CN103090834B - 齿轮系侧隙测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种齿轮系侧隙测量装置，包括：控制系统；驱动机构；扭矩测量机构；转角测量机构和测试系统；所述扭矩测量机构监测所述被驱动的齿轮系的随时间变化的扭矩，并将对应的第一信号发送给测试系统；所述转角测量机构监测所述被驱动的齿轮系的随时间变化的转角，并将对应的第二信号发送给测试系统；所述测试系统包括存储模块和计算模块，所述存储模块用于存储齿轮系结构参数，所述计算模块根据第一信号、第二信号和所述的齿轮系结构参数计算齿轮系的各级侧隙。本发明的有益效果主要体现在：通过监测扭矩跳变和齿轮系的转角的对应关系，获得各个啮合副加入传动时齿轮系的转角，从而能够一次性简便准确的计算出齿轮系的各级侧隙。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮设计制造领域，尤其涉及齿轮系侧隙测量装置及使用该齿轮系侧隙测量装置的齿轮系侧隙测量方法。
背景技术
为防止齿轮系运作中温升导致齿轮变大而导致咬死，齿轮系都具有侧隙。齿轮系的侧隙是指装配好的齿轮副，当一个齿轮固定时，另一个齿轮的圆周晃动量。目前，齿轮系的齿轮侧隙测量，大体上有三种方法：一是直接塞尺测量，通过塞尺检测已装配好的齿轮副间处于啮合位置时的齿面最小间隙，得到该齿轮副的侧隙；二是滚压铅丝测量，将直径合适的铅丝置于已装配好的齿轮副的一个轮齿上，滚动齿轮压过铅丝，通过测量铅丝的最大变形位置的厚度得到该齿轮副的侧隙；三是间接打表测量，在已装配好的齿轮副上选择一个轮齿（或在齿轮轴端通过轴心安装标尺），将百分表（或千分表）垂直打在该轮齿的分度圆位置（或者标尺上的节圆半径处），固定另一齿轮，反复波动轮齿，通过表盘读数得到该齿轮副的侧隙。上述测量方式虽然简单，但被测量对象受到很大的局限，一次只能检测一对齿轮副，且对结构限制较大的齿轮副还无法检测。随着电子技术的发展，新的检测方法也不断出现，方便了对某些参数的检测，但仍无法一次完成对齿轮系的各啮合副侧隙的测量，如发明专利“齿轮副传动精度测量方法”（200810098882.4）中，利用角度传感器检测齿轮副输入、输出轴的角度，可获得该齿轮副的传动精度，同时，若利用该方法对一对齿轮副进行测量，也可获得该齿轮副的侧隙即回差，但是，针对齿轮系，由于其存在多组啮合副，该方法就无法得到各啮合副的侧隙了。
由于现有技术无法对齿轮系的各级啮合副的侧隙进行完全检测，因此，需要一种更加先进的方法，来实现对齿轮系的各级啮合副的所有侧隙进行精确的测量。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种能够精确测量齿轮系中所有侧隙的齿轮系侧隙测量装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种齿轮系侧隙测量装置，包括：控制系统；驱动机构；扭矩测量机构；转角测量机构和测试系统，所述控制系统控制所述驱动机构，驱动齿轮系的被驱动端运动，进而带动齿轮系的各级齿轮副运动；所述扭矩测量机构监测所述齿轮系的被驱动端随时间变化的扭矩，并将对应的第一信号发送给测试系统；所述转角测量机构监测所述齿轮系的被驱动端随时间变化的转角，并将对应的第二信号发送给测试系统；所述测试系统包括存储模块和计算模块，所述存储模块用于存储齿轮系结构参数，所述计算模块根据第一信号、第二信号和所述的齿轮系结构参数计算齿轮系的各级侧隙。
优选的，所述驱动机构包括电机和用于连接电机和齿轮系的连接结构，所述电机通过所述连接结构匀速驱动齿轮系。
优选的，所述连接结构包括连接电机的电机轴的传动带，以及可由传动带带动旋转的驱动盘，驱动盘旋转固定地连接到齿轮系的被驱动端上。
优选的，所述计算模块包括第一处理单元，所述第一处理单元将第一信号和第二信号处理为表征扭矩发生跳变的各个转角值的第三信号。
优选的，所述存储模块存储的齿轮系结构参数包括齿轮系的各级啮合副的传动比，和各级啮合副的啮合点半径，所述计算模块包括第二处理单元，所述第二处理单元将第三信号的各个转角值和前述各级啮合副的传动比和各级啮合副的啮合点半径一一配对。
优选的，所述扭矩测量机构为扭矩传感器或驱动机构的工作电流监测电路。
优选的，所述转角测量机构为设置在被驱动端上的转角传感器，或者为设置在驱动机构的驱动轴上的转角传感器。
本发明的有益效果主要体现在：通过扭矩监测机构和转角监测机构，监测得到扭矩跳变时的时间，得各个啮合副加入传动的转角，能够一次性简便准确的计算出齿轮系的各级侧隙。
本发明的另一目的在于提供一种能够精确测量齿轮系中所有侧隙的齿轮系侧隙测量方法。
该目的通过使用上述的齿轮系侧隙测量装置的一种齿轮系侧隙测量方法实现，其包括以下步骤：通过控制系统控制驱动机构，驱动齿轮系匀速运动；计算齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an；记录齿轮系从被驱动端到自由端的各级啮合副的传动比in；记录齿轮系的各级啮合副的啮合点半径rn；通过测试系统，根据公式计算各级啮合副的侧隙jn，侧隙jn的计算公式为：jn=[an-a（n-1）]*in*rn，以上各参数符号中n为啮合副级数，a0为齿轮系未转动时的起始转角。
优选的，所述计算齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤包括：
通过转角测量机构监测得到齿轮系的转角和时间的对应变化信息；
通过扭矩测量机构监测得到齿轮系的扭矩和时间的对应变化信息；
当扭矩跳变时，确定该时间对应的转角为所述的转角an。
优选的，在所述记录齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤前，先将齿轮系朝一个方向转动直到各个啮合副朝同一方向单侧接触，之后再进行驱动齿轮系匀速运动的步骤。
优选的，在所述记录齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤前，先将齿轮系朝一个方向转动直到齿轮系的各个啮合副全部转动，再缓慢停止驱动，之后再以反方向进行驱动齿轮系匀速运动的步骤。
本发明的有益效果主要体现在：通过监测扭矩跳变和齿轮系的转角的对应关系，获得各个啮合副加入传动时齿轮系的转角，从而能够一次性简便准确的计算出齿轮系的各级侧隙。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的具体实施方式的齿轮系和齿轮系侧隙测量装置的连接图。
图2为本发明的具体实施方式的扭矩随转角的变化示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下具体实施方式的详细说明中，将可清楚的呈现。然而本领域技术人员将意识到此处的参考了附图的具体描述仅仅用于示例目的，本发明并不局限于此。
参照图1，本发明的具体实施方式中，齿轮系包括分别位于传动链的首末两端的低速轴1和高速轴2，以及位于低速轴1和高速轴2之间的各级传动齿轮、花键等啮合副。为了避免工作温升带来的齿轮卡死，各级啮合副之间都设有侧隙。
齿轮系侧隙测量装置包括驱动机构、控制系统、扭矩测量机构、转角测量机构和测试系统，其中，控制系统控制驱动装置驱使齿轮系运动；然后通过扭矩测量机构和转角测量机构分别测量齿轮系的扭矩和转角随时间变化的情况，由测试系统计算得到各啮合副依次加入传动时对应的扭力跳变、以及跳变时对应的转角，进而获得各啮合副依次加入传动时所经历的转角；再结合齿轮系的结构参数，即各啮合副之间的几何关系，由测试系统计算得到各啮合副的侧隙。
齿轮系侧隙测量装置的驱动机构包括电机、以及连接电机和齿轮系的连接结构。电机能够通过连接结构匀速驱动齿轮系运动，其具体实施方式可以是多样的，在本具体实施例中，如图1，电机具有驱动轴5，连接结构包括连接电机的传动带4，和可由传动带4带动旋转的驱动盘3，驱动盘3旋转固定地连接到前述的高速轴2上，这样，电机的驱动轴5转动时，能通过传动带带动驱动盘3和高速轴2一起旋转，再以高速轴2为被驱动端，经过各级啮合副，最终驱动自由端、即低速轴1转动。
控制系统用于控制驱动机构，其发出指令使电机按一定的速度和方向输出旋转，来驱动齿轮系。
