连杆大小头孔中心线平行度检测装置设计毕业论文

1、摘 要近年来随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车发动机的性能要求越来越高。而连杆是发动机中的关键部件之一，其大、小头孔中心线的平行度必须达到一定的精度，否则会导致发动机耗油量大、磨擦大、噪音大。因此设计一套测量连杆大、小头孔平行度的检测装置，是保证产品质量和提高生产效率的重要手段。加工连杆过程中，对两孔轴线平行度的检验至关重要，它将直接影响连杆的装配精度和使用性能。连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。连杆平行度检测装置是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。本装置是

2、由机械系统和控制系统两大部分所组成，我的设计内容主要是机械部分的设计，包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择，有关测试系统的控制设计及选择。关键词：连杆；平行度；检测abstractin recent years，with the rapid development of auto industry， people on the car engine performance demand more and moreand connecting rod is one of the key components of the engine，its big，small hea

3、d in the center hole parallel degree must satisfy certain precision，it could lead to more fuel-efficient engines，friction big， noiseso to design a big，small head measuring connecting rod hole parallel degree of detection device，is to guarantee the quality of the product and improve production effici

4、ency the important meansprocessing in the process of connecting rod， two hole axis parallel degree of inspection is very important， it would directly affect the connecting rod assembling accuracy and performancethe connecting rod is one of motor car engine main power transmission components，often be

5、ing at the high speed state of motion，therefore，which requests the higher grade of fit with other componentsthus the connecting rod is examined in the production to be frequent and the also essential linkthe connecting rod parallelism measuring instrument is specially for examines for measuring tool

6、 which the automobile connecting rod design，its structure is simple，the measuring accuracy is highthis design is composed by the mechanical system design and the control system design，which includes the gear drive design and the choice， the ball bearing guide screw design and chooses，motor machine c

7、hoice and installment mechanical system design，relating test system control design and choicemy design content mainly focuses on the machine part designkey words：connecting rod ；parallelism；examination目 录摘 要i第1章 绪论11.1 连杆简介21.2 连杆加工工艺改进分析41.3 连杆平行度检测国内外发展情况5第2章 连杆平行度检测装置总体设计62.1 装置的主要组成部分62.2 结构方案的分

8、析62.2.1 设计方案一62.2.2 设计方案二62.2.3 方案对比分析7第3章 连杆平行度检测装置的机械部分设计及计算93.1 进给运动的要求93.1.1 减少运动件的摩擦阻力93.1.2 提高传动的精度和刚度93.1.3 减少传动惯量93.2 滚珠丝杠的选择103.2.1 概述103.2.2 滚珠丝杠的安装113.2.3 滚珠丝杠的润滑及防护113.2.4 滚珠丝杠的设计计算123.3 齿轮传动的设计计算153.3.1 齿轮传动比的计算153.3.2 确定齿轮模数及有关尺寸163.3.3 转动惯量的计算163.4 步进电动机的选择173.4.1 概述173.4.2 步进电动机的工作原理

9、183.4.3 步进电机的选择193.5 液压夹具的设计213.5.1 液压夹具的液压基本回路213.5.2 液压元件的选择21第4章 传感器的选择及测量原理254.1 传感器的选择及测量原理254.2 连杆平行度误差分析与计算264.3 连杆检测装置的经济性27结 论28致 谢29参考文献30contentsabstractiichapter1 lintroduction11.1 connecting rod profile21.2 connecting rod processing process improvement analysis41.3 connecting rod parall

10、el degree testing development at home and abroad5chapter 2 connecting rod parallel degree testing device overall design62.1 the main components of the device62.2 the analysis of the structure scheme62.2.1 scheme one62.2.2 scheme two62.2.3 scheme comparison and analysis8chapter 3 the parallel degree

11、detection device connecting the mechanical parts of the overall design93.1 the movement of the requirements93.1.1 resistance the precision and improve the transmission93.1.2 improve the transmission precision and rigidity93.1.3 reduce transmission inertia93.2 the ball screw choice103.2.1 summarize10

