CN109489599A - 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法 - Google Patents

一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109489599A
CN109489599A CN201811339897.5A CN201811339897A CN109489599A CN 109489599 A CN109489599 A CN 109489599A CN 201811339897 A CN201811339897 A CN 201811339897A CN 109489599 A CN109489599 A CN 109489599A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acceleration
gear
vibration displacement
axis
motion transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811339897.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109489599B (zh
Inventor
石照耀
李珂
张越
杨炳耀
李睿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201811339897.5A priority Critical patent/CN109489599B/zh
Publication of CN109489599A publication Critical patent/CN109489599A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109489599B publication Critical patent/CN109489599B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法，属于齿轮系统振动检测和传动精度测量技术领域。该系统以两组共八个三轴加速度传感器分别布置在被测齿轮副两个齿轮的同侧端面上，基于一次测得的各向加速度信号，利用本发明公开的计算方法，就可以计算出被测各个齿轮的偏摆、轴向窜动以及沿着和垂直于啮合线方向的振动位移量，以及齿轮副的动态传动误差，并且通过冗余数据的采集实现对测量结果的验证和筛选。本发明提供的测量方法能够有效地提高渐开线齿轮副振动位移量和动态传动误差的测量准确率及效率。

Description

一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量 方法
技术领域
本发明涉及一种齿轮副振动位移量及动态传动误差的测量方法，属于齿轮系统振动检测和传动精度测量技术领域。
背景技术
齿轮传动作为一种应用最广的机械传动形式，具有传动平稳、传动比精确、效率高、寿命长等优点，在动力传输中发挥着重要作用。由于受到制造技术和检测技术的多重制约，无法对齿轮的质量给出全面客观准确的评价，进而指导生产实践。
齿轮的传动精度是衡量齿轮啮合质量的重要指标，工业界的许多检测与实验已证实振动、噪声和传动误差之间有着直接的联系。由于传动误差影响着齿轮传动中力和速度的变化，传动误差已经被普遍地认为是齿轮系统振动和噪声的主要激励源，因此传动误差测试是对振动和噪声进行研究和控制的重要手段之一。而目前的传动误差测试通常测得的是在低速、空载下，将齿轮系统视为一个理想的、没有振动的系统的静态传动误差；而在高速、负载工况下，目前的传动误差测试系统多数尚不能满足准确测试的要求，即缺乏对齿轮副动态传动误差的有效测量手段，无法真实反映齿轮实际运行过程中的传动精度。但齿轮副的动态传动误差作为齿轮传动的一项重要指标，对齿轮设计制造及齿轮系统动力学研究具有重大意义。
齿轮副的动态传动误差检测属于精密测量范畴，而对齿轮副振动的测量对检测设备精度的要求则相对较低。本发明使用一种方法同时实现了对齿轮副振动位移量和动态传动误差的测量。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种仅需要一次测量获得的两组加速度信号就能够通过计算获得齿轮副各向振动位移和动态传动误差，并且能够通过测得冗余数据进行验证和筛选的测量方法。
