CN113065097B - 一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法 - Google Patents

一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，属于机械设计技术领域，根据每组应变片峰峰值的平均值进行计算，通过引入筛选机制，排除由于通道数据失真对计算结果的影响，进行数据采集，在齿圈齿根布置跟行星轮个数相同的若干组应变片，应变片沿着齿宽方向布置，每组应变片沿着齿宽方向的分布是相同的；在实际测试过程中，会有很多因素导致采集到的数据出现异常，异常数据不能用于计算，通过对采集到的数据进行筛选，删除异常数据，确保获得的数据准确；通过对载荷系数进行计算，能清晰得出载荷系数随时间的变化过程，从而可以得到载荷系数在运行过程中最大值和最小值，为齿轮箱设计提供有效数据支持。

Description

一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法
技术领域
本发明属于机械设计技术领域；具体是一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法。
背景技术
均载系数的定义是载荷最大分支的转矩与每分支的平均转矩之比，均载系数对齿轮箱的疲劳寿命和静强度至关重要，根据实测的载荷系数进行同类产品齿轮箱齿轮参数设计，可以在保证齿轮箱使用寿命的情况下，质量达到最优。由于在试验过程中，某一个通道的试验数据可能会由于应变片损坏，引线接触不良等原因造成实测应变数据失真，本方法根据每组应变片峰峰值的平均值进行计算，通过引入筛选机制，可以排除由于某些通道数据失真对计算结果的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，根据每组应变片峰峰值的平均值进行计算，通过引入筛选机制，排除由于通道数据失真对计算结果的影响。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，具体方法包括以下步骤：
步骤一：进行数据采集，在齿圈齿根布置跟行星轮个数相同的若干组应变片，应变片沿着齿宽方向布置，每组应变片沿着齿宽方向的分布是相同的；
Figure GDA0003351079390000011
表示行星轮b通过第a组应变的第c个应变片产生的第i个峰峰值，t1时刻对应的峰峰值为是同一个啮合周期内产生的峰峰值，其中a是大于零的正整数，i是大于零的正整数，c是大于零的正整数，t1>0；
步骤二：采用每组应变片峰峰值的平均值进行计算获得筛选值，根据筛选值排除无效数据；
步骤三：对载荷系数进行计算；
步骤S31：设置n个行星齿轮，贴k组应变片，每组应变片有m个；
步骤S32：计算出每组应变片上所有峰峰值的平均值，被标记删除的数据不参与计算，分别记为
Figure GDA0003351079390000021
需要注意的是式中是根据每组应变片的峰峰值平均值来计算的，这样计算的好处是有效避免无效通道数据的影响；
步骤S33：根据公式
Figure GDA0003351079390000022
Figure GDA0003351079390000023
……
Figure GDA0003351079390000024
计算出来的值是一个动态的，得出在啮合过程中Kγ-ti值的变化情况，同时得到整个测试过程中均载系数的最大值；其中，均载系数Kγ-ti的定义是载荷最大分支的转矩与每分支的平均转矩之比；
步骤S34：齿向弯曲系数KFβ基于每组应变片的应变数据进行计算，计算出同一齿面上每个测点在t1处的峰峰值，
Figure GDA0003351079390000025
为由行星轮n在第一组应变片的第一个应变片在t1时刻产生的应变峰值，则t1时刻的KFβ值为：
Figure GDA0003351079390000031
Figure GDA0003351079390000032
Figure GDA0003351079390000033
……
其中，k1 Fβ-t1，k2 Fβ-t1，k3 Fβ-t1…分别表示位置1，2，3…处的在t1啮合周期时的KFβ值，进而计算出t2，t3…时刻的KFβ值；
步骤S35：根据公式
Figure GDA0003351079390000034
和
Figure GDA0003351079390000035
获得齿向接触系数KHβ，其中，h为轮齿高度，b为齿宽，取b1/h1，b2/h2中的较小值作为b/h，当b/h<3时，用3替代。
进一步地，步骤二中对采集到的数据进行筛选的具体方法包括以下步骤：
步骤S11：获取应变片采集到的数据，将获取到的应变片数据中为零的数据进行标记，将标记的数据进行删除，建立第一记录表，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中；将通道峰标记为v，其中v＝1、2、……、r，r为正整数；
步骤S12：设置参考值，参考值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将参考值标记为P；
步骤S13：根据获取到的应变片采集数据，获得每个通道峰峰值的平均值，将通道峰峰值的平均值标记为Lv；
步骤S14：设置标准误差值，标准误差值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将标准误差值标记为K，将通道峰、参考值、通道峰峰值的平均值和标准误差值进行去除量纲取其数值计算；
步骤S15：根据公式Qv＝λ*[b3*K-|b1*Lv-b2*P|/(b2*P)]获取得到筛选值Qv，其中，b1、b2、b3均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，0<b3≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1，且b2*P不等于零；
步骤S16：当筛选值Qv≥0时，不进行操作，当筛选值Qv<0时，将对应的通道数据进行标记，将标记数据的进行删除，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中。
本发明的有益效果：在实际测试过程中，会有很多因素导致采集到的数据出现异常，异常数据不能用于计算，因此，必须引入数据筛选流程，通过对采集到的数据进行筛选，删除异常数据，确保获得的数据准确；通过对载荷系数进行计算，能清晰得出载荷系数随时间的变化过程，从而可以得到载荷系数在运行过程中最大值和最小值，为齿轮箱设计提供有效数据支持。并和传统计算采用峰峰值计算的方法不同的是，本发明采用峰峰值的平均值进行Kγ-ti计算，并通过引入一种淘汰机制，能有效避免因个别通道产生无效数据对计算结果造成的误差；通过第一记录表的设置，可以清楚的了解到哪个检测点有问题，方便工作人员进行检修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明啮合过程产生的应变峰峰值分布；
图3为本发明啮合过程产生的应变峰峰值；
图4为本发明齿根应变片贴片示意图；
图5为本发明应变数据示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，具体方法包括以下步骤：
步骤一：进行数据采集，在齿圈齿根布置跟行星轮个数相同的若干组应变片，应变片沿着齿宽方向布置，每组应变片沿着齿宽方向的分布是相同的；举一个例子来说明应变数据的产生过程：假设是3个行星轮，则应在齿圈上均布贴3组应变片，每组3个应变片。由于是3个行星轮3组应变片，且行星轮和应变片都是均匀分布的，则当位置1处行星轮1经过应变片1时，同一时刻位置2处为行星轮2经过应变片1，位置3处为行星轮3经过应变片1。按此规律，则可把所有应变片的应变按图2所示列出；
Figure GDA0003351079390000051
表示行星轮b通过第a组应变的第c个应变片产生的第i个峰峰值，t1时刻对应的峰峰值为是同一个啮合周期内产生的峰峰值，其中a是大于零的正整数，i是大于零的正整数，c是大于零的正整数，t1>0；
步骤二：采用每组应变片峰峰值的平均值进行计算获得筛选值，根据筛选值排除无效数据；由于在测试过程中，很有可能会由于各种原因导致采集到的数据失真，例如贴片不好，导线损坏，应变片本身损坏等都会产生无效数据，无效数据的典型特征是比其余通道的应变数据明显偏大或者应变为零，无效数据不能用于计算；
进一步地，步骤二中对采集到的数据进行筛选的具体方法包括以下步骤：
步骤S11：获取应变片采集到的数据，将获取到的应变片数据中为零的数据进行标记，将标记的数据进行删除，建立第一记录表，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中；将通道峰标记为v，其中v＝1、2、……、r，r为正整数；通道峰就是每组应变片检测的峰；
步骤S12：设置参考值，参考值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将参考值标记为P；
步骤S13：根据获取到的应变片采集数据，获得每个通道峰峰值的平均值，将通道峰峰值的平均值标记为Lv；
步骤S14：设置标准误差值，标准误差值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将标准误差值标记为K，将通道峰、参考值、通道峰峰值的平均值和标准误差值进行去除量纲取其数值计算；
步骤S15：根据公式Qv＝λ*[b3*K-|b1*Lv-b2*P|/(b2*P)]获取得到筛选值Qv，其中，b1、b2、b3均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，0<b3≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1，且b2*P不等于零；
步骤S16：当筛选值Qv≥0时，不进行操作，当筛选值Qv<0时，将对应的通道数据进行标记，将标记数据的进行删除，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中；
步骤S17：将第一记录表中记录的检测位置发送给检修人员进行检修；
进一步地，对于步骤S17中将第一记录表中记录的检测位置发送给检修人员进行检修的具体方法包括以下步骤：
步骤S21：获取第一记录表中记录的检测位置，获取检修部门内的检修人员信息，检修人员信息包括姓名和年龄，将检修人员信息标记为j，其中j＝1、2、……、z，z为正整数；
步骤S22：获取检修人员与第一记录表中记录的检测位置之间的距离，将检修人员与第一记录表中记录的检测位置之间的距离标记为Hj；
步骤S23：获取检修人员的工作状态，工作状态包括忙碌状态和空闲状态，将检修人员的工作状态标记Fj，将检修人员信息、检修人员与第一记录表中记录的检测位置之间的距离和检修人员的工作状态进行去除量纲取其数值计算；
步骤S24：根据公式Wj＝λ*[b5*Fj+1.12/(b4*Hj+1)]获取得到优先值Wj，其中，b4、b5均为比例系数，取值范围为0<b4≤1，0≤b5≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1，当检修人员的工作状态为忙碌状态时，b5*Fj＝0，当检修人员的工作状态为空闲状态时，b5*Fj＝1；
步骤S25：根据优先值Wj的高低，派遣优先值Wj最大的检修人员进行检修；
步骤三：对载荷系数进行计算；
步骤S31：设置n个行星齿轮，贴k组应变片，每组应变片有m个；
步骤S32：计算出每组应变片上所有峰峰值的平均值，被标记删除的数据不参与计算，分别记为
Figure GDA0003351079390000071
需要注意的是式中是根据每组应变片的峰峰值平均值来计算的，这样计算的好处是有效避免无效通道数据的影响；
步骤S33：根据公式
Figure GDA0003351079390000072
Figure GDA0003351079390000073
……
Figure GDA0003351079390000081
计算出来的值是一个动态的，得出在啮合过程中Kγ-ti值的变化情况，同时得到整个测试过程中均载系数的最大值；其中，均载系数Kγ-ti的定义是载荷最大分支的转矩与每分支的平均转矩之比；
步骤S34：齿向弯曲系数KFβ基于每组应变片的应变数据进行计算，计算出同一齿面上每个测点在t1处的峰峰值，
Figure GDA0003351079390000082
为由行星轮n在第一组应变片的第一个应变片在t1时刻产生的应变峰值，则t1时刻的KFβ值为：
Figure GDA0003351079390000083
Figure GDA0003351079390000084
Figure GDA0003351079390000085
……
其中，k1 Fβ-t1，k2 Fβ-t1，k3 Fβ-t1…分别表示位置1，2，3…处的在t1啮合周期时的KFβ值，进而计算出t2，t3…时刻的KFβ值；
步骤S35：根据公式
Figure GDA0003351079390000086
和
Figure GDA0003351079390000087
获得齿向接触系数KHβ，其中，h为轮齿高度，b为齿宽，取b1/h1，b2/h2中的较小值作为b/h，当b/h<3时，用3替代。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
本发明在使用时，首先采集数据，假设是3个行星轮，则应在齿圈上均布贴3组应变片，每组3个应变片。由于是3个行星轮3组应变片，且行星轮和应变片都是均匀分布的，则当位置1处行星轮1经过应变片1时，同一时刻位置2处为行星轮2经过应变片1，位置3处为行星轮3经过应变片1。按此规律，则可把所有应变片的应变按图2列出，在实际测试过程中，会有很多因素导致采集到的数据出现异常，异常数据不能用于计算，因此，必须引入数据筛选流程。方法为引入一个参考值，每个通道峰峰值的平均值均与设定的参考值进行对比，并设定一个误差阈值，如果某一个通道处的误差阈值超过了设定的误差阈值，则该通道的数据无效舍弃，通过参考值和误差阈值的合理定义，可筛除出明显无效的数据。对于应变为0的通道，应直接剔除，计算出每组应变片上所有峰峰值的平均值，被筛选掉的数据不参与计算，根据公式可以看出，计算出来的值是一个动态的，可以看出在啮合过程中Kγ-ti值的变化情况，也可以得到整个测试过程中均载系数的最大值；计算出同一齿面上每个测点在t1处的峰峰值，根据公式求得KFβ值，进而计算出KHβ值，在实际设计过程中确定载荷系数时，根据设计需求灵活选取计算得到的动态载荷系数的最大值或者平均值进行设计。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，其特征在于，具体方法包括以下步骤：
步骤一：进行数据采集，在齿圈齿根布置跟行星轮个数相同的若干组应变片，应变片沿着齿宽方向布置，每组应变片沿着齿宽方向的分布是相同的；
Figure FDA0003351079380000013
表示行星轮b通过第a组应变的第c个应变片产生的第i个峰峰值，t1时刻对应的峰峰值为是同一个啮合周期内产生的峰峰值，其中a是大于零的正整数，i是大于零的正整数，c是大于零的正整数，t1>0；
步骤二：采用每组应变片峰峰值的平均值进行计算获得筛选值，根据筛选值排除无效数据；
步骤三：对载荷系数进行计算；
步骤S31：设置n个行星齿轮，贴k组应变片，每组应变片有m个；
步骤S32：计算出每组应变片上所有峰峰值的平均值，被标记删除的数据不参与计算，分别记为
Figure FDA0003351079380000011
需要注意的是式中是根据每组应变片的峰峰值平均值来计算的，这样计算的好处是有效避免无效通道数据的影响；
步骤S33：根据公式
Figure FDA0003351079380000012
计算出来的值是一个动态的，得出在啮合过程中Kγ-ti值的变化情况，同时得到整个测试过程中均载系数的最大值；其中，均载系数Kγ-ti的定义是载荷最大分支的转矩与每分支的平均转矩之比；
步骤S34：齿向弯曲系数KFβ基于每组应变片的应变数据进行计算，计算出同一齿面上每个测点在t1处的峰峰值，
Figure FDA0003351079380000021
为由行星轮n在第一组应变片的第一个应变片在t1时刻产生的应变峰值，则t1时刻的KFβ值为：
Figure FDA0003351079380000022
其中，k1 Fβ-t1，k2 Fβ-t1，k3 Fβ-t1…分别表示位置1，2，3…处的在t1啮合周期时的KFβ值，进而计算出t2，t3…时刻的KFβ值；
步骤S35：根据公式
Figure FDA0003351079380000023
和
Figure FDA0003351079380000024
获得齿向接触系数KHβ，其中，h为轮齿高度，b为齿宽，取b1/h1，b2/h2中的较小值作为b/h，当b/h<3时，用3替代。
2.根据权利要求1所述的一种行星齿轮箱均载测试载荷系数的计算方法，其特征在于，步骤二中对采集到的数据进行筛选的具体方法包括以下步骤：
步骤S11：获取应变片采集到的数据，将获取到的应变片数据中为零的数据进行标记，将标记的数据进行删除，建立第一记录表，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中；将通道峰标记为v，其中v＝1、2、……、r，r为正整数；
步骤S12：设置参考值，参考值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将参考值标记为P；
步骤S13：根据获取到的应变片采集数据，获得每个通道峰峰值的平均值，将通道峰峰值的平均值标记为Lv；
步骤S14：设置标准误差值，标准误差值是一个阈值，根据专家组讨论设置，将标准误差值标记为K，将通道峰、参考值、通道峰峰值的平均值和标准误差值进行去除量纲取其数值计算；
步骤S15：根据公式Qv＝λ*[b3*K-|b1*Lv-b2*P|/(b2*P)]获取得到筛选值Qv，其中，b1、b2、b3均为比例系数，取值范围为0<b1≤1，0<b2≤1，0<b3≤1，λ为修正因子，取值范围为0<λ≤1，且b2*P不等于零；
步骤S16：当筛选值Qv≥0时，不进行操作，当筛选值Qv<0时，将对应的通道数据进行标记，将标记数据的进行删除，将标记的数据对应的检测位置输入到第一记录表中。
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