12、3.2.2 the ball screw installation113.2.3 the ball screw lubrication and protection113.2.4 the ball screw design calculation123.3 gear transmission design calculation153.3.1 the calculation of gear ratio153.3.2 sure gear modulus and dimensions163.3.3 the calculation of inertia163.4 the choice of step

13、ping motor173.4.1 summarize173.4.2 stepping motor principle of work183.4.3 the step motor choice193.5 hydraulic fixture design213.5.1 hydraulic clamp hydraulic basic circuits213.5.2 the choice of hydraulic components21chapter 4 sensor selection and measuring principle254.1 sensor selection and measu

14、ring principle254.2 connecting rod parallel degree error analysis and calculation264.3 economy analysis27summary28thanks29reference30第1章 绪论连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度1。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和

15、交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测5-6个参数。连杆平行度检测装置是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化。连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度。近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进。通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求2。目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备

16、中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三坐标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备3。其结构简图如图1-1。精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之一，这已被生产发展的历史所 认可。从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的4。有人认为材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密工程的三大支柱5。对于科学技术来说，测量与控制是使其发展的促进因素，测量的精度和效率在一定程度上决定着科学技术的水平6。目前，国外量仪已与计算机技术和光电技术相结合，实现了自动化、数字化

17、和多功能化，国内也正朝着这个方向发展7。图 1-1 连杆平行度检测装置立体图 发动机连杆大小头孔中心距精度直接影响着发动机曲轴输出功率的稳定性，从而影响发动机的运行稳定性8。连杆中心距误差将造成发动机两个方面的瞬时动力变化，即导致压缩比变化造成传递动力变化；导致连杆空间瞬时位置变化造成传递动力变化9。1.1 连杆简介众所周知，连杆是发动机的五大主关件之一，如图1-2，其在发动机中的地位是显而易见。它是发动机传递动力的主要运动件，在机体中做复杂的平面运动，连杆小头随活塞作上下往复运动；连杆大头随曲轴作高速回转运动；连杆杆身在大、小头孔运动的合成下作复杂的摆动。连杆在承受往复的惯性力之外，还要承受

18、高压气体的压力，在气体的压力和惯性力合成下形成交变载荷，这就要求连杆具有耐疲劳、抗冲击，并具备足够的强度、刚度和较好的韧性。在今天随着汽车工业的高速发展，“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求：1）作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声；2）强度、刚度要高，并具有较高的韧性；3）连杆比要大，连杆要短。这也就意味着对连杆的设计和加工有更高的要求。图1-2连杆立体图连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成。连杆大头是分开的，一半为连杆盖，另一半与杆身为一体，通过连杆螺栓连起来。连杆大头孔内分别装有轴瓦，由于连杆体与连杆盖的接合面是与大小头孔的中心联线垂直，故

19、称为直剖式连杆。有些连杆大头结构粗大，为了使连杆在装卸时能从气缸孔内通过，采用斜剖式结构，即接合面与大、小头孔轴线形成一定的角度10。连杆材料一般采用45钢、40cr或45mn2等优质钢或合金钢。钢制连杆都用模锻制造毛坯。它的锻造工艺有两种方案，将连杆体和盖分开锻造，连杆体和盖整体锻造。从锻造后材料的组织来看，分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的，因此具有较高的强度，而整体锻造的连杆，铣切后，连杆盖的金属纤维是断裂的，因而削弱了强度。整体锻造要增加切开连杆的工序，但整体锻造可以提高材料利用率，减少结合面的加工余量。加工时装夹也较方便。工厂中连杆的材料是40cr，调质处理，整体锻造，只需要一套锻模，

20、一次便可锻成，也有利于组织和管理生产。锻造时表面冷却速度快，对内产生压应力，表面应力是平衡的，但铣分开面后应力不平衡，易变形，所以要增加校力这一工序11。连杆是发动机的关键零件，对强度有较高的要求。其作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。就制造工艺而言，连杆属于较难锻造与加工的一种零件，为了提高发动机的效率，延长其使川寿命，有必要对连杆加工工艺进行改进。1.2 连杆加工工艺改进分析 1采用了连杆撑断新工艺连杆撑断工艺的基本原理是：在连杆大头孔的剖分面上，加一个v型凹槽，在该凹槽处施加一个撑开的力，由于在v形凹槽处形成压力集中，而将连杆和连杆盖撑开，断口

