CN102519723A

CN102519723A - 一种齿轮动态传动误差测控系统

Info

Publication number: CN102519723A
Application number: CN2012100033928A
Authority: CN
Inventors: 陈思雨; 唐进元; 唐健杰; 楼江雷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种齿轮动态传动误差测控系统包括：一测试用电脑适于承载采集卡和信号处理功能；一数据采集系统，包括圆光栅、光栅轴套、光栅读数头、接线盒、数据采集卡；一运动控制系统，包括变频器、变频电机、齿轮箱、程控电源、磁粉制动器，齿轮箱具有独特设计的偏心套；电脑采用labview程序采集存储信号，通过串口通讯程序控制变频器和程控电源。本发明能够达到齿轮高速动态传动误差的精密测量，操作简单，便于维护。

Description

一种齿轮动态传动误差测控系统

技术领域

本发明专利涉及一种齿轮动态传动误差测控系统，特别是关于齿轮动态中高速传动误差的精密测量系统。

背景技术

工业界的很多检测与实验已证实：振动、噪声和传动误差有着直接的联系，如果不进行传动误差测试，就很难对振动和噪声进行研究和控制。而目前的传动误差测试系统通常在低速、空载下进行，把传动系统作为一个理想的，没有振动的系统进行测试。而在高速工况下，目前的传动误差测试系统还不能达到准确测试要求。

目前国内关于传动误差测量仪器的现状是：随着计算机技术的迅猛发展，计算机对测试数据处理的软件功能方面大大增强，CAT技术发展迅速。TE检测很多使用计算机作为辅助测试的手段。在计算机盛行的今天，许多直接将计算机用作测试过程的新仪器在市面上屡见不鲜，许多系统直接在Windows操作系统上运行，大大地提高了仪器的多功能性和方便性。而根据测量系统处理信号的特点，可将其分为两大类，模拟比相法和数字法。模拟比相法将两路正弦信号按传动比分频比相以确定传动误差值，因此难以实现对非整数传动比系统的测量，并存在相位翻转问题，虽然此种方法没有最高测量转速的限制，但在数字化的今天已不再适用，因此不作过多介绍。数字法实现方法简单，虽然测试最高转速受传感器信号传输速率限制，但仪器可扩展性和稳定性都很好，CAT程度高，是目前测试仪器的主流。数字法也可以分为两种，一种是具有传统的传感器、上位机、下位机模式，还有一种是基于传感器－采集卡－微机模式，也就是目前常用的虚拟仪器的一种。如华中理工大学宾鸿赞教授开发的“传动误差测量与控制的新型硬件、软件系统”采用Pentium工控机作为上位机，适用于工业现场，运算速度高，实现复杂的控制算法和提供Windows平台；测量控制接口卡对位置测量与电机控制的功能，采用高速单片机和GAL技术，具有高速信号处理能力、光栅信号的细分辩向功能和信号整形等抗干扰能力。加上光栅检测元件、步进电机及其驱动模块构成整个系统。

另外目前国内很少有关于高速传动误差测试的相关文献和产品，国外虽然有检测高速传动误差的设备,但价格太高（如T20机床为40多万美元），很难做到广泛应用。

发明内容

为了达到高速工况下，对齿轮传动误差进行准确测试的要求，本发明提供一种齿轮动态传动误差测控系统。

本发明的技术方案为：

一种齿轮动态传动误差测控系统，包括：一测试用电脑，适于承载采集卡和信号处理功能，该测试电脑包括至少一输出装置，将控制信号输出；数据采集系统包括圆光栅、光栅轴套、光栅读数头、接线盒和数据采集卡；运动控制系统包括变频器、变频电机、齿轮箱、程控电源和磁粉制动器。

一种齿轮动态传动误差测控系统，动力装置使用“变频器＋笼型感应电动机（专用变频电动机）”的交流调速方式。它的优点是：机械自动化程度、生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、减小电源系统容量、为了达到高速工况下，对齿轮传动误差进行准确测试的要求，本发明提供一种齿轮动态传动误差测控系统。

本发明的技术方案为：

一种齿轮动态传动误差测控系统，动力装置使用“变频器＋笼型感应电动机（专用变频电动机）”的交流调速方式。它的优点是：机械自动化程度、生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、减小电源系统容量、设备小型化、增加舒适性。

一种齿轮动态传动误差测控系统，加载装置使用的是“磁粉制动器+程控电源”的加载变载方式。磁粉制动器是一种性能优越的自动控制元件。它以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激磁电流呈良好的线性关系而与转速或滑差无关，并具有响应速度快结构简单等优点。该型磁粉制动器支持联轴节式安装方式，并可以使用水冷的冷却方式。而WLK-5B程控电源支持“通信”“遥控”“手动”三种控制方式。

一种齿轮动态传动误差测控系统，设计了方便拆卸和调换齿轮的开式齿轮箱，并设计了偏心套结构，所谓偏心套结构，是指一个外径中心和内径中心不重合，距离相差了1mm（不包括工差）的套筒。在实际安装操作中，可以通过旋转此偏心套，来实现一对啮合齿轮中心距离的调整。齿轮中心距可调，可以模仿多种安装误差。

