（终稿）曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计（全套完整有CAD）

步进电动机定子的相数步进电动机转子的齿数。

步距误差当采用单双相轮流通电控制方式时，步距误差是指空载时转内实际的步距角与理论值之间的误差.它反映了步进电动机角位移的精度。

由于步进电动机主要用于开环控制的伺服系统中，这误差无法测量和补偿，因而在选用步进电动机时，应分析它对整个伺服系统精度的影响。

静态距角特性当步进电动机不改变通电状态时，转子处在不动状态，如果在电动机轴上外加个负载转矩，使转子按定方向转过个角度，此时转子所受的电磁转距称为静态转距，角度称为失调角。

静态特性上的电磁转矩最大值称为最大静转矩。

在静态稳定区内，当外加转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置。

起动频率空载时，步进电动机由静止状态突然起动，并进入不丢步的正常运行状态的最高频率，称为起动频率或突跳频率。

由于步进电动机在起动时，要克服负载力矩与加速力矩，如果此时加给步进电动机的指令脉冲频率大于启动频率，转子的速度就跟不上定子的磁场速度，出现丢步或振荡现象，随着负载尤其是惯性负载加大在允许的范围内，起动频率会进步降低。

连续运行频率步进电动机起动以后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率，其值远大于起动频率。

它也随电动机所带负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大关系。

矩频特性与动态转矩矩频特性描述的是步进电动机连续稳定运行，输出转矩与连续运行频率之间的关系。

般情况下，随着运行频率的增高，输出力矩反而会下降。

当频率增加到定值时，步进电动机的输出力矩己变得很小，此时带动负载或受到个很小的干扰，步进电动机就会产生振荡丢步或停转。

因此.动态转矩的大小直接影响步进电动机的动态性能及带负载能力。

应根据负载要求参照高频输出转矩来选用步进电机的规格。

加减速特性步进电动机的加减速特性是描述步进电动机由静止到工作频率或由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的频率变化与而改变磁阻。

它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小，因此常常要考虑两者兼顾。

般取在毫米之间。

变面积型电感传感器这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积即磁通截面随被测量的变化而改变，从而改变磁阻。

它的灵敏度为常数，线性度也很好。

表传感器的参数型号示值变动性外型尺寸测量方式测量力.旁向传感器测头安装在机械机构中的支架上，检测时七个传感器不动，依靠工作台以及主轴箱的运动完成测量。

.计算机控制处理及测量过程工作过程框图如图所示。

图计算机控制测量过程这部分为测量提供软件和硬件的支持。

软件方面是指可以控制各个电动机启动停止及运行等动作的计算机程序，并对测量头采集到的数据进行计算分析。

硬件方面主要是指为计算机操作控制提供输入输出设备，为数据及计算结果提供储存空间。

测量时需要完成的工作是软件方面接收输入设备送来的信息，按照设定好的程序驱动各个电动机和执行机构进行工作，计算出结果后并将其输出。

具体的操作过程是操作者通过鼠标键盘等输入设备将需要测量的点的个数测量工作台的移动距离和移动增量等参数输入计算机提供的软件中，程序得到这些数据后可以计算出测量点个数与步进电动机脉冲个数的关系，即步进电动机转动几次测量头就依次采集数据，以及可以采集到的数据的个数例如测量点个数，工作台移动总距离，移动增量，就可以得到这个脉冲个数.，要分次才能完成数据采集。

测量到的位移通过测量头转化为电感互感系数的变化，由测量电路转化成电压信号后，进行转换，把电压模拟信号轮换成数字信号后，将数据进行存储，由计算机软件的运算部分完成最小二乘圆圆心的计算并将其送到硬件单元中存储起来，这样就完成了次测量，然后，由计算机发出指令驱动与工作台相联的电动机旋转，使工作台做向运动，以完成第二次测量.，直到按移动增量将整个测量分次完成，便完成了数据的采集工作，再由计算机把存储起来的数据按最小二乘法进行综合分析，得到结果后将其送到输出设备上显示出来。

.机械部分机械部分的作用是使测量头能采集到相应的数据完成工作台及步进电机的运动，包括工作台水平方向的移动及曲轴沿其轴线的圆周运动，以满足曲轴主轴颈位置变化的要求。

机械部分由驱动电机和.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，效率较底。

.方案二同样采用个传感器同时对两个主轴颈进行测量，在运动的实现方面把沿轴向的移动由工作台转移到立柱上，传感器在测量时需要完成的运动只有旋转运动，而且必须将轴向移动和垂直移动隔开，以免运动之间产生影响测量结果的干涉。

这种设计要保持已经调整好的传感器同轴度是比较容易的实现，但是在调整传感器的位置时需要发很多时间，而且传感器的位置精度不易保证。

.方案三采用七个传感器同时测量，节省了检测环节占用的时间，效率较高。

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.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。

曲轴，轴线，同轴，自动，测量仪，设计，毕业设计，全套，图纸曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计学生宋力指导老师周光永湖南农业大学东方科技学院，长沙摘要本文介绍了曲轴轴线同轴度误差自动检测仪设计的详细过程，其中运用最小二乘法原理建立了曲轴轴线同轴度误差检测原理的数学模型，对检测装置的组成部分进行了详细的分析及运算，提出了多套设计方案，并选择其中种进行了详细地说明和计算，包括对床身的结构设计驱动用电动机的选择测量装置的选择对主要的传动部件进行计算和校核，并列出了多个图表进行补充说明，还绘制了检测系统原理图组成联系图检测装置的装配图和部分零件图。

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。