21、沿v形凹槽准确断裂，其断裂面的特性可使连杆体和连杆盖在装配时处于最佳吻合状态12。 采用撑断工艺将连杆断开以后，连杆盖、杆结合面具有完全啮合的犬牙交错结构，以保证结合面精确相接，结合面不须再进行任何加工。其优点如下：（1）减少了加工工序数（无结合面的铣削、磨削及拉削），使连杆加工变得更简单，节省机床投资25，减少刀具费用35，节省能源40，节省面积20。（2）由于结合面的特殊开口，使盖的定位准确，可保证连杆在使用过程中的精度，而不需要定位螺栓（只需要普通螺栓），省去了螺母。（3）由于连杆撑断接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力、抗剪能力。（4）节省了操作人员。（5）降

22、低了生产线运行费用，减少了维护保养。 2. 提高了连杆两孔中心距尺寸精度 一是加工工艺改进前，大头孔与小头孔的钻、粗镗以及精镗均分开为两道工序，两次装夹，故两孔中心距的尺寸公差分布范围较大；工艺改进后，一次装夹钻或镗两孔，能够将连杆两孔中心距尺寸误差控制在很小范围内13。二是工艺改进后，车大头外圆在粗镗大头孔和小头孔后，更有利于后续工序回转自由度限制的一致性与稳定性。2. 保证了两孔的平行度 一是连杆毛坯为模锻件，孔加工余量大，内应力变形大，改进后的工艺，由于先钻两孔，再粗磨端面，使连杆在钻孔工序时，避免了孔端面平面度、平行度被破坏。二是改进后的连杆加工工艺，以连杆整个端面定位，并压紧整个端面

23、，同时镗两孔，保证连杆两孔的平行度。3. 提高了连杆大头孔和小头铜套孔的光洁度、尺寸精度、形状精度改进后的连杆加工工艺，小头铜套孔在精位后进行滚压加工，有利于提高光洁度、尺寸精度，并能产生有利的残余压应力。而大头孔采用珩磨加工，珩磨头与机床主轴浮动连接，有利于减少主轴回转中心与被加工孔的同轴度误差的影响1.3 连杆平行度检测国内外发展情况连杆螺栓是汽车发动机上的重要紧固标准件。生产实践中，其综合机械性能是以硬度指标来进行考核和评定的。经过调质处理后的工件，用布氏硬度计检测，根据压痕直径读数的大小（工厂规定压痕直径350-370mm为合格）来判别产品是否合格。这种传统检测方法，必须把连杆螺栓的两

24、个端面用砂轮磨平，用布氏硬度计加载压痕，再测量压痕直径。这种检测方法工序多，周期长，随机误差大，对检验人员的技术要求高，而对成品不可能百分之百地检测，只能抽样检查。我们经过一年多时间的研究试验，根据电磁感应原理，利用40cr材质在不同热处理条件下其电磁特性的差异设计制作了连杆螺栓无损检测探头。把衡量螺栓机械性能综合指标的硬度值与电参量联系起来，把硬度检测变为测试电参量。采用电测法，不仅提高了效率，而且准确率及可靠性提高，并可对产品百分之百地检测。第2章 连杆平行度检测装置总体设计 2.1 装置的主要组成部分为了适应当前我国汽车工业的发展需要，缓解对连杆中心孔轴线平行度检测装置对进口的依赖性，降

25、低产品的生产成本提高市场竞争力，特将两种设计方案进行比较，择优选取。其主要组成结构都是在测量台上安装一连杆的夹紧固定装置，侧面有安装测杆运动的滚动导轨；其驱动力是由直流电机提供，通过滚珠丝杠传递运动。连杆的夹紧是由液压缸提供夹紧力；在测杆的头部安装非接触式电容传感器，测量数据通过a/d转换器，将数据输出。包括机械部分、电气部分、液压部分。本次设计的主要是机械结构部分和液压夹具部分。2.2 结构方案的分析2.2.1 设计方案一在连杆支撑体侧壁上有与连杆相对应的两孔，以便两个测杆进入连杆孔进行数据地采集和测量。连杆在液压缸的夹紧力作用下进行夹紧，大小测杆平行安装在平动导轨上，同时进入连杆两孔进行数

