CN111795820B - 获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法，包括微调位移机构、磁力矩电机动力装置、检测专用针齿壳、加速度传感器、应变片传感器、传感器、激振器、测振仪和测控系统，磁力矩电机动力装置和激振器相对设置于微调位移机构上，磁力矩电机动力装置与待检测摆线轮连接，加速度传感器设置于待检测摆线轮外表面，应变片传感器分别设置于待检测摆线轮和检测专用针齿壳的齿根部位，激振器的输出端与待检测摆线轮的侧端面相抵，测振仪设置于待测摆线轮的一侧，力传感器设置于激振器的前端；测控系统分别与加速度传感器、应变片传感器、激振器和测振仪连接。实现不同工况下在线快速测量减速器摆线轮振动固有频率，测量精度高，操作简单。

Description

获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及齿轮测量技术领域，具体涉及一种获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法。

背景技术

减速器部件作为工业机器人关节中的精密传动装置，直接决定着工业机器人的动态特性、承载特性和运动定位精度。RV(Rotary Vector)减速器具有传动比大、体积小、质量轻、寿命长、传动精度高、传动效率高且精度保持性好等一系列优点，是重载工业机器人关节精密减速器的首选。RV减速器是由一级渐开线行星传动轮系和一级摆线轮行星传动轮系串联而成。与输出端直接相连摆线轮结构对RV传动系统的动态传动特性起着决定作用，其中零件摆线轮对 RV减速器整机的传动精度、寿命和振动噪声等性能具有重要影响。由于摆线轮的固有频率特性与其所受约束状态密切相关，结合针齿壳与摆线轮的啮合传动特点，分析啮合状态下摆线轮的固有频率特性是分析RV减速器动态传动特性的重要基础，相关研究成果可以为RV减速器整体的动力学特性分析及优化提供理论依据。

目前的RV减速器厂家对于减速器的摆线轮的固有频率只能通过吊装再通过一些简易的测试工具进行测试，再通过一些数学理论方法进行分析计算，但是在实际测量时，较为困难，待测摆线轮存在较大的自重，容易在测试时候出现晃动的情况，位置容易不稳定，使得检测数据不够精准，并且只能测量单个的零件的固有频率，难以测得不同工况下摆线轮的固有频率，尤其难以测得实际啮合有负载工作状态的摆线轮固有频率，难以获得准确的固有频率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统及方法，实现不同工况下在线快速测量减速器摆线轮振动固有频率，测量精度高，操作简单。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，包括微调位移机构、磁力矩电机动力装置、检测专用针齿壳、加速度传感器、应变片传感器、激振器、力传感器、测振仪和测控系统，磁力矩电机动力装置和激振器相对设置于微调位移机构上，磁力矩电机动力装置的输出端用于与待检测摆线轮连接，磁力矩电机动力装置带动待检测摆线轮转动，检测专用针齿壳布置于待检测摆线轮的一侧，与待检测摆线轮啮合，加速度传感器设置于待检测摆线轮外表面，应变片传感器分别设置于待检测摆线轮和检测专用针齿壳的齿根部位，激振器的输出端与待检测摆线轮的侧端面相抵，测振仪设置于待测摆线轮的一侧，用于采集待测摆线轮的振动信号；测控系统分别与加速度传感器、应变片传感器、力传感器、激振器和测振仪连接。

按照上述技术方案，微调位移机构包括导轨和两个三维微纳位移平台，两个三维微纳位移平台相对设置于导轨上，三维微纳位移平台可沿导轨纵向移动，磁力矩电机动力装置固设于一个三维微纳位移平台，激振器设置于另一个三维微纳位移平台上。

按照上述技术方案，导轨为直线导轨，直线导轨的个数为两个，两个直线导轨并排平行布置。

按照上述技术方案，磁力矩电机动力装置包括磁力矩电机、单向轴承和磁力矩电机固定基座，磁力矩电机通过磁力矩电机固定基座固设于三维微纳位移平台上，待检测摆线轮通过单向轴承与磁力矩电机的输出轴连接。

