CN114216677B - 齿面波纹阶次检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿面波纹阶次检测方法，S1，计算齿轮啮合线上关键展长位置；S2，测量齿轮渐开线方向展长数据；S3，计算展长误差；S4，将每齿展长误差按基节进行搭接；S5，取搭接数据的外包络；S6，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹阶次。本发的测量方法可以有效检测引起高频啸叫的齿面波纹阶次，对后期齿轮质量管控提供客观指标。

Description

齿面波纹阶次检测方法
技术领域
本发明涉及齿轮技术领域，具体涉及一种齿面波纹阶次检测方法。
背景技术
汽车行业齿轮振动噪声现象中，通常最为常见的就是齿轮啸叫和敲击两类噪声。齿轮啸叫噪声一般都是指与主动齿轮齿数直接相关的阶次，包括基阶次及其谐振阶次。在齿轮谐振阶次中，除了存在齿数的整数倍阶次，还存在主动齿数的分数倍阶次。
在汽车行业，由于电动汽车的重要性日益增加，而且电动汽车没有内燃机噪声掩盖，因此对齿轮啸叫噪声的要求也越来越高，而齿面的规律性波纹会产生高频啸叫。目前，现有技术中还没有一种测量方法可以有效检测引起高频啸叫的齿面波纹阶次的方法。
发明内容
本发明提供一种齿面波纹阶次检测方法，本发明旨在解决现有技术中没有一种测量方法可以有效检测引起高频啸叫的齿面波纹阶次的方法。
实现上述目的的技术方案如下：
齿面波纹阶次检测方法，包括以下步骤：
S1，计算齿轮啮合线上关键展长位置；
S2，测量齿轮渐开线方向展长数据；
S3，计算展长误差；
S4，将每齿展长误差按基节进行搭接；
S5，取搭接数据的外包络；
S6，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹阶次。
进一步地，所述步骤S1中，齿轮啮合线上关键展长位置包括：
齿轮副开始啮合位置，齿轮副开始啮合位置为被动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点；
齿轮副终止啮合位置，齿轮副终止啮合位置为主动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点。
进一步地，齿轮副开始啮合位置点的展长AT1采用以下计算式计算：
其中，a为齿轮副中心距，αwt为啮合角，rNa2为被动齿轮有效齿顶圆半径，rb2为主动齿轮基圆半径；
齿轮副终止啮合位置点的展长BT1采用以下计算式计算：
其中，rNa1为主动发齿轮有效齿顶圆半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
进一步地，所述步骤S2中，测量齿轮渐开线方向展长数据的过程如下：
将主动齿轮装夹到齿轮测量仪上，测量探针在每颗齿的齿宽中间位置选取一截面，从A点滑到B点，采集N个点，得到探针在k点的真实半径并计算真实展长长度
其中，为探针在第n颗齿上k点测量的真实半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
进一步地，所述步骤S3中，所述展长误差为第n颗齿上不同点下真实展长长度与理论展长长度之间的展长误差errorn(k)
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到B点共采集的点数，为真实展长长度，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长。
进一步地，所述步骤S4中，将每颗齿上的有效数据按照基节进行错位，并且第一颗齿与最后一颗齿相接，得到所有齿轮展长误差矩阵E
其中，n为第n颗齿，M为主动齿轮齿数，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，errorn(k)为每颗齿上展长误差，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
进一步地，所述步骤S5中，取齿轮展长误差矩阵每个位置下的所有齿的外包络值,左齿面展长误差矩阵每列取最大值，右齿面展长误差矩阵每列取最小值，得到C
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，En为所有齿轮展长误差矩阵，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
进一步地，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹的阶次特征G(ω)
其中，n为第n颗齿，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，k为探针在第k个位置点，FFT为快速傅里叶变换，C为每个位置下的所有齿的外包络值，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
本发明具有如下优点：
在汽车行业，由于电动汽车的重要性日益增加，而且电动汽车没有内燃机噪声掩盖，因此对齿轮啸叫噪声的要求也越来越高，而齿面的规律性波纹会产生高频啸叫。本发明首先计量齿面展长误差，然后按照基节叠加取外包络曲线，最后做快速傅里叶变换可以将齿面规律性波纹分解出阶次特征，而不同的阶次特征会产生对应的阶次啸叫，对后期齿轮质量管控提供客观指标。
附图说明
图1是本发明的一种齿面波纹傅里叶算法的流程图；
图2是本发明的齿轮测量示意图；
图3是本发明的啮合线上关键展长位置；
图4是本发明的展长误差；
图5是本发明的按照基节进行错位后展长误差；
图6是本发明的外包络曲线；
图7是本发明的经过FFT得到齿面波纹的阶次特征。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例为示例性的，旨在用于解释本发明，而不能简单地理解为对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而非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保护范围的限制。
S1，计算齿轮啮合线上关键展长位置；该步骤是为了得到啮合起始点到啮合终止点的理论展长。
所述步骤S1中，齿轮啮合线上关键展长位置包括：齿轮副开始啮合位置和齿轮副终止啮合位置，其中，齿轮副开始啮合位置为被动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点；齿轮副终止啮合位置为主动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点。
齿轮副开始啮合位置点的展长AT1采用以下计算式计算：
其中，a为齿轮副中心距，αwt为啮合角，rNa2为被动齿轮有效齿顶圆半径，rb2为主动齿轮基圆半径。
齿轮副终止啮合位置点的展长BT1采用以下计算式计算：
其中，rNa1为主动发齿轮有效齿顶圆半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
S2，测量齿轮渐开线方向展长数据；具体是将主动齿轮装夹到齿轮测量仪上，测量真实展长。
步骤S2中，测量齿轮渐开线方向展长数据的过程如下：
将主动齿轮装夹到齿轮测量仪上，测量探针在每颗齿的齿宽中间位置选取一截面，从A点滑到B点，采集N个点，得到探针在k点的真实半径并计算真实展长长度
其中，为探针在第n颗齿上k点测量的真实半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
S3，为了得到真实展长与理论展长差值，所述展长误差为第n颗齿上不同点下真实展长长度与理论展长长度之间的展长误差errorn(k)，从而计算展长误差。
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到B点共采集的点数，为真实展长长度，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长。
S4，将每齿展长误差按基节进行搭接。为了将每颗齿的展长误差搭接一起，由于齿与齿之间相差一个基节，所述步骤S4中，将每颗齿上的有效数据按照基节进行错位，并且第一颗齿与最后一颗齿相接，得到所有齿轮展长误差矩阵E
其中，n为第n颗齿，M为主动齿轮齿数，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，errorn(k)为每颗齿上展长误差，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
S5，取搭接数据的外包络。为了得到所有齿的展长误差外包络曲线，由于重叠部分只有较高齿面才会接触，因此所述步骤S5中，取齿轮展长误差矩阵每个位置下的所有齿的外包络值,左齿面展长误差矩阵每列取最大值，右齿面展长误差矩阵每列取最小值，得到C
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，En为所有齿轮展长误差矩阵，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
S6，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹阶次。为了得到所有齿展长误差外包络曲线的特征阶次，该特征阶次为齿轮高频啸叫阶次，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹的阶次特征G(ω)
其中，n为第n颗齿，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，k为探针在第k个位置点，FFT为快速傅里叶变换，C为每个位置下的所有齿的外包络值，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。

Claims (8)

1.齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，计算齿轮啮合线上啮合起始点到啮合终止点的理论展长位置；
S2，测量齿轮渐开线方向展长数据；
S3，计算展长误差；
S4，将每齿展长误差按基节进行搭接，每颗齿上的展长误差按照基节进行错位，并且第一颗齿与最后一颗齿相接，得到所有齿轮展长误差矩阵E；
S5，取搭接数据的外包络；
S6，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹阶次。
2.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，齿轮啮合线上啮合起始点到啮合终止点的理论展长位置包括：
齿轮副开始啮合位置，齿轮副开始啮合位置为被动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点；
齿轮副终止啮合位置，齿轮副终止啮合位置为主动齿轮有效齿顶圆与啮合线焦点。
3.根据权利要求2所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于：
齿轮副开始啮合位置点的展长AT1采用以下计算式计算：
；
其中，a为齿轮副中心距，aωt为啮合角，rNa2为被动齿轮有效齿顶圆半径，rb2为主动齿轮基圆半径；
齿轮副终止啮合位置点的展长BT1采用以下计算式计算：
；
其中，rNa1为主动发齿轮有效齿顶圆半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
4.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，测量齿轮渐开线方向展长数据的过程如下：
将主动齿轮装夹到齿轮测量仪上，测量探针在每颗齿的齿宽中间位置选取一截面，从A点滑到B点，采集N个点，得到探针在k点的真实半径,并计算真实展长长度，
；
其中，为探针在第n颗齿上k点测量的真实半径，rb1为主动齿轮基圆半径。
5.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述展长误差为第n颗齿上不同点下真实展长长度与理论展长长度之间的展长误差errorn(k)
；
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到B点共采集的点数，为真实展长长度，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长。
6.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，步骤S4所述所有齿轮展长误差矩阵的计算方法：
；
其中，n为第n颗齿，M为主动齿轮齿数，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，errorn(k)为每颗齿上展长误差，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
7.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，取齿轮展长误差矩阵每个位置下的所有齿的外包络值,左齿面展长误差矩阵每列取最大值，右齿面展长误差矩阵每列取最小值，得到C
；
其中，n为第n颗齿，k为探针在第k个位置点，N为探针从A点滑到C点共采集的点数，En为所有齿轮展长误差矩阵，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
8.根据权利要求1所述的齿面波纹阶次检测方法，其特征在于，将外包络曲线进行傅里叶变换，得到齿面波纹的阶次特征G(ω)
；
其中，n为第n颗齿， N为探针从A点滑到C点共采集的点数，k为探针在第k个位置点，FFT为快速傅里叶变换，C为每个位置下的所有齿的外包络值，AT1为齿轮副开始啮合位置点的展长，BT1为齿轮副终止啮合位置点的展长，pbt为主动齿轮基节。
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