26、据的采集。滚珠传动丝杠结构由步进直流电机驱动，如图2-1所示。2.2.2 设计方案二在连杆支撑体侧壁上只有一个小孔和连杆的小端孔相对应，直接把心轴和支撑体侧壁通过椎度配合安装在一起，并且与测杆轴平行。在液压夹紧力的作用下对连杆进行夹紧，当连杆被固定之后，在步进电机的驱动之下将测杆推入连杆小头孔中，这样就可以缩小导轨的截面积和驱动电机的功率，从而节约了成本，如图2-2所示。图2-1方案一结构简图图2-2方案二结构简图2.2.3 方案对比分析方案二虽然运动结构简单，损坏率低，装置体积较小，但由于心轴和小孔测杆不在同一个零件上，定位心轴在连杆支撑体上，而测杆却安装在了平动导轨上，在制造的过程中难以保

27、证固定在夹具体上的心轴和运动测杆之间的平行度，存在较大的累积误差，对于此测量精度要求较高的平行度测量装置来说，很难达到制造和安装要求，但方案一就不会存在上述的测杆平行度难以保证的情况，在平动导轨侧面同时加工出与两测杆相配合的孔，将两个测杆安装在同一运动导轨上，通过平键连接对两测杆平行度比较容易保证。这样就降低了产品成本，提高了生产效率。所以选用第一种方案进行设计。第3章 连杆平行度检测装置的机械部分总体设计及计算3.1 进给运动的要求连杆平行度检测的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，在设计进给系统时，充分注意减少摩擦

28、，提高传动精度和刚度，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。3.1.1 减少运动件的摩擦阻力摩擦阻力主要来源与传动系统的导轨和丝杠。因此，为丝杠和导轨的滚动是减少摩擦的重要措施。3.1.2 提高传动的精度和刚度因为在进给系统中，采用滚珠丝杠螺母和支撑结构是决定其传动精度和刚度的主要部件，故必须保证它们的加工精度。对步进电机驱动的系统尤其如此，此外，还可以用合理的预紧力来夹紧以消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙，是支撑丝杠的轴承预紧以提高支撑的结构刚度，这些措施有利于提高传动精度15。3.1.3 减少传动惯量在满足传动强度和刚度的要求下应尽可能将各元件进行合理的配置，并减少它们的惯量。3.2 滚珠丝

29、杠的选择3.2.1 概述滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。其原理如图。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿滚道滚动，螺母螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传动精度，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。我设计的连杆中心孔平行度测量仪的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命。图3-1 外循环导管式图3-2 内循环反向器式3.2.2 滚珠丝杠的安装连杆平行度测量仪的进给系统要获得较高的传动精度除了加强

30、滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的，一般采用两种组合方式：一种是把向心轴承和锥轴承组合使用，其支撑方案，可有以下几种： 1一端装止推轴承这种安装方式因为它承载能力小，刚度低，所以一般用于短丝杠。 2一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 这种安装用于滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定外，另一端再装向心球轴承，这时需注意止推轴承要远离热源和丝杠上的常用段，以减小丝杠变形的影响。 3两端装止推轴承把止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热伸缩较为敏感。

31、4两端装推力轴承及向心球轴承这种结构方式不能精确的预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。本设计中由于滚珠丝杠只是带动测头部分往复运动，所以轴向力并不是太大，故两端只采用球轴承支撑。3.2.3 滚珠丝杠的润滑及防护 1润滑使用润滑剂可以提高滚珠丝杠的耐磨性和传动效率，润滑剂有固体和液体两种，液体润滑可用20号或30号机油，90180号透平油或140号主轴油。固体润滑可用高压润滑脂或锂基润滑脂根据本装置要求简单的特点，故使用固体润滑，使用两种润滑脂均可使用时，润滑脂直接加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。 2防护丝杠预紧后，轴向间隙小，当硬质灰或污物等落入螺纹滚道内就会妨碍滚珠

32、的运转，并加快磨损，常用的防护装置有：（1）密封圈：密封圈装在螺母的两端。有接触式和非接触式两种，接触式的弹性密封圈，用耐油橡胶和尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配合的开头即与螺纹滚道相结合，这类密封的防尘效果好，但有接触压力会使摩擦力矩加大，非接触式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道相反，并稍有间隙且不会增加摩擦力，但防尘效果较差。（2）防护罩：防护罩有锥形套管，伸缩管，也有折叠式的防护罩。对防护罩的要求是：耐油、耐腐蚀、耐高温和耐用。根据本设计的要求选用接触式弹性密封圈进行防护。3.2.4 滚珠丝杠的设计计算 1滚珠丝杠的设计计算对于三角形导轨或综合导轨： px、pzx

33、、z方向上的切削力，n； f导轨的摩擦系数； k考虑颠覆力拒影响的实验系数。对于本装置k115 ，g30kg，f016 ，pxpz0。则 ： p01630984704n根据 pq0 ，q0为最大动载荷。选取公称直径 d32mm则由参考文献5表22414得：滚珠直径螺距 p5mm螺纹升角 251额定静载荷 c0a30150n额定动载荷 ca10900n接触角 45螺纹滚道半径 rs（125-065）dw0631751905mm偏心距 e（rsdw/2）0225螺杆大径 ddm（0205）dw3127mm螺杆小径 d1dm+2e2rs2864mm螺杆接触点直径 dkdmdwcos2974mm螺杆牙

34、顶圆角半径 ra（01015）dw0381螺母螺纹大径 ddm2e+2rm螺母螺纹小径 d1dm+05（dmd）3237mm预紧力计算：滚珠和螺纹滚道由于受轴向力的作用而产生轴向变形在弹性范围内，根据赫兹公式式中 k与滚道的曲率半径、材料的弹性模量有关。对于确定丝杠，k为常数。 设对螺母a、b施加预紧力p0向对应变形，当外加轴向载荷为p时，螺母b产生了，则： 当时，这时螺母a中滚珠和滚道刚好接触，因此要保证丝杠在最大轴向载荷pmin作用下无间隙，则p0要满足一定的关系：当 时，则螺母b变形为： 因为 所以 于是 则为使螺母和丝杠之间不出现间隙，应使预紧力近似等于最大轴向载荷的1/3。p0过小不

35、能保证无间隙传动，p0过大会降低传动效率和承载能力。 2刚度验算滚珠丝杠是精密的传动元件，它在轴向的作用下将产生伸长或缩短，这将引起丝杠导程的变化，根据公式滚珠丝杠在（“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩）工作载荷p和扭矩m的共同作用下，引起每一个导程变形量l为：式中 p工作载荷，n； l滚珠丝杠的基本导程，mm； e弹性模量，对于钢e21106n/cm2； f滚珠丝杠的截面积，mm2； m扭矩；nm； g切变模量；对于钢g=e/(2(1+n)，n为泊松比，钢材泊松比约为025； jc截面积惯性矩；对于本设计3.3 齿轮传动的设计计算齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种装置几乎都离不开齿轮

36、传动，在数控传动装置中，步进电机常通过齿轮传动装置传递转矩和转速，并使电动机和螺旋传动副之间的转矩和转速得以匹配，因此齿轮传动是设计数控机械的一个重要的组成部分。由于电动机转速一般较高，而机械系统的移动速度有时不能太高，变化范围不能太大，故往往用齿轮传动装置将电动机输出轴的高转速、低转矩转化为负载轴的低转速、高转矩。当用齿轮作为进给装置时，需要满足以下技术要求：（1） 大齿轮折算到电机轴上的转动惯量要小；（2） 刚度大；（3） 无间隙；（4） 噪声低。3.3.1 齿轮传动比的计算因为步进电机步距角，t5cm，要实现脉冲当量，在传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮的传动比：选z124，z250。