一种齿轮动态传动误差测控系统，选用的光栅盘是美国GSI公司生产的Mirco System系列的圆光栅（Rotary Scale），此光栅具有16384条刻线，不加装细分电路的话，每转可以输出16384个正弦波，分辨率为

弧度。他可以输出两路正弦波，幅值为1V（

），波长为20

，相位差为。此光栅盘自带编码器（Encoder），此读数头使用的是15针D-Sub接口，接口形式与RS232相同，但是使用的协议方式不同，在使用的时候重新定义接口，为编码器进行供电和数据传输。

一种齿轮动态传动误差测控系统，设计了可以装配到轮轴上的，方便光栅盘装卸的光栅套筒。套筒上具有螺丝，与螺盘相配合。光栅盘套在套筒上，正反面都有软垫保护，可以防止磨损和挤压。套筒与轴是间隙配合，使用玻璃胶粘结。

一种齿轮动态传动误差测控系统，设计了可以承载和方便调节读数头高度的滑轨装置。

一种齿轮动态传动误差测控系统，采用了联想原装整机和NI公司的PCI系列型号数据采集卡，采集卡高速模式采样率可达到2.5Ｍ／ｓ，可以达到高速采样的要求。

一种齿轮动态传动误差测控系统，采用的是ＮＩ的接线盒对光栅读数头进行供电，采用差分接入（内芯接信号电平，外芯接参考电平）屏蔽信号线和SMB接头接入数据采集卡。

一种齿轮动态传动误差测控系统，采用弹性柱销联轴器连接各个部件。

一种齿轮动态传动误差测控系统，采用labview软件完成信号采集存储和控制功能。

一种齿轮动态传动误差测控系统，采用串口控制程序对变频器和程控电源进行控制。

齿轮动态传动误差测控系统的动力装置、传动装置和加载装置通过弹性柱销联轴器联接，通过屏蔽信号线联接光栅盘读数头和数据采集卡，通过接线盒为光栅盘读数头供电，通过编写的labview程序将采集卡的数据存储到电脑上。

附图说明

图1 本发明整体硬件结构示意图

图2 套筒的主视图

图3 偏心套主视图

图4 偏心套俯视图。

具体实施方式

实施例一

参见图1，把变频电机与齿轮试验箱的输入轴用弹性柱销联轴器连接在一起，输入轴的另一端套上装有光栅盘的轴套，用玻璃胶固定。变频电机与变频器相连。再把磁粉制动器与齿轮试验箱的输出轴用弹性柱销联轴器连接起来，同理，另一端也套上装有光栅盘的轴套。磁粉制动器与程控电源相连。光栅盘读数头通过屏蔽线与采集卡连接，变频器和程控电源通过串口线与计算机相连。打开labview编好的程序，并同时检查是否存在干涉。检查无误后，打开电机电源和程控电源，同时打开事先编好的labview程序，控制电机转速和磁粉制动器所加负载。电机带动指定转速齿轮箱运转，磁粉制动器为齿轮箱加上指定负载。光栅盘也会随着齿轮轴仪器旋转，此时调节好对应的读数头位置，读数头每读过一个光栅格就会发送两个相位差是

的正弦波到接线盒，接线盒经过简单的信号整理后就将信号传到采集卡上，然后电脑就通过labview程序将采集到的信号存储到指定位置。采集到一段时间后，即可停止电机和程控电源，完成此次数据采集。

Claims

1.一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于：包括：

一测试用电脑（1），适于承载采集卡和信号处理功能，该测试电脑包括至少一输出装置，将控制信号输出；

一数据采集系统，包括圆光栅（2）、光栅轴套（3）、光栅读数头（4）、接线盒（5）、数据采集卡（6），

其中，光栅轴套（3）将圆光栅（2）接在齿轮轴上，接线盒（5）为光栅读数头（4）供电和接收信号到数据采集卡（6），信号传输都是使用信号屏蔽线；

一运动控制系统，包括变频器（7）、变频电机（8）、齿轮箱（9）、程控电源（10）、磁粉制动器（11），

其中，变频器（7）控制变频电机（8）为齿轮箱（9）提供动力，程控电源（10）控制磁粉制动器（11）为齿轮箱（９）提供负载，齿轮箱具有独特设计的偏心套（1２），变频电机（8）和磁粉制动器（10）分别通过弹性柱销联轴器（13）与齿轮箱联接，变频器与程控电源通过串口线与电脑（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于圆光栅（2）具有16384条刻线，每转可以输出16384个正弦波，分辨率为弧度。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于光栅读数头（4）使用的是15针D-Sub接口，接口形式与RS232相同。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于数据采集卡（6）具有高速采样特性，采样率可达到2.5Ｍ/ｓ以上。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于齿轮箱（9）设计为便于装卸齿轮的开式齿轮箱。

6.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于接线盒（5）具有5V供电，信号接地和信号整理的功能。

7.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于偏心套（12），即指一个外径中心和内径中心不重合，可以模拟齿轮轴安装误差的套筒机构。

8.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于PC机（1）可以采用labview编程软件进行系统软件操作。

9.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于使用串口通讯模式控制变频器和程控电源。

10.根据权利要求1所述的一种齿轮动态传动误差测控系统，其特征在于能够达到对0-5000rpm/s的齿轮传动误差精密测量。