扭矩测量机构监测被驱动的齿轮系的随时间变化的扭矩，并将对应的第一信号发送给测试系统；转角测量机构监测所述被驱动的齿轮系的随时间变化的转角，并将对应的第二信号发送给测试系统。因为齿轮系运动时的扭矩即为电机的输出扭矩，同时齿轮系的转角和电机的转角也存在等比对应关系，因此，可以通过直接监测电机的输出扭矩和转角，来生成对应的第一信号和第二信号，此时扭矩测量机构和转角测量机构分别为电机的输出扭矩监测机构和转角监测机构，输出扭矩监测机构可以为直接检测扭矩值的扭矩传感器，也可以为驱动机构的工作电流监测电路，通过电流的大小换算出对应的扭矩值；而转角测量机构可以为设置在齿轮系上，尤其是被驱动端上的转角传感器，直接监测被驱动端的转角值，也可以为设置在驱动机构的驱动轴上，即电机的驱动轴5上的转角传感器，如霍尔传感器、光电传感器等，其也可以方便的监测和被驱动端的转角值线性对应的值。本领域技术人员同样容易想到其他常用的扭矩监测机构和转角监测机构来实现相同的功能，其都属于本发明的整体思路。
如图2，图中各个离散点为某一确定时间的齿轮系的扭力值和转角值，通过图示，可以看到随转角的变大，图形成上升的阶梯状，存在多个跳变位置，该跳变位置扭力突然增大，其表征此处有一个啮合副加入了传动，而此处的转角值也就是啮合副加入传动的转角an，如图中的a(n-1)和a(n)。在此处以及后面描述的各个参数中，n代表齿轮系的啮合副级数，当参数符号中的n为1时，表示这是第一个啮合副的相应参数，当n为n时，表示这是第n个啮合副的相应参数；其中，a0表示未转动时被驱动端的起始转角，通常令a0为0。
测试系统包括存储模块和计算模块，存储模块用于存储齿轮系结构参数，具体为齿轮系的各级啮合副的传动比in，和各级啮合副的啮合点半径rn；计算模块根据第一信号、第二信号和齿轮系结构参数计算齿轮系的各级侧隙。具体的，计算模块包括第一处理单元和第二处理单元。第一处理单元将第一信号和第二信号处理为表征扭矩发生跳变的各个转角值的第三信号,其处理的原理类同于对上述图2的解释，在此不再赘述。第二处理单元第三信号的各个转角值和前述各级啮合副的传动比和各级啮合副的啮合点半径一一配对，最后由计算模块计算得出齿轮系的各级侧隙jn。
计算模块计算齿轮系的各级侧隙所依据的公式为：jn=[an-a（n-1）]*in*rn。
以下简述使用本发明的齿轮系侧隙测量装置的齿轮系侧隙测量方法。
为了消除各啮合副啮合位置的随机性，首先将齿轮系朝一个方向转动、直到各个啮合副朝同一方向单侧接触，随后，通过控制系统控制驱动机构，驱动齿轮系匀速运动；或者，首先将齿轮系朝一个方向转动直到齿轮系的各个啮合副全部转动，再缓慢停止驱动，随后，通过控制系统控制驱动机构，反方向驱动齿轮系匀速运动；
记录齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an，该步骤具体包括以下子步骤：通过转角测量机构监测得到齿轮系的转角和时间的对应变化信息；通过扭矩测量机构监测得到齿轮系的扭矩和时间的对应变化信息；当扭矩跳变时，确定该时间对应的转角为所述的转角an；
记录齿轮系从被驱动端到自由端的各级啮合副的传动比in；
记录齿轮系的各级啮合副的啮合点半径rn；
通过测试系统，根据公式计算各级啮合副的侧隙jn，侧隙jn的计算公式为：jn=[an-a（n-1）]*in*rn。
本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种齿轮系侧隙测量装置，其特征在于，包括：控制系统；驱动机构；扭矩测量机构；转角测量机构和测试系统，所述控制系统控制所述驱动机构，驱动齿轮系的被驱动端运动，进而带动齿轮系的各级齿轮副运动；所述扭矩测量机构监测所述齿轮系的被驱动端随时间变化的扭矩，并将对应的第一信号发送给测试系统；所述转角测量机构监测所述齿轮系的被驱动端随时间变化的转角，并将对应的第二信号发送给测试系统；所述测试系统包括存储模块和计算模块，所述存储模块用于存储齿轮系结构参数，所述计算模块根据第一信号、第二信号和所述的齿轮系结构参数计算齿轮系的各级侧隙。
2.根据权利要求1所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机和用于连接电机和齿轮系的连接结构，所述电机通过所述连接结构匀速驱动齿轮系。
3.根据权利要求2所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述连接结构包括连接电机的电机轴的传动带，以及可由传动带带动旋转的驱动盘，驱动盘旋转固定地连接到齿轮系的被驱动端上。
4.根据权利要求2所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述计算模块包括第一处理单元，所述第一处理单元将第一信号和第二信号处理为表征扭矩发生跳变的各个转角值的第三信号。
5.根据权利要求4所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述存储模块存储的齿轮系结构参数包括齿轮系的各级啮合副的传动比，和各级啮合副的啮合点半径，所述计算模块包括第二处理单元，所述第二处理单元将第三信号的各个转角值和前述各级啮合副的传动比和各级啮合副的啮合点半径一一配对。
6.根据权利要求1所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述扭矩测量机构为扭矩传感器或驱动机构的工作电流监测电路。
7.根据权利要求1所述的齿轮系侧隙测量装置，其特征在于：所述转角测量机构为设置在被驱动端上的转角传感器，或者为设置在驱动机构的驱动轴上的转角传感器。
8.一种使用权利要求1所示的齿轮系侧隙测量装置的齿轮系侧隙测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过控制系统控制驱动机构，驱动齿轮系匀速运动；
计算齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an；
记录齿轮系从被驱动端到自由端的各级啮合副的传动比in；
记录齿轮系的各级啮合副的啮合点半径rn；
通过测试系统，根据公式计算各级啮合副的侧隙jn，侧隙jn的计算公式为：jn=[an-a（n-1）]*in*rn，以上各参数符号中n为啮合副级数，a0为齿轮系未转动时的起始转角。
9.根据权利要求8所述的齿轮系侧隙测量方法，其特征在于：所述计算齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤包括：
通过转角测量机构监测得到齿轮系的转角和时间的对应变化信息；
通过扭矩测量机构监测得到齿轮系的扭矩和时间的对应变化信息；
当扭矩跳变时，确定该时间对应的转角为所述的转角an。
10.根据权利要求9所述的齿轮系侧隙测量方法，其特征在于：在所述记录齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤前，先将齿轮系朝一个方向转动直到各个啮合副朝同一方向单侧接触，之后再进行驱动齿轮系匀速运动的步骤。
11.根据权利要求9所述的齿轮系侧隙测量方法，其特征在于：在所述记录齿轮系的各级啮合副加入运动时齿轮系的转角an的步骤前，先将齿轮系朝一个方向转动直到齿轮系的各个啮合副全部转动，再缓慢停止驱动，之后再以反方向进行驱动齿轮系匀速运动的步骤。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Address after: 213011 Wuyi Road, Jiangsu, Changzhou, No. 258 Patentee after: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: 213011 Wuyi Road, Qishuyan District, Jiangsu, China, No. 258, No. Patentee before: CSR QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Patentee after: CRRC Qishuyan Locomotive and Rolling Stock Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Patentee before: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |