。

.国内外研究现状近年来，现代科学技术不断进步，工业生产趋向于集成化，专业化，标准化。

机械工业中的在线检测，从狭义上讲，是指在机械加工生产线上，加入环节，以便对加工生产中的些参数或工况进行检测。

国内外曲轴主轴轴线的生产加工自动化程度明显提高，多有主动测量装置，加工精度高，其尺寸及形位参数在加工时就予以保证了。

同轴度误差常见的测量方法有坐标法对径双测头测量法反向法和壁厚差法。

这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪坐标测量仪分度头或以平板为基准，利用型块和指示器进行测量。

较先进的还有激光的非接触测量，用获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。

.课程研究内容这次设计的课题是曲轴轴线同轴度误差自动测量仪的设计。

同轴度误差是用于限制被测要素对基准要素的轴线同轴的位置误差。

就实际价值而言，发动机缸体是发动机的基础零件，曲轴轴线同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动，而振动对机器的正常工作有很大影响，由于转动惯量大转速高，造成机器轴不对中，会带来系列的严重问题，这对于发动机性能及其寿命都有重要影响，因此利用计算机系统控制其误差具有重要的现实意义。

本次设计的数学模型是用最小二乘法建立的，最小二乘法常被应用在误差检测的建模方面，因此本次设计具有定的理论基础和实际意义。

就目前国内同轴度误差测量的状况来看，开发出的设备主要都是运用在外圆，即轴类零件的圆度和同轴度误差的检测。

同轴度误差常见的测量方法有坐标法对径双测头测量法反向法和壁厚差法。

这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪坐标测量仪分度头或以平板为基准，利用型块和指示器进行测量。

较先进的还有激光的非接触测量，用获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。

但这些方法都不适应在线测量的要求。

本次设计要求解决的问题是完成发动机曲轴轴线同轴度误差自动检测装置的设计。

说明书中的主要内容是检测装置机械部分的结构设计，而计算机的控制和电气部分只是稍微做介绍。

形位误差检测原理.形位误差检测的特点第个特点就是加工后测量。

形位误差涉及到方面的全部尺寸，所以只能在加工完成后进行测量。

例如，在机床上加工圆柱体，其圆度误差与每个截面上的直径尺寸有关，所以，其圆度误差只有在加工完成后才能被测量出来。

第二个特点就是多尺寸测量。

由于形位误差涉及到方面的全部尺寸，为了获得全部或较多的的尺寸信息，可用下面良种方法实现少传感器测量。

例如用个测量直径的传感器并用旋转法去扫描测出个圆周上各点的直径，从而得出该圆周上各点的直径信息，然后可找出该截面上的圆度误差。

多传感器测量。

如前例中，可用多个测量直径的传感器同时测量。

采用的传感器越多，获得的信息越多，测量精度越高，否则相反。

对于个具体问题，要经过经济技术比较后方可确定。

第三个特点是数据处理。

由于形位误差涉及到个方面的全部尺寸，当获得信息后，还要经过运算后才能求出形位误差，也就是说，形位误差不能直接测量出来。

例如，确定圆柱体的圆度误差。

首先测出个截面上的诸多半径，然后找出最大半径和最小半径，而该圆截面上的圆度误差就是两者之差。

对于个圆柱体的圆柱面来说，还要测出众多的截面上的圆度误差，从中找出最大误差，就是被测圆柱体的圆度误差。

.形位误差检测的基本原则检测形位误差的具体方法，随检测对象的特点精度要求以及设备条件不同，可以采用多种方法。

只要能够保证定的测量精度，又符合经济原则，就是个合理的方案。

按国际惯例，将常用仪表显示的各种检测方法概括为以下几种检测原理。

检测原则与理想要素比较原则。

该原则是将被测实际要素与理想要素直接进行比较，得到系列数据，再根据这些数据来评定形位误差。

检测原则二测量坐标原则。

该原则是指被测量要素的测的数据为相对于种坐标而言的坐标值，再根据这些数据做数据处理后获得形位误差的种原则。

检测原理三测量特征参数原则。

特征参数是指表征被测要素形位误差的种具有代表性的参数。

用特征参数来表征形位误差，可使测量设备简单，测量过程简化，从而提高测量效率，有较好的经济效果。

检测原则四测量跳动原则。

该原则是在被测要素绕基准轴线回转过程中，相对于参考点或线的变化情况来表示跳动值的种原则。

检测原则五控制实效边界原则。

图样上按最大实体状态给出形位公差时，通常综合量规来检验被测要素。

检测原则五即用综合量规检测的原则。

.同轴度测量的数学模型极坐标法测圆的最小二乘法是测量同轴度误差采用的方法。

极坐标测量法是在极坐标系中进行的，极坐标系是个二维坐标系统。

该坐标系统中的点由个夹角和段相对中心点极点相当于我们较为熟知的直角坐标系中的原点的距离来表示。

极坐标系的应用领域十分广泛，包括数学物理工程航海以及机器人领域。

在两点间的关系用夹角和距离很容易表示时，极坐标系便显得尤为有用而在平面直角坐标系中，这样的关系就只能使用三角函数来表示。

对于很多类型的曲线，极坐标方程是最简单的表达形式，甚至对于些曲线来说，只有极坐标方程能够表示。

个回转零件，其横截面轮廓是否为正圆，需要与理想圆进行比较后，才能得出正确结论。

在同轴度平行度及垂直度误差检测中，经常要在极坐标系中测取零件截面的圆周误差。

在国家标准中有许多方法，其中最常用的是最小二乘法。

进步简述如下个圆形工件，其表面的轮廓如图所示。

为计算方便，把它分成有限个点进行采样，点的位置用极坐标，表示，如果条圆周线把这些采样的距离的平方和为最小，这个圆就是最小二乘圆。

这个圆最佳地近似表示了这些点。

所以最小二乘法原理可写为式中，为测量点的极坐标幅值为最小二乘圆周上的点到原点的直线长度为测量点数。

图是个有安装偏心的圆周误差放大轮廓图形。

点是传感器扫描机构的回转中心分别是理想圆的圆心横坐标及纵坐标是圆心至回转中心的距离。

以为坐标原点，等间隔地对圆周等分，测得极坐标为其中由图可知其中为测量点至理想圆的偏差。

为使轮廓线与理想圆之间的面积为最小，应满足由图可知式中，为线段与水平方向的夹角。

图最小二乘圆测量时，由于工作是精心对中心的，因而般很小，可认为，则上式简化为设由极值条件解式得解式得因为所以令偏心在轴的投影为，在轴投影为，则求解式得对式.和式.以求和代替积分得式中，为最小二乘圆半径为最小二乘圆圆心坐标。

.最小二乘圆法测量测量原理图同轴度误差测量原理图建立坐标系，如图所示，被测零件为阶的台阶轴，测量轴线对轴线基准轴线的同轴度。

在测量轴线上各测个截面，每个截面测量步骤如下传感器先沿基准轴长每移动个等分距离，采集每个截面上表面轮廓的个采样点数据，代入式，分别求出该轮廓最小二乘圆中心坐标，。

将这些基准孔的个中心代入求均值公式中，可求出最小二乘圆心坐标，。

把计算得到的，作为基准轴线在平面上的投影坐标值。

传感器再沿被测轴长移动每个等分距离，并采集每个截面上表面轮廓的个采样点数据代入式，分别求出被测面轮廓最小二乘圆心坐标值，。

同时算出这个中心坐标与基准轴坐标，在平面上投影间的距离，其中最大距离的两倍，即为同轴度误差其中。

计算机处理程序计算基准轴线在面轴上的坐标值，.，.，测量圆的个数每个测量圆上测量点的个数.测量圆的最小二乘圆圆心的横坐标值个最小二乘圆圆心横坐标的平均值，即基准轴线在面轴上的坐标值计算基准轴线在面轴上的坐标值，.，.，.测量圆的最小二乘圆圆心的纵坐标值个最小二乘圆圆心纵坐标的平均值，即基准轴线在面轴上的坐标值以数组的第个元素为标准比较出该数组中最大的元素，.，方案论证本次设计的测量对象是曲轴轴线的同轴度，技术参数为主轴轴径为，曲轴长为，在测量过程中由计算机自动获得测量结果。

为便于实现其自动测量，在此设想了三套方案加以论证。

.方案采用个传感器进行数据采集，将曲轴轴线同轴度的测量转换为轴颈同轴度的测量，先以个主轴颈作为基准对其进行数据采集，对作为基准主轴颈的测量完成后，工作台水平移动，再对另个主轴颈进行测量，直至完成七个主轴颈的测量，然后将采集到的数据通过计算机用最小二乘法原理得到每个圆面的圆心，从而得到轴线的。

针对这种测量方式设计的装置传感器所在部分结构简单，传感器装在高精度的回转轴上做旋转运动，轴向和轴向的水平运动由工作台实现，轴向的运动由主轴箱实现，这种方案对测量结果的影响主要来自于传感器和工作台的运动精度，从而对测量精度产生影响，并且测量时间较长，