按照上述技术方案，测振仪为激光测振仪，激光测振仪设置于待测摆线轮的一侧，激光测振仪的激光束正好打在待测摆线轮表面。

按照上述技术方案，导轨上还设有齿壳横向位移调节机构，齿壳横向位移调节机构与检测专用针齿壳连接；

齿壳横向位移调节机构包括滚珠丝杠、针齿壳固定工装、步进电机和齿壳平台，步进电机固设于齿壳平台上，步进电机通过滚珠丝杠与针齿壳固定工装连接，检测专用针齿壳安设于针齿壳固定工装上，步进电机通过滚珠丝杠带动针齿壳固定工装横向移动，测控系统与步进电机连接。

按照上述技术方案，齿壳平台上设有横向轨道，横向轨道上设有滚珠丝杠平台，针齿壳固定工装设置于滚珠丝杠平台上，滚珠丝杠与滚珠丝杠平台连接，步进电机通过滚珠丝杠驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装沿横向轨道来回移动。

按照上述技术方案，应变片传感器为应变片传感器。

按照上述技术方案，测控系统通过数据采集卡系统与加速度传感器、应变片传感器、力传感器和测振仪连接；

测控系统包括计算机，计算机内置有测控软件；

数据采集系统包括示波器、动态应变仪和数据采集卡，应变片传感器与示波器和动态应变仪连接，动态应变仪、激光测振仪、加速度传感器、应变片传感器、力传感器均连接到数据采集卡，数据采集卡与计算机连接。

一种采用以上所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统的测量方法，检测专用针齿壳连接有齿壳横向位移调节机构，齿壳横向位移调节机构用于调节检测专用针齿壳与待检测摆线轮之间的距离，形成不同的工况，齿壳横向位移调节机构与测控系统连接，所述的测量方法包括以下步骤：

1)将待检测摆线轮安设于磁力矩电机动力装置上，通过微调位移机构调节待检测摆线轮的位置，使待检测摆线轮与检测专用针齿壳处于相应的工况位置，将激振器的输出端与待检测摆线轮的侧端面相抵，将激振器的前端安设力传感器，力传感器与测控系统连接，将应变片传感器粘贴于待测摆线轮和检测专用针齿壳齿根部位，将加速度传感器粘贴于待测摆线轮表面，将激光测振仪布置于待检测摆线轮的一侧，并将磁力矩电机动力、应变片传感器、加速度传感器、力传感器和激光测振仪与测控系统连接；

2)在不同工况下磁力矩电机动力装置驱动待检测摆线轮匀速转动，所述的不同工况包括摆线轮不啮合静止状态、不啮合空载、正常啮合有负载、过度啮合有负载；

3)对待测摆线轮进行测量和收集数据；

4)测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮在不同工况下的固有频率；

在所述的步骤3)中，对待测摆线轮进行测量和收集数据的具体过程包括以下步骤；

3.1)驱动激振器形成稳态正弦激励力，激励摆线轮振动，由力传感器拾取激振力信号；

3.2)通过应变片传感器采集摆线轮的受力之后的变形应变值，并将应变值转换为相应的电压值传递至测控系统并收集记录，通过加速度传感器检测到的待测摆线轮加速度信号，并将加速度信号发送至测控系统，通过激光测振仪测量得到摆线轮的振动位移，形成对摆线轮的响应信号的采集。

在所述步骤2)中不啮合静止状态是指待检测摆线轮与检测专用针齿壳不接触，且磁力矩电机动力装置不驱动待检测摆线轮；

不啮合空载状态是指待检测摆线轮与检测专用针齿壳不接触，且磁力矩电机动力装置驱动待检测摆线轮；

正常啮合有负载是指通过控制步进电机通过滚珠丝杠驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装沿横向轨道靠近待检测摆线轮，使两者的齿处于正常啮合状态，待检测摆线轮与检测专用针齿壳正常啮合状态下匀速转动；

过度啮合负载状态是指通过控制步进电机通过滚珠丝杠驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装沿横向轨道进一步靠近待检测摆线轮，使两者的齿处于过度啮合状态，待检测摆线轮与检测专用针齿壳过度啮合状态下匀速转动；

在所述的步骤4)中测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮的固有频率的具体过程包括以下步骤：

4.1)测控系统以波形数据采集采集加速度信号、振动位移和激振力信号，并在同一波形图中用不同线型显示；

4.2)采用频谱测量公式FFT对激振力信号、加速度信号和振动位移信号处理后得到频域信号计算出摆线轮的频率响应函数及生成频响函数曲线；

4.3)根据固有频率测试的峰值法，频谱曲线中的第一个峰就是待测摆线轮的一阶固有频率，对每种工况下多次测量采集得到的一阶固有频率求平均值，得到不同工况下摆线轮的固有频率。

在所述的步骤4.3)之后还包括以下步骤：将测得的固有频率与标准工件测得固有频率值进行比较，允许相对误差在5％以内，进而判断检测工件的合格性。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过检测专用针齿壳实现对待测摆线轮多种不同工况的模拟，模拟出减速器的实际工况，并通过加速度传感器、应变片传感器、力传感器和测振仪对待测摆线轮进行信号采集，实现不同工况下在线快速测量减速器摆线轮振动固有频率，得到摆线轮的多种工况固有频率，测量精度高，提高了效率，操作简单，通过摆线轮在多种工况下的固有频率，有利于齿轮缺陷的快速检测，为摆线轮结构设计和优化提供了理论依据，有利于研究摆线轮结构的动态特性，有利于减速器的整体设计及其制造，本发明尤其适用于RV减速器。

附图说明

图1是本发明实施例中获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统的结构示意图；

图2是图1的局部K视图；

图3是本发明实施例中获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统的工作原理图；

图中，1-计算机，2-数据采集卡，3-动态应变仪，4-电机控制器，5-一号三维微纳位移平台，6-激振器，7-激光测振仪，8-激光测振仪固定装置，9-步进电机，10-检测专用针齿壳，11- 二号三维微纳位移平台，12-磁力矩电机固定基座，13-磁力矩电机，14-单向轴承，15-待检测摆线轮，16-第一直线导轨，17-第二直线导轨，18-加速度传感器，19-应变片传感器，20-滚珠丝杠，21-针齿壳固定工装，22-电压输出DA模块，23-高压功率放大器，24-力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，包括微调位移机构、磁力矩电机动力装置、检测专用针齿壳10、加速度传感器18、应变片传感器、激振器6、测振仪、电压输出DA模块22、力传感器24、高压功率放大器23和测控系统，磁力矩电机动力装置和激振器6相对设置于微调位移机构上，磁力矩电机动力装置的输出端用于与待检测摆线轮15连接，磁力矩电机动力装置带动待检测摆线轮15转动，检测专用针齿壳10布置于待检测摆线轮15的一侧，与待检测摆线轮15啮合，加速度传感器18设置于待检测摆线轮15外表面，应变片传感器分别设置于待检测摆线轮15和检测专用针齿壳10的靠近齿根区域的位置，电压输出DA模块22与高压功率放大器23相连，高压功率放大器23与激振器6相连，激振器6的输出端与力传感器24的一端相连，力传感器24的另一端与待检测摆线轮15的侧端面相抵，力传感器24用于采集激振器6的激振力信号，测振仪设置于待测摆线轮的一侧，用于采集待测摆线轮的振动信号；测控系统分别与加速度传感器18、应变片传感器、激振器6、力传感器24和测振仪连接。

进一步地，微调位移机构包括导轨和两个三维微纳位移平台，两个三维微纳位移平台相对设置于导轨上，三维微纳位移平台可沿导轨纵向移动，磁力矩电机动力装置固设于一个三维微纳位移平台，激振器6设置于另一个三维微纳位移平台上；两个三维微纳位移平台分别为一号三维微纳位移平台和二号三维微纳位移平台。

进一步地，激振器6的输出顶针与待检测摆线轮15的侧端面相抵，通过顶针在叶盘上进行激振。

进一步地，导轨为直线导轨，直线导轨的个数为两个，两个直线导轨并排平行布置。

进一步地，磁力矩电机动力装置包括磁力矩电机13、单向轴承14和磁力矩电机固定基座12，磁力矩电机13通过磁力矩电机固定基座12固设于三维微纳位移平台上，待检测摆线轮15通过单向轴承14与磁力矩电机13的输出轴连接。

进一步地，所述单向轴承14位于待测摆线轮内径位置作为的力矩传递，轴承与待测摆线轮内径过盈配合，所述轴承与磁力矩电机13输出轴过盈配合。

进一步地，三维微纳位移平台上固定有X向单轴微纳位移器、Y向单轴微纳位移器、Z 向单轴微纳位移器，磁力矩电机固定基座12分别与Y向单轴微纳位移器和Z向单轴微纳位移器连接，Y向单轴微纳位移器和Z向单轴微纳位移器分别驱动磁力矩电机固定基座12沿Y向和Z向移动微调，X向单轴微纳位移器设置于三维微纳位移平台与导轨之间，X向单轴微纳位移器驱动三维微纳位移平台沿X向移动微调，X向单轴微纳位移器、Y向单轴微纳位移器、Z向单轴微纳位移器分别与测控系统连接。

进一步地，测振仪为激光测振仪7，激光测振仪7设置于待测摆线轮的一侧，激光测振仪7的激光束正好打在待测摆线轮15表面。

进一步地，导轨上还设有齿壳横向位移调节机构，齿壳横向位移调节机构包括滚珠丝杠 20、针齿壳固定工装21、步进电机9和齿壳平台，步进电机9固设于齿壳平台上，步进电机9通过滚珠丝杠20与针齿壳固定工装21连接，检测专用针齿壳10安设于针齿壳固定工装21 上，步进电机9通过滚珠丝杠20带动针齿壳固定工装21横向移动，调节检测专用针齿壳10 与待测摆线轮的径向距离，进而调节检测专用针齿壳10与待测摆线轮的啮合程度，模拟RV 减速器实际的工况，测控系统与步进电机9连接。

进一步地，齿壳平台上设有横向轨道，横向轨道上设有滚珠丝杠平台，针齿壳固定工装 21设置于滚珠丝杠平台上，滚珠丝杠20与滚珠丝杠平台连接，步进电机9通过滚珠丝杠20 驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装21沿横向轨道来回移动。

进一步地，齿壳平台设置于导轨上，可沿导轨纵向移动，滚珠丝杠20与导轨垂直。

进一步地，应变片传感器为应变片传感器19。

进一步地，测控系统通过数据采集卡2系统与加速度传感器18、应变片传感器、力传感器24和测振仪连接；

测控系统包括计算机1，计算机1内置有测控软件；

测控系统与激振器6之间依次连接有电压输出DA模块22和高压功率放大器23；

数据采集系统包括示波器、动态应变仪3和数据采集卡2，应变片传感器19与示波器和动态应变仪3连接，动态应变仪3、激光测振仪7、加速度传感器18、应变片传感器19、力传感器24均连接到数据采集卡2，数据采集卡2与计算机1连接。

进一步地，计算机1通过电机控制器4与步进电机9和磁力矩电机13连接。

一种采用以上所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统的测量方法，检测专用针齿壳10连接有齿壳横向位移调节机构，齿壳横向位移调节机构用于调节检测专用针齿壳10与待检测摆线轮15之间的距离，形成不同的工况，齿壳横向位移调节机构与测控系统连接，所述的测量方法包括以下步骤：

1)将待检测摆线轮15安设于磁力矩电机动力装置上，通过微调位移机构调节待检测摆线轮15的位置，使待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10处于相应的工况位置，将激振器6 的输出端与待检测摆线轮15的侧端面相抵，将激振器6的前端安设力传感器，力传感器与测控系统连接，将应变片传感器粘贴于待测摆线轮和检测专用针齿壳10齿根部位，将加速度传感器18粘贴于待测摆线轮表面，将激光测振仪7布置于待检测摆线轮15的一侧，并将磁力矩电机动力、应变片传感器、加速度传感器18、力传感器和激光测振仪7与测控系统连接；

2)在不同工况下磁力矩电机动力装置驱动待检测摆线轮15匀速转动，所述的不同工况包括摆线轮不啮合静止状态、不啮合空载、正常啮合有负载、过度啮合有负载这四种常见工况；

3)对待测摆线轮进行测量和收集数据；由计算机测控系统中信号生成软件的信号发生模块产生在0～2000Hz范围内设定正弦信号的幅值、频率上下限及扫频稳态正弦信号，进行扫描激励，通过电压输出DA模块22输出并经高压功率放大器23放大的通道输出后，驱动激振器6形成稳态正弦激励力，激励检测摆线轮振动。激振力信号f(x)由力传感器拾取，响应信号由加速度传感器18和激光测振仪7拾取；

4)对标准工件进行标定，划定搜索区间和公差区间，划定完成后将测试的信息保存成测试文件，方便下一次进行对比和调用；测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮在不同工况下的固有频率；

在所述的步骤3)中，对待测摆线轮进行测量和收集数据的具体过程包括以下步骤；

3.1)驱动激振器6形成稳态正弦激励力，激励摆线轮振动，由力传感器拾取激振力信号；

3.2)通过应变片传感器采集摆线轮的受力之后的变形应变值，并将应变值转换为相应的电压值传递至测控系统并收集记录，通过加速度传感器18检测到的待测摆线轮加速度信号，并将加速度信号发送至测控系统，通过激光测振仪7测量得到摆线轮的振动位移，形成对摆线轮的响应信号的采集。

在所述步骤2)中不啮合静止状态是指待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10不接触，且磁力矩电机动力装置不驱动待检测摆线轮15；

不啮合空载状态是指待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10不接触，且磁力矩电机动力装置驱动待检测摆线轮15；

正常啮合有负载是指通过控制步进电机9通过滚珠丝杠20驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装21沿横向轨道靠近待检测摆线轮15，使两者的齿处于正常啮合状态，待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10正常啮合状态下匀速转动；

过度啮合负载状态是指通过控制步进电机9通过滚珠丝杠20驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装21沿横向轨道进一步靠近待检测摆线轮15，使两者的齿处于过度啮合状态，待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10过度啮合状态下匀速转动；

在所述的步骤4)中测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮的固有频率的具体过程包括以下步骤：

4.1)测控系统以波形数据采集采集加速度信号、振动位移和激振力信号，并在同一波形图中用不同线型显示；

4.2)采用频谱测量公式FFT对激振力信号、加速度信号和振动位移信号处理后得到频域信号计算出摆线轮的频率响应函数及生成频响函数曲线；

4.3)根据固有频率测试的峰值法，频谱曲线中的第一个峰就是待测摆线轮的一阶固有频率，对每种工况下多次测量采集得到的一阶固有频率求平均值，得到不同工况下摆线轮的固有频率。

在所述的步骤4.3)之后还包括以下步骤：将测得的固有频率与标准工件测得固有频率值进行比较，允许相对误差在5％以内，进而判断检测工件的合格性。

在所述的步骤1）之前还包括以下步骤：首先对RV减速器中摆线轮的振动模态进行了有限元仿真分析，为整体振动特性分析提供了依据。绘制出摆线轮三维模型，然后将建立好的三维模型导入到ANSYS软件中进行模态分析。摆线轮材料为GCr15，定义摆线轮材料属性如下：密度ρ为7800kg/m3，弹性模量E为2.08x1011Pa，泊松比u为0.3。在划分网格时，综合考虑摆线轮的结构规模以及计算精度，对摆线轮进行自由网格划分，设定网格单元尺寸为2.5mm，得到摆线轮的网格求解模型共有节点77740个，单元49157个。考虑摆线轮受轴承约束的情况，在摆线轮轴承孔处添加轴承类型约束。

摆线轮在实际传动过程中，不仅会受到轴承的约束，还会受到针齿课的约束，为了使摆线轮与实际工况相契合，这里考虑了针齿壳对摆线轮的影响，而分析摆线轮在实际约束下边界条件的模态，更能准确的反映出摆线轮在传动过程中的传动特性和实际轮廓形状。

首先绘制出摆线轮和针齿壳的三维模型，并将其装配。然后将建立好的三维模型导入到 ANSYS分析软件中进行模态分析；各零件材料属性如表2所示。

表2各零件材料属性

材料	密度/kg/m3	弹性模量/MPa	泊松比
				摆线轮	GCr15	7.81	2.08
针齿壳	QT450	7.00	1.73

在划分网格时，综合考虑了针齿壳与摆线轮的结构规模以及计算精度，对其进行自由网格划分；针齿壳与摆线轮设定网格单元尺寸为5mm，针齿定网格单元尺寸为2mm，划分好的有限元模型共有233421个节点，117509个单元。在考虑针齿壳和针齿对摆线轮的影响下，对针齿壳添加固定约束，对摆线轮添加轴承约束。

进一步地，在所述步骤4)中采取多次实验检测固有频率，本实验采用信号采集模块和数据分析模块进行开发的。程序共分为信号采集、信号滤波、信号分析处理和数据保存程序 4个部分。

1、信号采集：测试软件结构使用波形数据采集。打开数据采集助手创建采集任务进行任务名、通道和标度等设置。利用数据采集助手设置了测试任务选用了3路通道，第1通道采集加速度信号x₁(t)，第2路采集激光测振仪7的信号x₂(t)，第3路采集激振器6的激振力信号f(x)，3个信号在同一波形图中用不同线型区分显示。

2、信号滤波：由于测得的采集信号是时变的参数，为了除去采集时产生的噪声使用卡尔曼滤波器进行滤波处理,实现对原始振动信号的提取。此外,还需要对测量得到的激振力信号、加速度和位移信号进行放大处理,以满足采集板卡对模拟输入电压范围的要求，经过放大、滤波后的信号叠加后通过数据采集卡2进入计算机1分析。

3、信号分析处理：测试软件中的频谱分析模块采用频谱测量公式FFT(快速傅里叶变换，用来加速多项式乘法)对激振力信号f(x)、加速度信号x₁(t)和位移信号x₂(t)处理后可以得到的频域信号F₁(ω)、X₁(ω)和F₂(ω)、X₂(ω)。并按式

H(ω)＝F(ω)X(ω)/F(ω)F(ω)

计算出系统的频率响应函数H₁(ω)和H₂(ω)，生成频响函数曲线，根据固有频率测试的峰值法，频谱图中的第一个峰就是待测摆线轮的一阶固有频率，将求得的多组一阶固有频率进行求平均值，将测得的一阶固有频率与标准工件测得固有频率值进行比较，允许相对误差在5％以内，进而判断检测工件的合格性。

5、数据保存程序：利用编写的数据库访问信号采集模块和数据分析模块的工具包对数据进行保存。

本发明的工作原理：如图1所示，用于RV减速器摆线轮振动固有频率的测量系统，包括：计算机1与测控软件、动态应变仪3、激光测振仪7、加速度传感器18、应变片19、数据采集卡2，所述动态应变仪3、激光测振仪7、加速度传感器18、应变片19均连接到数据采集卡2上，数据采集卡2与计算机测控系统连接；一号三维微纳位移平台5、二号三维微纳位移平台11、用于固定两个三维微纳位移平台的第一直线导轨16和第二直线导轨17，所述两个三维微纳位移平台分别和计算机与测控软件连接，通过计算机1控制三维微纳位移平台进行X、Y、Z轴方向的微调；

磁力矩电机13、单向轴承14、磁力矩电机固定基座12、待测摆线轮14；所述单向轴承 14位于待测摆线轮15内径位置作为的力矩传递，轴承14与待测摆线轮15内径过盈配合，所述轴承14与磁力矩电机13输出轴过盈配合，所述磁力矩电机13与磁力矩电机固定基座12固定连接，所述磁力矩电机固定基座12与其中二号三维微纳位移平台11固定连接；

激振器6、应变片19、加速度传感器18、激光测振仪7，所述激振器6与其中一号三维微纳位移平台5固定连接，其输出端向待测摆线轮15延伸形成对待测摆线轮15的抵触，所述加速度传感器18粘贴于待测摆线轮15表面，所述应变片传感器19粘贴于待测摆线轮15 和检测专用针齿壳10齿根部位，所述激光测振仪7与激光测振仪固定装置8固定连接，且所述激振器6、加速度传感器18、应变片19、激光测振7进一步连接数据采集卡2与计算机测控系统。

进一步地，所述检测专用针齿壳10、滚珠丝杠20、针齿壳固定工装21、步进电机9，所述步进电机9驱动的滚珠丝杠20与针齿壳固定工装21固定连接，针齿壳固定工装21与检测专用针齿壳10固定连接，所述步进电机9进一步连接电机控制器4与计算机测控系统，所述步进电机9通过控制滚珠丝杠20位移方向来调节检测专用针齿壳10和待测摆线轮15的啮合程度。

本发明所述获得RV减速器摆线轮振动固有频率的测量系统及方法，包括如下步骤：

(1)进行安装：首先将待检测摆线轮15的内径套上单向轴承14安装于磁力矩电机13 的输出轴上，将待检测摆线轮15通过其中二号三维微纳位移平台11移动至一固定位置，然后取待检测摆线轮15的安装距并调节其处于该位置上，重复几次之后，再锁死待检测摆线轮 15；紧接着安装检测专用针齿壳10，计算机测控系统通过控制步进电机9实现滚珠丝杠20 位移运动，滚珠丝杠20将通过带动针齿壳固定工装21将检测专用针齿壳10移动至所指定的位置上，取检测专用针齿壳10的安装距并调节。调节过程中，保持待检测摆线轮15能够轻微的转动，避免摆线轮15接触部位碰坏，直至处于合适的啮合位置。最终锁死检测专用针齿壳10，激振器6与其中一号三维微纳位移平台5固定连接，激振器6使激振器输出端对准待检测摆线轮15的指定位置，应变片传感器19粘贴于待测摆线轮15和检测专用针齿壳10齿根部位，加速度传感器18粘贴于待测摆线轮15表面，紧接着通过调节激光测振仪6的激光束正好打在待测摆线轮15表面。

(2)开启检测系统：在磁力矩电机13的驱动下待检测摆线轮15与检测专用针齿壳10 相互啮合，紧接着待检测摆线轮15以缓慢的速度匀速开始转动，通过计算机测控系统控制激振器6对待检测摆线轮15表面输出一定力，应变片19受力之后产生电信号，通过连接线将电信号传递到动态应变仪3中，数据采集卡2将从动态应变仪3的数据传递到计算机1中，在LabVIEW中进行观测和收集数据，将测得电压值以及应变值进行记录，判断和调节检测专用针齿壳和待测摆线轮的啮合程度，激光测振仪7测量得到的待测摆线轮15的振动位移、加速度传感器18检测到的待测摆线轮15加速度信号，数据采集卡2将这些数据采集之后传输到计算机1，计算机1内部的固有频率分析系统自动监测记录数据。采取多次实验减小随机误差，提高固有频率的准确度。

(3)综合分析系统：在计算机测控系统中对采集板卡2采集的监测记录数据进行分析比较，对特定频率的固有频率进行模糊原则判断，当认为该特定频率的固有频率达到用户设定值时，判定为该齿轮的固有频率。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，包括微调位移机构、电机动力装置、检测专用针齿壳、加速度传感器、应变片传感器、力传感器、激振器、测振仪和测控系统，电机动力装置和激振器相对设置于微调位移机构上，电机动力装置的输出端用于与待检测摆线轮连接，电机动力装置带动待检测摆线轮转动，检测专用针齿壳布置于待检测摆线轮的一侧，用于与待检测摆线轮啮合，加速度传感器设置于待检测摆线轮外表面，应变片传感器分别设置于待检测摆线轮和检测专用针齿壳的靠近齿根区域的位置，激振器的输出端与待检测摆线轮的侧端面相抵，测振仪设置于待测摆线轮的一侧，用于采集待测摆线轮的振动信号，力传感器设置于激振器的前端；测控系统分别与加速度传感器、应变片传感器、力传感器、激振器和测振仪连接；

检测专用针齿壳连接有齿壳横向位移调节机构，齿壳横向位移调节机构用于调节检测专用针齿壳与待检测摆线轮之间的距离，形成不同的工况，齿壳横向位移调节机构与测控系统连接。

2.根据权利要求1所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，微调位移机构包括导轨和两个三维微纳位移平台，两个三维微纳位移平台相对设置于导轨上，三维微纳位移平台可沿导轨纵向移动，电机动力装置固设于一个三维微纳位移平台，激振器设置于另一个三维微纳位移平台上。

3.根据权利要求2所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，导轨为直线导轨，直线导轨的个数为两个，两个直线导轨并排平行布置。

4.根据权利要求2所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，电机动力装置包括磁力矩电机、单向轴承和磁力矩电机固定基座，磁力矩电机通过磁力矩电机固定基座固设于三维微纳位移平台上，待检测摆线轮通过单向轴承与磁力矩电机的输出轴连接。

5.根据权利要求1所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，测振仪为激光测振仪，激光测振仪设置于待测摆线轮的一侧，激光测振仪的激光束正好打在待测摆线轮表面。

6.根据权利要求2所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，齿壳横向位移调节机构设置于导轨上；

齿壳横向位移调节机构包括滚珠丝杠、针齿壳固定工装、步进电机和齿壳平台，步进电机固设于齿壳平台上，步进电机通过滚珠丝杠与针齿壳固定工装连接，检测专用针齿壳安设于针齿壳固定工装上，步进电机通过滚珠丝杠带动针齿壳固定工装横向移动，测控系统与步进电机连接。

7.根据权利要求6所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，齿壳平台上设有横向轨道，横向轨道上设有滚珠丝杠平台，针齿壳固定工装设置于滚珠丝杠平台上，滚珠丝杠与滚珠丝杠平台连接，步进电机通过滚珠丝杠驱动滚珠丝杠平台带动针齿壳固定工装沿横向轨道来回移动。

8.根据权利要求1所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统，其特征在于，测控系统通过数据采集卡系统与加速度传感器、应变片传感器、力传感器和测振仪连接；

测控系统包括计算机，计算机内置有测控软件；

测控系统与激振器之间依次连接有电压输出DA模块和高压功率放大器；

数据采集系统包括示波器、动态应变仪和数据采集卡，应变片传感器与示波器和动态应变仪连接，动态应变仪、测振仪、加速度传感器、应变片传感器、力传感器均连接到数据采集卡，数据采集卡与计算机连接。

9.一种采用权利要求1所述的获得不同工况下减速器摆线轮固有频率的测量系统的测量方法，其特征在于，所述的测量方法包括以下步骤：

1）将待检测摆线轮安设于电机动力装置上，通过微调位移机构调节待检测摆线轮的位置，使待检测摆线轮与检测专用针齿壳处于相应的工况位置，将激振器的输出端与待检测摆线轮的侧端面相抵，将激振器的前端安设力传感器，力传感器与测控系统连接，将应变片传感器粘贴于待测摆线轮和检测专用针齿壳齿根部位，将加速度传感器粘贴于待测摆线轮表面，将测振仪布置于待检测摆线轮的一侧，并将磁力矩电机动力、应变片传感器、加速度传感器、力传感器和测振仪与测控系统连接；

2）在不同工况下电机动力装置驱动待检测摆线轮匀速转动，所述的不同工况包括摆线轮不啮合静止状态、不啮合空载、正常啮合有负载、过度啮合有负载；

3）对待测摆线轮进行测量和收集数据；

4）测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮在不同工况下的固有频率；

在所述的步骤3）中，对待测摆线轮进行测量和收集数据的具体过程包括以下步骤；

3.1)驱动激振器形成稳态正弦激励力，激励摆线轮振动，由力传感器拾取激振力信号；

3.2)通过应变片传感器采集摆线轮的受力之后的变形应变值，并将应变值转换为相应的电压值传递至测控系统并收集记录，通过加速度传感器检测到的待测摆线轮加速度信号，并将加速度信号发送至测控系统，通过测振仪测量得到摆线轮的振动位移，形成对摆线轮的响应信号的采集；

在所述的步骤4）中测控系统根据收集的数据计算得到待测摆线轮的固有频率的具体过程包括以下步骤：

4.1）测控系统以波形数据采集加速度信号、振动位移和激振力信号，并在同一波形图中用不同线型显示；

4.2）采用频谱测量公式FFT对激振力信号、加速度信号和振动位移信号处理后得到频域信号计算出摆线轮的频率响应函数及生成频响函数曲线；

4.3）根据固有频率测试的峰值法，频谱曲线中的第一个峰就是待测摆线轮的一阶固有频率，对每种工况下多次测量采集得到的一阶固有频率求平均值，得到不同工况下摆线轮的固有频率。

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