37、3.3.2 确定齿轮模数及有关尺寸因传动的扭矩较小，取模数m15mm，有关尺寸：齿宽b9mm压力角分度圆直径d1mz152436mm分度圆直径d2mz155075mm齿顶圆直径da1d1+2m36+21539mm齿顶圆直径da2d2+2m75+21578mm齿根圆直径df1d12125m3225mm齿根圆直径df2d22125m7125mm中心距：3.3.3 转动惯量的计算根据等效转动惯量的计算公式得：式中 jd折算到电动机轴的惯性负载kg/cm2； j1齿轮z1的转动惯量，kg/cm2； j2齿轮z2的转动惯量，kg/cm2； j3滚珠丝杠的转动惯量，kg/cm2； m移动部件的质量，kg。

38、对材料为钢的圆柱零件传动惯量可按下式计算：j078103d4l式中 d圆柱零件直径，mm； l零件长度，cm。则： j10781033540900153kgcm2 j2078103754092221kgcm2 j3078103324302455kgcm2电机轴的转动惯量很小可以忽略，则： kgcm23.4 步进电动机的选择3.4.1 概述步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件。当给步进电机一个电脉冲信号，不仅电动机转动一个步距角，如按一定规律给步进电机一串连续脉冲信号，步进电机便一步步地连续旋转17。步进电机具有如下特

39、点： （1）位移量与输入电脉冲数具有严格的对应关系，步距误差不会积累。 （2）稳定运行时的转速与控制脉冲的频率有严格的对应关系。 （3）控制性能好，在一定的频率下，能按控制脉冲的要求快速启动，停止或反转。改变控制脉冲的频率，电动机的转速就随着变化，并在很宽的范围内平滑调节。 （4）控制系统简单，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步进电机可广泛应用于数模转换，速度控制和位置控制系统中，是开环控制系统中的理想执行元件18。步进电动机的类型很多，按其工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式以及若干混合式。按励磁相数，有3相、4相、5相、6相甚至8相，按其规律分为快速电机和功率电机

40、。3.4.2 步进电动机的工作原理如图3-3所示是圆周分相径向气隙的3相反应式步进电机结构简图，定子上有6个磁极，每相2个，转子由软磁材料制成，上面没有绕组，定子磁极和转子上有很多小齿，齿数和通电循环拍数决定了电机的步距角。 反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，当定子上a相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离a相磁极相对的位置，当a相断电，受b相绕组所建立的磁场影响最大时，转子齿2和4在磁场力的作用下，逆时针转到和b相磁极相对的位置，即转子前进一步。同样当b相断电，而c相通电时，转子又在磁场力的作用下转动一步，使转子

41、1、3齿与c相磁极对齐，由此可见，按a-b-c-a 顺序通电时，电机便一步步地转动，步进电机的步距角是转子旋转一步所转过的角度，由此可见：式中 z 转子齿数； ma通电循环拍数。图3-3电动机结构图3.4.3 步进电机的选择 本设计中步进电机的选择： 1电机的步距角取系统的脉冲当量：初选步进电机的步距角： 2步进电机启动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为t，负载力为p。根据能量守恒定律，电机所做的功与负载所做的功有如下的关系：式中 电机转角； 机械传动效率； s移动部件的相应位移。若取，则且 pps+（g+pz）所以 （ncm）式中 ps移动部件负载，pa； g移动部件重量，kg； pz与重

42、力方向一致的作用在移动部件上的负载力，ncm； 导轨摩擦系数； b电机步距角； t电机轴负载系数。 本设计中取003（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数）093，则 ： （ncm）若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩：取安全系数为03，则启动力矩：（ncm）对于工作方式为三相六拍的步进电机。 3步进电机的最高工作效率（ncm）（hz） 电机有关参数如表3-1表3-1 电机有关参数主要技术依据步距角（）1513最大静转矩（ncm）49最高空载启动频率2200相数3电压（v）27电流（a）3外形尺寸重量（n）外径55长度62轴径6653.5 液压夹具的设计3.5.1 液压夹具的液压基本回路根据本设计

43、的要求选用定压回路，一般用定量泵供油，供油率一般为q=8l/min左右。当压力达到预定的要求压力时，溢流阀3自动卸荷，这种回路油温较高，非生产性消耗大，多用于装夹较为频繁的夹具19。3.5.2 液压元件的选择液压系统的主要参数是油的压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据，压力取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。 1油泵的选择（1）确定油泵的最大的工作压力根据设计要求由于是测连杆的平行度，工件与测头不接触，夹具所施加的夹紧力只需保证工件不移动即可，不可使工件变形超出允许范围即可，故设夹紧力p1200n。则活塞作用力： pp1/式中 考虑各种损失的有效系数，本设计取09。则： 根据

44、常规油缸的系列，选择油缸直径d=45cm则油缸的工作压力：则油泵的最大工作压力：本设计中取 则pp14+0317mpa（2）确定泵的流量qp式中 k系统泄油系数，一般取1113。 同时动作的油缸的最大的流量，l/min。本设计中 k12当p2mpa时，d（02-04）d则 qp=12545=654l/min（3）选择油泵的规格根据求得的pp和qp值，选择cbb型齿轮泵。 2液压阀的选择根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大的流量，选择有型的产品的阀，溢流阀按泵的最大的流量选取。根据本设计中的流量选择溢流阀为yfl108型，通径10mm，并采用螺纹连接，重量为24 kg。 3管道尺寸的确定管道内

45、径按上式计算。根据管道的标准系列选择公称通径为dn8mm则钢管外径为14mm管接头连接螺纹为m1415管子壁厚为1mm。 4油箱容量的确定按下列经验公式确定油箱的容量：式中 qv 油泵每分钟排出的压力油的容积，m3； 经验系数，本式中取3。则v265410-313110-2（m3） 5滤油器的选择根据设计需要选择线隙式滤油器，型号为xu-j1080。 6压力表的选择 根据设计要求选择kfl8/14e型，公称通径为8mm，压力表直径为mm，接头螺纹m1415。 7换向阀的选择根据设计要求选择we5n62/n型电磁换向阀。第4章 传感器的选择及测量原理4.1 传感器的选择及测量原理 凡接受外界刺激

46、能产生输出信号，即可定义为传感器。传感器就是用来对所测的量产生响应并提供可用的电信号器件，即把输入信号变成不同形式的输出信号的装置。最简单也是应用最广泛的是位置传感器，位置传感器的检测方式有接触式和非接触式两种20。根据设计的要求，选用非接触测量方式，并使用电容式传感器，传感器如图4-1所示：图4-1 传感器结构示意图 本传感器的工作原理式以被测连杆圆孔为一极板，另一极板在传感器上，当传感器在测头的带动下伸入孔内时，由于孔的平行度存在误差，必然会引起传感器上的极板和孔内壁之间距离的变化，从而引起传感器电容两极板之间电压的变化21。传感器将这些变化引入计算机，由计算机对这些变化进行处理，即可求出

47、传感器极板与圆孔之间的距离。4.2 连杆平行度误差分析与计算当测头进入连杆中心孔时，测头上的三套传感器能自动检测与孔壁之间的距离，即为y1，y2，y3。根据圆与直线交点的关系得出偏心量，。其中则： y1，y2，y3由检测器输出电压的变化来求得，当测头向前移动l时，再次测得y1，y2，y3。则以第一个所测得的圆面为x，y平面，建立空间直角坐标系，则两点的中心线即可近似为中心孔的轴线。直线方程为：同理，因两孔为同时测量，则另一孔也会同样通过两点a（，），b（，l），则另一条轴线的方程为：则两条直线在空间的夹角为：而根据所要求的平行度所夹的最大角为：如所测得的角：则连杆为合格品，否则为不合格品。4.

48、3 连杆检测装置的经济性连杆平行度检测装置是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测精度，同时也提高了检测的效率。在我国汽车及相关零部件快速发展的今天，它一定会受到广大汽车行业的欢迎。 目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。它的作用还体现在报废连杆的修复上，它不但能提示零件是否合格，还能将检测结果显示出来，供我们参考，以便我们采取相应措施提高产品的合格率。结 论经过这次毕业设计，我不但巩固了这四年学