本发明采用的技术方案为一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法，将两组共八个三轴加速度传感器分别布置在被测齿轮副主动轮和从动轮的同侧端面上，用以获取计算齿轮副各向振动位移和动态传动误差需要的信号，具体布置方式为：将四个三轴加速度传感器分别切向布置在主动轮端面上0°,90°,180°和270°的角度，布置在半径相同的位置上，同样将另外四个三轴加速度传感器分别切向布置在从动轮端面上0°,90°,180°和270°的角度，布置在半径相同的位置上，这样每个三轴加速度传感器均可测得切向加速度，径向加速度及轴向加速度，三轴加速度传感器的具体布置方式如图2所示；利用主动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器和从动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器测得的两组共四路切向加速度信号用来计算齿轮副动态传动误差；利用主动轮端面上任意呈90°布置的两个加速度传感器和从动轮端面上任意呈90°布置的两个加速度传感器测得的两组共四路径向加速度信号可以用来计算两齿轮各自沿着啮合线方向及垂直于啮合线方向上的振动位移；利用主动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器和从动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器测得的两组共四路轴向加速度信号可以用来计算两齿轮各自的和偏摆和轴向窜动。
实际上仅需要两组各三个三轴加速度传感器即可完成测量。本发明提出的方法在此基础上通过增加布置两个三轴加速度传感器，在保证测量原理不变的前提下实现了数据采集的冗余，能够有效地提高渐开线齿轮副振动位移量和动态传动误差的测量准确率及效率。
具体步骤如下：
S1.建立如图1所示的直角坐标系，其中xpopyp和xgogyg分别为主动轮和从动轮所在的静止坐标系，两坐标系原点op和og分别与两齿轮的基圆圆心重合，两坐标系的横轴xp和xg在同一直线上。rbp和rbg分别为主动轮和从动轮的基圆半径，根据齿轮啮合原理可知，齿轮啮合时分度圆相切，啮合线MN为两齿轮的内公切线。
和分别为主动轮沿着和垂直于啮合线的振动位移，和分别为从动轮沿着和垂直于啮合线的振动位移。为啮合线与纵轴yp和yg的夹角。
S2.八个三轴加速度传感器的具体布置方式如图2所示。将其中四个三轴加速度传感器均匀布置在以主动轮静止坐标系原点为圆心，以ρp为半径的同侧圆周上。将其中任意一个传感器测量的三个加速度信号分别命名为其中与传感器所在圆周相切，顺时针为正方向；平行于传感器所在圆周半径，远离圆心为正方向；平行于轴线方向，垂直于传感器所在端面向外为正方向。将另外四个三轴加速度传感器均匀布置在以从动轮静止坐标系原点为圆心，以ρg为半径的同侧圆周上。将其中任一三轴加速度传感器测量的三个加速度信号分别命名为 方向参考主动轮，i表示三轴加速度传感器的序号。
S3.分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的动态传动误差，编号为1和3的共四个三轴加速度传感器中：
等式(1)和(2)中，j＝p,g分别代表主动轮和从动轮。为对应齿轮瞬时角加速度，ωj为对应齿轮名义转速。g为重力加速度。
将等式(1)和(2)相加，即可求得齿轮j的角加速度。
根据传动误差的定义：
TE(t)＝rbpθp(t)+rbgθg(t) (4)
等式(4)中，TE(t)为t时刻传动误差，θp(t)和θg(t)分别为主动轮和从动轮t时刻的角位移。
可以得到动态传动误差的计算等式：
S4.分别使用主动轮和从动轮上两个呈90°的三轴加速度传感器即可计算齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移，编号为2和3的共四个三轴加速度传感器中：
等式(6)和(7)中，和是对应齿轮在x方向和y方向的瞬时加速度。
将等式(6)乘以sinωjt且等式(7)乘以cosωjt后等式两边分别相加得：
将等式(6)乘以cosωjt且等式(7)乘以sinωjt后等式两边分别相加得：
定义和分别为对应齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移。
等式(10)和(11)中为渐开线齿轮的压力角。
S5.分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的偏摆和轴向窜动，编号为1和3的共四个三轴加速度传感器中，两个齿轮绕各自编号为2和4的加速度传感器所在直径旋转的瞬时角加速度为：
将该瞬时角加速度分解在x轴和y轴上，二次积分求得瞬时偏摆：
各齿轮的轴向窜动为：
S6.同时对渐开线齿轮副各向振动位移量及动态传动误差进行测量，仅需两组共六个三轴加速度传感器即可，采集加速度信号计算各位移量时使用的传感器组合见表1。
表1计算各位移量所采用的传感器组合
本方法通过多布置一个三轴加速度传感器及其冗余数据的采集实现对测量结果的验证和筛选。
通过在主从动齿轮端面上各多布置编号为4的三轴加速度传感器，在计算齿轮副动态传动误差时，计算得到4组结果，较两组六个传感器多得到3组数据；在计算齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移时，计算得到16组数据，多得到12组数据；在计算齿轮副的偏摆和轴向窜动时，多得到3组数据。
可以发现，尤其与两组六个传感器在测量动态传动误差和偏摆及轴向窜动时仅能得到一组数据相比，通过多布置一个传感器可以得到更多组数据，从而实现对测量结果的验证和筛选。
附图说明
图1为齿轮副主动轮和从动轮各自沿啮合线方向及垂直于啮合线方向运动的示意图。
图2为齿轮副所在坐标系以及各个加速度传感器的布置与定位示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施方式，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
采用4级精度的渐开线齿轮副进行测量，参与测量的齿轮参数分别为：从动轮齿数38，模数2.25mm，压力角20°，变位系数0.329mm，齿宽15mm，顶圆直径91.40mm，根圆直径80.42mm，主动轮齿数56，模数2.25mm，压力角20°，变位系数0.425mm，齿宽27mm，顶圆直径131.80mm，根圆直径121.26mm。
建立如图1所示的直角坐标系，xpopyp和xgogyg。
八个三轴加速度传感器的具体布置方式如图2所示。将主动轮端面上任意一个传感器测量的三个加速度信号分别命名为将从动轮端面上任意一个传感器测量的三个加速度信号分别命名为
分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的动态传动误差，以编号为1和3的共四个传感器为例：
将等式(1)和(2)相加，即可求得齿轮j的角加速度。
根据传动误差的定义，可以得到动态传动误差的计算等式：
分别使用主动轮和从动轮上两个呈90°的三轴加速度传感器即可计算齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移，编号为2和3的共四个三轴加速度传感器中：
对等式(5)和(6)进行求解可以得到对应齿轮在x方向和y方向的瞬时加速度：
进而求得对应齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移：
分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的偏摆和轴向窜动，以编号为1和3的共四个传感器为例，两个齿轮绕各自编号为2和4的加速度传感器所在直径旋转的瞬时角加速度
将该瞬时角加速度分解在x轴和y轴上，二次积分求得瞬时偏摆：
各齿轮的轴向窜动为：
通过多布置的两个编号为4的三轴加速度传感器及其冗余数据的采集实现对测量结果的验证和筛选。从而提高渐开线齿轮副振动位移量和动态传动误差的测量准确率及效率。

Claims (3)

1.一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法，其特征在于：将两组共八个三轴加速度传感器分别布置在被测齿轮副主动轮和从动轮的同侧端面上，用以获取计算齿轮副各向振动位移和动态传动误差需要的信号，具体布置方式为：
将四个三轴加速度传感器分别切向布置在主动轮端面上0°,90°,180°和270°的角度，布置在半径相同的位置上，同样将另外四个三轴加速度传感器分别切向布置在从动轮端面上0°,90°,180°和270°的角度，布置在半径相同的位置上，这样每个三轴加速度传感器均可测得切向加速度，径向加速度及轴向加速度；利用主动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器和从动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器测得的两组共四路切向加速度信号用来计算齿轮副动态传动误差；利用主动轮端面上任意呈90°布置的两个加速度传感器和从动轮端面上任意呈90°布置的两个加速度传感器测得的两组共四路径向加速度信号可以用来计算两齿轮各自沿着啮合线方向及垂直于啮合线方向上的振动位移；利用主动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器和从动轮端面上同一直径上的两个加速度传感器测得的两组共四路轴向加速度信号可以用来计算两齿轮各自的和偏摆和轴向窜动；
具体步骤如下：
S1.建立直角坐标系，其中xpopyp和xgogyg分别为主动轮和从动轮所在的静止坐标系，两坐标系原点op和og分别与两齿轮的基圆圆心重合，两坐标系的横轴xp和xg在同一直线上；rbp和rbg分别为主动轮和从动轮的基圆半径，根据齿轮啮合原理可知，齿轮啮合时分度圆相切，啮合线MN为两齿轮的内公切线；
和分别为主动轮沿着和垂直于啮合线的振动位移，和分别为从动轮沿着和垂直于啮合线的振动位移；为啮合线与纵轴yp和yg的夹角；
S2.八个三轴加速度传感器的具体布置方式中，将其中四个三轴加速度传感器均匀布置在以主动轮静止坐标系原点为圆心，以ρp为半径的同侧圆周上；将其中任意一个传感器测量的三个加速度信号分别命名为其中与传感器所在圆周相切，顺时针为正方向；平行于传感器所在圆周半径，远离圆心为正方向；平行于轴线方向，垂直于传感器所在端面向外为正方向；将另外四个三轴加速度传感器均匀布置在以从动轮静止坐标系原点为圆心，以ρg为半径的同侧圆周上；将其中任一三轴加速度传感器测量的三个加速度信号分别命名为i＝1,2,3,4，方向参考主动轮，i表示三轴加速度传感器的序号；
S3.分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的动态传动误差，编号为1和3的共四个三轴加速度传感器中：
等式(1)和(2)中，j＝p,g分别代表主动轮和从动轮；为对应齿轮瞬时角加速度，ωj为对应齿轮名义转速；g为重力加速度；
将等式(1)和(2)相加，即可求得齿轮j的角加速度；
根据传动误差的定义：
TE(t)＝rbpθp(t)+rbgθg(t) (4)
等式(4)中，TE(t)为t时刻传动误差，θp(t)和θg(t)分别为主动轮和从动轮t时刻的角位移；
可以得到动态传动误差的计算等式：
S4.分别使用主动轮和从动轮上两个呈90°的三轴加速度传感器即可计算齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移，编号为2和3的共四个三轴加速度传感器中：
等式(6)和(7)中，和是对应齿轮在x方向和y方向的瞬时加速度；
将等式(6)乘以sinωjt且等式(7)乘以cosωjt后等式两边分别相加得：
将等式(6)乘以cosωjt且等式(7)乘以sinωjt后等式两边分别相加得：
定义和分别为对应齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移；
等式(10)和(11)中为渐开线齿轮的压力角；
S5.分别使用主动轮和从动轮上任意两个位于同一直径上的三轴加速度传感器即可计算齿轮副的偏摆和轴向窜动，编号为1和3的共四个三轴加速度传感器中，两个齿轮绕各自编号为2和4的加速度传感器所在直径旋转的瞬时角加速度为：
将该瞬时角加速度分解在x轴和y轴上，二次积分求得瞬时偏摆：
各齿轮的轴向窜动为：
S6.同时对渐开线齿轮副各向振动位移量及动态传动误差进行测量，仅需两组共六个三轴加速度传感器即可，而本方法通过多布置一个三轴加速度传感器及其冗余数据的采集实现对测量结果的验证和筛选。
2.根据权利要求1所述的一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法，其特征在于：通过在主从动齿轮端面上各多布置编号为4的三轴加速度传感器，在计算齿轮副动态传动误差时，计算得到4组结果，较两组六个传感器多得到3组数据；在计算齿轮沿着和垂直于啮合线方向上的振动位移时，计算得到16组数据，多得到12组数据；在计算齿轮副的偏摆和轴向窜动时，多得到3组数据。
3.根据权利要求1所述的一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法，其特征在于：与两组六个传感器在测量动态传动误差和偏摆及轴向窜动时仅能得到一组数据相比，通过多布置一个传感器可以得到更多组数据，从而实现对测量结果的验证和筛选。
CN201811339897.5A 2018-11-12 2018-11-12 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法 Active CN109489599B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811339897.5A CN109489599B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811339897.5A CN109489599B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109489599A true CN109489599A (zh) 2019-03-19
CN109489599B CN109489599B (zh) 2020-01-24

Family

ID=65695607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811339897.5A Active CN109489599B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109489599B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111896242A (zh) * 2020-07-20 2020-11-06 重庆长安汽车股份有限公司 飞轮轴向振动和旋转摆动测试系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654433A (zh) * 2012-05-04 2012-09-05 唐德尧 一种诊断传动系统轴承齿轮故障的定点疲劳识别方法
CN106813922A (zh) * 2017-01-18 2017-06-09 北京工业大学 齿轮动态传动误差测量方法及测量装置
CN106840652A (zh) * 2017-01-18 2017-06-13 北京工业大学 一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法
CN107036810A (zh) * 2017-05-04 2017-08-11 盐城工学院 一种齿轮传动误差的测量方法
CN207351681U (zh) * 2017-10-13 2018-05-11 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种单级齿轮传递误差测试系统
US20180291878A1 (en) * 2014-08-22 2018-10-11 Areva Wind Gmbh Method for Early Error Detection in a Drive System, a System for Early Error Detection, Wind Generator Comprising the System and Use of the System

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654433A (zh) * 2012-05-04 2012-09-05 唐德尧 一种诊断传动系统轴承齿轮故障的定点疲劳识别方法
US20180291878A1 (en) * 2014-08-22 2018-10-11 Areva Wind Gmbh Method for Early Error Detection in a Drive System, a System for Early Error Detection, Wind Generator Comprising the System and Use of the System
CN106813922A (zh) * 2017-01-18 2017-06-09 北京工业大学 齿轮动态传动误差测量方法及测量装置
CN106840652A (zh) * 2017-01-18 2017-06-13 北京工业大学 一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法
CN107036810A (zh) * 2017-05-04 2017-08-11 盐城工学院 一种齿轮传动误差的测量方法
CN207351681U (zh) * 2017-10-13 2018-05-11 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种单级齿轮传递误差测试系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汪训浪: "齿轮传动误差主要影响因素分析与计算", 《组合机床与自动化加工技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111896242A (zh) * 2020-07-20 2020-11-06 重庆长安汽车股份有限公司 飞轮轴向振动和旋转摆动测试系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN109489599B (zh) 2020-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104759943B (zh) 检测齿轮形貌及性能的装置和方法
CN102636097B (zh) 基于双面啮合的齿轮齿廓偏差测量方法
CN109470125B (zh) 一种基于双面啮合的齿轮快速测量方法及系统
CN102175207B (zh) 一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法
CN106595505A (zh) 一种全自动分齿控制齿轮m值测量仪
CN110307860A (zh) 一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法
CN101634600A (zh) 一种三线摆测量转动惯量的方法
JP6052161B2 (ja) 遊星ギア機構の動特性測定装置及び動特性測定方法
US7607236B1 (en) Functional rolling master gear, spindle, and arbor compensation
CN101339010A (zh) 一种圆柱螺纹测量方法和系统
CN102252583A (zh) 检测汽车发动机曲轴键槽对称度的检具
CN202485905U (zh) 一种传动与回差精度光学测量装置
CN109489599A (zh) 一种自校准的渐开线齿轮副振动位移及动态传动误差测量方法
CN107314845B (zh) 齿轮动态啮合力的测试方法
CN106989157B (zh) 基于运动学原理的渐开线圆柱齿轮双面啮合测量仿真方法
CN104949652B (zh) 平面倾斜检测装置及方法
CN205808290U (zh) 一种差速器壳尺寸综合检测装置
CN106152945B (zh) 一种摆线行星减速器摆线盘偏心距偏差检测方法
CN109990842B (zh) 水文测流仪器倾角性能检测仪
KR101144902B1 (ko) 비틀림 진동을 이용한 기어 검사장치 및 검사방법
RU94694U1 (ru) Углоизмерительная установка
CN201302438Y (zh) 能同时测量螺旋伞齿轮副的安装距和偏置距的专用检具
CN108414218B (zh) 一种90°轴交角小模数锥齿轮副双面啮合测量方法
KR101234085B1 (ko) 이중 치합 방식의 기어 검사 장치
CN102707092A (zh) 一种基于角速率台的单波束激光测速仪标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant