CN111999053A - 一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置以及方法，螺旋锥齿轮单面啮合检测装置包括床身、立柱、第二主轴箱以及角度检测机构，立柱沿水平轴向X轴移动设置于床身上，立柱上沿竖直轴向Y轴移动设置有第一主轴箱，第一主轴箱内转动设置有用于安装第一齿轮的第一主轴C轴，第二主轴箱沿水平轴向Z轴移动设置于床身上，第二主轴箱内转动设置有用于安装第二齿轮的第二主轴A轴，角度检测机构用于第一齿轮和第二齿轮啮合时分别检测第一齿轮以及第二齿轮的转动角度。根据本发明实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置及方法，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差。

Description

一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮检测技术，特别涉及一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置及方法。

背景技术

螺旋锥齿轮作为重要的传动部件，其单面啮合时的传动平稳性和传动噪声是影响传动系统整体性能的重要因素之一，如何有效地控制和降低螺旋锥齿轮传动系统的振动和噪声，是国内外螺旋锥齿轮行业急需解决的技术难题。由于螺旋锥齿轮的不完全共扼特性、传动中的变形以及安装制造误差等因素，必然导致一对螺旋锥齿轮单面啮合时传动误差的产生，而传动误差是螺旋锥齿轮传动中产生振动和噪声的主要因素之一。因此，对于一对螺旋锥齿轮而言，检测出其单面啮合时的传动误差成为检验其质量的一个重要指标，同时，对传动误差的检测结果进行分析，从中找出产生传动误差的根本原因，也为进一步改善它们的设计和加工提供依据。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面实施例提出了一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差。

此外，本发明第二方面实施例还提出了一种基于上述螺旋锥齿轮单面啮合检测装置的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法。

根据本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，包括床身、立柱、第二主轴箱以及角度检测机构，立柱沿水平轴向X轴移动设置于所述床身上，所述立柱上沿竖直轴向Y轴移动设置有第一主轴箱，所述第一主轴箱内转动设置有用于安装第一齿轮的第一主轴C轴，第二主轴箱沿水平轴向Z轴移动设置于所述床身上，所述第二主轴箱内转动设置有用于安装第二齿轮的第二主轴A轴，角度检测机构用于所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合时分别检测所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度。

根据本发明第一方面的实施例，至少具有如下技术效果：第一齿轮和第二齿轮中，一个为主动轮，另一个为从动轮，以第二齿轮为主动轮时为例，首先将第一齿轮安装于第一主轴C轴上，将第二齿轮安装于第二主轴A轴上，然后移动立柱、第一主轴箱以及第二主轴箱，使第一齿轮和第二齿轮移动至相互啮合的位置，由于第二齿轮为主动轮，通过一个驱动机构驱动第二主轴A轴转动，第二主轴A轴进而带动第二齿轮(主动轮)在一定的速度下转动，由于第一齿轮和第二齿轮相互啮合，进而能够在第一齿轮和第二齿轮接触面之间加载扭矩，第二齿轮通过扭矩即能够带动第一齿轮(从动轮)在一定的速度下转动，进而模拟出第一齿轮和第二齿轮实际使用时的工况，当第一齿轮和第二齿轮之间的传动平稳后，通过角度检测机构检测出设定时间内第一齿轮的转动角度以及第二齿轮的转动角度，之后根据检测结果以及传动误差原理计算出第一齿轮和第二齿轮之间的传动误差，并对计算出的传动误差进行频谱和滤波等分析，从而得到传动误差的各分量，例如小轮跳动、大轮跳动以及齿廓误差等，最后将传动误差的各个分量和传动误差的标准进行比较，判断螺旋锥齿轮副的传动误差是否符合检测要求，如果不符合，则根据分析结果对设计参数和/或加工参数进行调整。本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差，不仅为检验螺旋锥齿轮的质量提供了一个重要指标，而且对传动误差的检测结果进行分析，能够从中找出螺旋锥齿轮产生传动误差的原因，也为进一步改善螺旋锥齿轮的设计和加工提供依据。

根据本发明的一些实施例，所述角度检测机构包括两个所述角度编码器，两个所述角度编码器分别用于检测所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度。

根据本发明的一些实施例，两个所述角度编码器分别设置于所述第一主轴C轴靠近所述第一齿轮的一端以及所述第二主轴A轴靠近所述第二齿轮的一端。

根据本发明的一些实施例，还包括数据采集卡和数据分析器，所述数据采集卡与所述角度编码器电性连接，所述数据分析器与所述数据采集卡电性连接。

根据本发明的一些实施例，所述床身上沿X轴方向设置有第一导轨，所述立柱滑动设置于所述第一导轨上，所述立柱上沿Y轴方向设置有第二导轨，所述第一主轴箱滑动设置于所述第二导轨上，所述床身上沿Z轴方向设置有第三导轨，所述第二主轴箱滑动设置于所述第三导轨上。

根据本发明的一些实施例，所述第一主轴C轴的轴向平行于Z轴方向，所述第二主轴A轴的轴向平行于X轴方向。

根据本发明第二方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，基于本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，首先将所述第一齿轮安装于所述第一主轴C轴上，将所述第二齿轮安装于所述第二主轴A轴上，并将所述第一齿轮和所述第二齿轮移动至相互啮合的位置，然后转动所述第一主轴C轴或者所述第二主轴A轴，模拟出所述第一齿轮和所述第二齿轮实际使用时的工况，并通过所述角度检测机构检测出所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度，之后根据检测结果以及传动误差原理计算出传动误差，最后对计算出的所述传动误差进行分析。

根据本发明第二方面的实施例，至少具有如下技术效果：本发明第二方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差，不仅为检验螺旋锥齿轮的质量提供了一个重要指标，而且对传动误差的检测结果进行分析，能够从中找出螺旋锥齿轮产生传动误差的原因，也为进一步改善螺旋锥齿轮的设计和加工提供依据。

根据本发明的一些实施例，所述角度检测机构电性连接有数据采集卡，所述数据采集卡电性连接有数据分析器。

根据本发明的一些实施例，根据齿轮啮合的频率和输出谐波的次数计算出采样频率，之后根据采样时间和所述采样频率计算出采样点数，最后将所述采样点数和所述采样频率写入所述数据采集卡并开始进行数据采集。

根据本发明的一些实施例，将计算出的所述传动误差通过傅里叶变换转换为频域信号，之后通过滤波器得到长波分量和短波分量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置的结构示意图；

附图说明：

床身100、第一导轨101、第三导轨102；立柱200、第一主轴箱201、第一主轴C轴202、第二导轨203；第二主轴箱300、第二主轴A轴301；角度检测机构400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1描述根据本发明实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置及方法。

根据本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，如图1所示，包括床身100、立柱200、第二主轴箱300以及角度检测机构400，立柱200沿水平轴向X轴移动设置于床身100上，立柱200上沿竖直轴向Y轴移动设置有第一主轴箱201，第一主轴箱201内转动设置有用于安装第一齿轮的第一主轴C轴202，第二主轴箱300沿水平轴向Z轴移动设置于床身100上，第二主轴箱300内转动设置有用于安装第二齿轮的第二主轴A轴301，角度检测机构400用于第一齿轮和第二齿轮啮合时分别检测第一齿轮以及第二齿轮的转动角度。

本实施例中，第一齿轮和第二齿轮一个为主动轮，另一个为从动轮。可以理解的是，一对单面啮合的螺旋锥齿轮一般一个是大轮，另一个是小轮，大轮的直径大于小轮，且小轮一般为主动轮。以第二齿轮为主动轮时为例，首先将第一齿轮安装于第一主轴C轴202上，将第二齿轮安装于第二主轴A轴301上，然后移动立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300，使第一齿轮和第二齿轮移动至相互啮合的位置，由于第二齿轮为主动轮，通过一个驱动机构驱动第二主轴A轴301转动，第二主轴A轴301进而带动第二齿轮(主动轮)在一定的速度下转动，由于第一齿轮和第二齿轮相互啮合，进而能够在第一齿轮和第二齿轮接触面之间加载扭矩，第二齿轮通过扭矩即能够带动第一齿轮(从动轮)在一定的速度下转动，进而模拟出第一齿轮和第二齿轮实际使用时的工况，当第一齿轮和第二齿轮之间的传动平稳后，通过角度检测机构400检测出设定时间内第一齿轮的转动角度以及第二齿轮的转动角度，之后根据检测结果以及传动误差原理计算出第一齿轮和第二齿轮之间的传动误差，并对计算出的传动误差进行频谱和滤波等分析，从而得到传动误差的各分量，例如小轮跳动、大轮跳动以及齿廓误差等，最后将传动误差的各个分量和传动误差的标准进行比较，判断螺旋锥齿轮副的传动误差是否符合检测要求，如果不符合，则根据分析结果对设计参数和/或加工参数进行调整。本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差，不仅为检验螺旋锥齿轮的质量提供了一个重要指标，而且对传动误差的检测结果进行分析，能够从中找出螺旋锥齿轮产生传动误差的原因，也为进一步改善螺旋锥齿轮的设计和加工提供依据。

需要说明的是，本实施例中提及到的X轴、Y轴以及Z轴为空间笛卡尔直角坐标系的三个轴，其中X轴和Z轴沿水平方向相互垂直设置，Y轴沿竖直方向设置。以第二齿轮为主动轮(也就是小轮)，第一齿轮为从动轮(也就是大轮)为例，立柱200带动第一齿轮沿X轴方向移动，能够调节第一齿轮和第二齿轮的接触区在齿面齿高方向上的位置关系，第一主轴箱201带动第一齿轮沿Y轴移动，能够调节准双曲面齿轮辐的偏移量，从而调节第一齿轮和第二齿轮的接触区在齿面齿长方向上的位置关系，第二主轴箱300带动第二齿轮沿Z轴方向移动，第二齿轮沿Z轴方向上的移动对第一齿轮和第二齿轮的接触区位置无影响，主要是用来控制侧隙。综上可知，通过移动立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300，即可使第一齿轮和第二齿轮移动至相互啮合的位置，从而以便于进一步模拟出第一齿轮和第二齿轮实际使用时的工况。角度检测机构400侧检出第一齿轮和第二齿轮啮合后设定时间内的转动角度，通过传动误差原理即可计算出第一齿轮和第二齿轮之间的传动误差，以第二齿轮为主动轮为例，具体计算公式为：TE＝I×Ang2-Ang1，式中TE表示传动误差，I表示传动比，Ang2表示第一齿轮(也就是从动轮)转动的角度，Ang1表示第二齿轮(也就是主动轮)转动的角度。主动轮需要通过驱动机构驱动，例如，当第二齿轮为主动轮时，第二主轴A轴301可以通过驱动电机直接驱动，也可以在第二主轴A轴301和驱动电机之间设置一个传动机构，传动机构可以是传送带或者齿轮，驱动电机进而通过传动机构间接驱动第二主轴A轴301转动。可以理解的是，立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300同样需要驱动机构进行驱动，此外，可以设置电脑或者单片机等控制器，以用于调节立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300的移动量，以及调节第一齿轮和第二齿轮的转动速度以及两者之间的扭矩大小。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，角度检测机构400包括两个角度编码器，两个角度编码器分别用于检测第一齿轮以及第二齿轮的转动角度。角度编码器能够将角位移转化为电信号，电信号进而能够直接被数据采集装置采集，数据采集装置采集后可以传输至数据分析仪内进行数据分析，操作简单，省时省力。此外，角度编码器精度高，分辨率高，线数高，测量准确。需要说明的是，角度编码器可以是光电编码器(圆光栅)，也可以是静磁栅绝对编码器(圆磁栅)，角度编码器可以安装于对应的转轴上，也可以安装于齿轮上，角度编码器的型号和种类有多种，例如EC35系列编码器以及EC25系列编码器等，它们在市场均有销售，在此不再赘述。此外，角度检测机构400也可以是万能角度尺，当第一齿轮以及第二齿轮的转动角度不超过360度时，可以直接用万能角度尺测量，当第一齿轮以及第二齿轮的转动角度超过360度后，可以用万能角度尺测量第一齿轮以及第二齿轮转动整圈后剩余的转动角度，再加上转过的整圈的度数就是第一齿轮以及第二齿轮的转动角度。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，两个角度编码器分别设置于第一主轴C轴202靠近第一齿轮的一端以及第二主轴A轴301靠近第二齿轮的一端。角度编码器可以是光电编码器(圆光栅)，也可以是静磁栅绝对编码器(圆磁栅)，两个角度编码器可以分别套设于第一主轴C轴202靠近第一齿轮的一端以及第二主轴A轴301靠近第二齿轮的一端，进而可以测量第一主轴C轴202以及第二主轴A轴301的转动角度，由于第一齿轮随第一主轴C轴202一起转动，第二齿轮随第二主轴A轴301一起转动，进而能够间接测量第一齿轮和第二齿轮的转动角度。两个角度编码器均设置于靠近对应的齿轮的一端，能够尽可能减小由于主轴的变形和摆动对齿轮角度测量结果带来的影响。

在本发明的一些实施例中，还包括数据采集卡和数据分析器，数据采集卡与角度编码器电性连接，数据分析器与数据采集卡电性连接。数据采集卡用于采集角度编码器测量到的第一齿轮以及第二齿轮的旋转角度的数据，并将采集到的数据输入至数据分析器，数据分析器根据采集到的数据进行计算分析，计算出传动误差，并对计算出的传动误差进行频谱和滤波等分析，从而得到传动误差的各分量，例如小轮跳动、大轮跳动以及齿廓误差等，最后将传动误差的各个分量和传动误差的标准进行比较，判断螺旋锥齿轮副的传动误差是否符合检测要求，如果不符合，则根据分析结果对设计参数和/或加工参数进行调整。数据采集卡可以是USB数据采集卡或者PCI数据采集卡或者其他型号的数据采集卡，市场上均有销售，其工作原理和过程在此不再赘述。数据分析器可以是普通计算机或者工业计算机，只需要在普通计算机或者工业计算机内安装对应的分析软件即可，数据分析器也可以是专业的分析仪，例如频谱分析仪等，频谱分析仪在市场上有销售，其工作过程和原理在此不再赘述。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，床身100上沿X轴方向设置有第一导轨101，立柱200滑动设置于第一导轨101上，立柱200上沿Y轴方向设置有第二导轨203，第一主轴箱201滑动设置于第二导轨203上，床身100上沿Z轴方向设置有第三导轨102，第二主轴箱300滑动设置于第三导轨102上。设置第一导轨101、第二导轨203以及第三导轨102，能够确保立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300沿设定的方向移动，使第一齿轮以及第二齿轮能够准确的啮合，进而准确地模拟出第一齿轮和第二齿轮实际使用时的工况。需要说明的是，立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300均需要通过驱动机构进行驱动，驱动机构可以是普通的驱动电机、直线电机、气缸或者油缸等，当驱动机构为直线电机时，直线电机的驱动轴与立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300传动连接，当驱动机构为气缸或油缸时，气缸或油缸的活塞杆与立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300传动连接。当驱动机构为普通的驱动电机时，驱动电机的输出轴连接有丝杆，立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300上对应设置有丝杆螺母并套设于对应的丝杆上，通过驱动电机驱动丝杆转动，从而使得丝杆螺母沿对应丝杆的轴向移动，丝杆螺母进而带动立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300移动。当然，也可以在床身100和立柱200上设置移动槽，在立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300上对应设置有滚轮，滚轮于移动槽内滚动，通过滚轮和移动槽的配合使立柱200、第一主轴箱201以及第二主轴箱300沿对应的方向移动。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一主轴C轴202的轴向平行于Z轴方向，第二主轴A轴301的轴向平行于X轴方向。进而X轴方向、Y轴方向和Z轴方向分别可以对应齿轮副的H轴方向、V轴方向以及G轴方向(X、Y、Z与H、V、G的对应关系如图1所示)，第一齿轮和第二齿轮啮合时，两个齿轮的轴交角为90度。以第二齿轮为主动轮(也就是小轮)，第一齿轮为从动轮(也就是大轮)为例，V轴或垂直移动轴(对应Y轴)用来调节准双曲面齿轮辐的偏移量，进而第一齿轮沿V轴方向上下移动时，可以调节第一齿轮和第二齿轮的接触区在齿面齿长方向上的位置。H轴或小轮轴(对应X轴)的方向与第二主轴A轴301(小轮轴)轴线平行，第一齿轮沿H轴方向运动可以调节第一齿轮和第二齿轮的接触区在齿面齿高方向上的位置。G轴或大轮轴(对应Z轴)的方向与第一主轴C轴202(大轮轴)轴线平行，第二齿轮沿G轴方向运动对第一齿轮和第二齿轮的接触区位置无影响，主要是用来控制侧隙。

根据本发明第二方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，基于本发明第一方面实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，首先将第一齿轮安装于第一主轴C轴202上，将第二齿轮安装于第二主轴A轴301上，并将第一齿轮和第二齿轮移动至相互啮合的位置，然后转动第一主轴C轴202或者第二主轴A轴301，模拟出第一齿轮和第二齿轮实际使用时的工况，并通过角度检测机构400检测出第一齿轮以及第二齿轮的转动角度，之后根据检测结果以及传动误差原理计算出传动误差，最后对计算出的传动误差进行分析。

本实施例的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，能够准确地检测出螺旋锥齿轮单面啮合时的传动误差，不仅为检验螺旋锥齿轮的质量提供了一个重要指标，而且对传动误差的检测结果进行分析，能够从中找出螺旋锥齿轮产生传动误差的原因，也为进一步改善螺旋锥齿轮的设计和加工提供依据。

在本发明的一些实施例中，角度检测机构400电性连接有数据采集卡，数据采集卡电性连接有数据分析器。数据采集卡用于采集角度检测机构400测量到的第一齿轮以及第二齿轮的旋转角度的数据，并将采集到的数据输入至数据分析器，数据分析器根据采集到的数据进行计算分析，计算出传动误差，并对计算出的传动误差进行频谱和滤波等分析，从而得到传动误差的各分量，例如小轮跳动、大轮跳动以及齿廓误差等，最后将传动误差的各个分量和传动误差的标准进行比较，判断螺旋锥齿轮副的传动误差是否符合检测要求，如果不符合，则根据分析结果对设计参数和/或加工参数进行调整。数据采集卡可以是USB数据采集卡或者PCI数据采集卡或者其他型号的数据采集卡，市场上均由销售，其工作原理和过程在此不再赘述。数据分析器可以是普通计算机或者工业计算机，只需要在普通计算机或者工业计算机内安装对应的分析软件即可，数据分析器也可以是专业的分析仪，例如频谱分析仪等，频谱分析仪在市场上有销售，其工作过程和原理在此不再赘述。本实施例中，角度检测机构400可以是光电编码器(圆光栅)，也可以是静磁栅绝对编码器(圆磁栅)。

在本发明的一些实施例中，根据齿轮啮合的频率和输出谐波的次数计算出采样频率，之后根据采样时间和采样频率计算出采样点数，最后将采样点数和采样频率写入数据采集卡并开始进行数据采集。

在数据采集卡对角度检测机构400测量到的第一齿轮以及第二齿轮的旋转角度的数据进行采集之前需要写入采样点数、采样频率等参数。在单面啮合检测中，有两种采样方式：完全采样和按大轮转数采样。完全采样是主动轮(即小轮)上的每个齿与从动轮(即大轮)上的每个齿都完成一次啮合为一个采样周期，比如10个齿的主动轮和41个齿的从动轮参与啮合时，主动轮转41转(即从动轮10转)为采样周期的采样叫完全采样。按大轮转数采样即采样周期为从动轮(即大轮)的整数转，转数可以自定义。完全采样得到的信号基本上都是整数个周期，所以在作快速傅里叶变换时，频谱泄漏会保持在相对较低的水平内；相反，按大轮转数进行采样，检测时间会比完全采样短，但是用这种采样方式进行数据采集，得到的信号大多数都不是整数个周期，所以频谱泄漏相对于完全采样会更加严重，所以在作傅里叶变换时需要对时域值进行加窗，以减小频谱泄漏对检测结果的影响。

采样点数是根据采样时间和采样频率决定的，采样点数的计算公式为：

N_s＝T_s×f_s

式中：N_s为采样点数；

T_s为采样时间；

f_s为采样频率；

采样频率f_s的计算公式为：

f_s＝2.56×f_max＝2.56×f_tooth×m

式中，f_max表示检测结果输出的最高频率，f_tooth为齿轮啮合频率，m表示输出的谐波的次数。研究表明，采样频率f_s过低会导致各次调制频谱相互交叠起来，有些频率部分的幅值就与原始情况不同，因而不能分开和恢复这些部分，采样就会造成信息的损失。如果采用频率f_s过高，会导致技术实现起来困难，因此，一般取采样频率f_s为检测结果输出的最高频率f_max的2.5倍到3倍，本实施例中取采样频率f_s为检测结果输出的最高频率f_max的2.56倍。谐波的次数m为整数，表示齿轮啮合频率f_tooth的整数倍，1次谐波的频率为1倍速齿轮啮合频率f_tooth，2次谐波的频率为2倍速齿轮啮合频率f_tooth，以此类推。

齿频f_tooth是齿轮啮合频率，即每秒有多少对齿参与啮合。齿频f_tooth的计算公式为：

式中：P_rpm为主动轮(即小轮)的转速，单位为转每分钟，N₁为主动轮(即小轮)的齿数。

完全采样和按大轮转数采样的采样频率都是一样的，不同的只是它们的采样时间。在完全采样中，主动轮(即小轮)的转数等于从动轮(即大轮)的齿数，所以其采样时间的计算公式为：

式中：P_rpm为主动轮(即小轮)的转速，单位为转每分钟，N₂代表从动轮(即大轮)的齿数。所以选择完全采样，采样点数的计算公式为：

如果采样方式为按大轮转数采样，其采样时间的计算公式为：

式中，R₂表示在一个采样周期内从动轮(即大轮)的转数。所以选择大轮转数采样的采样点数的计算公式为：

最后将计算好的采样点数和采样频率写入数据采集卡即可开始进行数据采集。

在本发明的一些实施例中，将计算出的传动误差通过傅里叶变换转换为频域信号，之后通过滤波器得到长波分量和短波分量。根据传动误差计算原理计算出的传动误差属于时域数据，分析时较为困难，通过傅里叶变换能够将时域数据转换为频域下传动误差的多阶幅值，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征，分析更加简单。时域信号的傅里叶变换为：

式中：X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f为频率。但是，在数字信号处理理论中，有时候要处理的并非连续的模拟量，而是离散的数字量，那么需要离散傅里叶变换(DFT)对离散时域信号作频谱变换，离散傅里叶变换的公式在此不再赘述。

滤波器有低通滤波器和高通滤波器，得到传动误差的频域信号之后，利用低通滤波器可以得到传动误差的长波分量，利用高通滤波器可以得到传动误差的短波分量，进而可以分析出小轮跳动、大轮跳动以及齿廓误差等。把经过处理得到的检测结果与公差参数进行对比，判断每项检测结果是否符合齿轮标准，接着用图形和数字的方式显示检测结果，最后根据用户的需要打印检测结果或把检测结果存储到数据库。需要说明的是，滤波器可以是有限冲激响应滤波器(FIR滤波器)或者无限冲激响应滤波器(IIR滤波器)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，包括：

床身；

立柱，沿水平轴向X轴移动设置于所述床身上，所述立柱上沿竖直轴向Y轴移动设置有第一主轴箱，所述第一主轴箱内转动设置有用于安装第一齿轮的第一主轴C轴；第二主轴箱，沿水平轴向Z轴移动设置于所述床身上，所述第二主轴箱内转动设置有用于安装第二齿轮的第二主轴A轴；

角度检测机构，用于所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合时分别检测所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度。

2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，所述角度检测机构包括两个所述角度编码器，两个所述角度编码器分别用于检测所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度。

3.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，两个所述角度编码器分别设置于所述第一主轴C轴靠近所述第一齿轮的一端以及所述第二主轴A轴靠近所述第二齿轮的一端。

4.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，还包括数据采集卡和数据分析器，所述数据采集卡与所述角度编码器电性连接，所述数据分析器与所述数据采集卡电性连接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，所述床身上沿X轴方向设置有第一导轨，所述立柱滑动设置于所述第一导轨上，所述立柱上沿Y轴方向设置有第二导轨，所述第一主轴箱滑动设置于所述第二导轨上，所述床身上沿Z轴方向设置有第三导轨，所述第二主轴箱滑动设置于所述第三导轨上。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，所述第一主轴C轴的轴向平行于Z轴方向，所述第二主轴A轴的轴向平行于X轴方向。

7.一种螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，基于权利要求1所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测装置，其特征在于，首先将所述第一齿轮安装于所述第一主轴C轴上，将所述第二齿轮安装于所述第二主轴A轴上，并将所述第一齿轮和所述第二齿轮移动至相互啮合的位置，然后转动所述第一主轴C轴或者所述第二主轴A轴，模拟出所述第一齿轮和所述第二齿轮实际使用时的工况，并通过所述角度检测机构检测出所述第一齿轮以及所述第二齿轮的转动角度，之后根据检测结果以及传动误差原理计算出传动误差，最后对计算出的所述传动误差进行分析。

8.根据权利要求7所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，其特征在于，所述角度检测机构电性连接有数据采集卡，所述数据采集卡电性连接有数据分析器。

9.根据权利要求8所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，其特征在于，根据齿轮啮合的频率和输出谐波的次数计算出采样频率，之后根据采样时间和所述采样频率计算出采样点数，最后将所述采样点数和所述采样频率写入所述数据采集卡并开始进行数据采集。

10.根据权利要求7所述的螺旋锥齿轮单面啮合检测方法，其特征在于，将计算出的所述传动误差通过傅里叶变换转换为频域信号，之后通过滤波器得到长波分量和短波分量。

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