一种齿轮传动误差的测量方法与流程

本发明涉及机械测量技术领域，特别涉及一种齿轮传动误差的测量方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，对齿轮传动装置提出了更高的性能要求，如高速、重载、低振动和低噪声等。传动误差定义为从动轮实际啮合位置偏离无误差、无变形的理想齿轮副理论啮合位置的位移大小。传动误差主要由制造误差、装配误差、齿廓缺陷和齿廓修形等轮齿几何误差，以及载荷作用下的轮齿弹性变形组成，是齿轮系统产生振动和噪声的重要激励源之一。因此，如何准确有效的计算、测量和控制齿轮的传动误差对于齿轮系统减震降噪至关重要。

传统的齿轮传动误差的测量方法主要通过安装两个角度编码器进行(如公开号为202382939u的专利)。由于齿轮的传动误差级小(0～70μm)，并且该测量值对测量条件极其敏感，两个编码器也很难完全实现同步采样，从而会影响测量结果的准确性。

技术实现要素：

发明目的：为了精确测量齿轮的传动误差，本发明提供一种齿轮传动误差的测量方法。

技术方案：一种齿轮传动误差的测量方法，包括以下步骤：

(1)提供主动轮和从动轮的齿数、模数和压力角，设主动轮的基圆半径为rbp，设从动轮的基圆半径为rbg，根据主动轮和从动轮的齿数、模数和压力角分别计算rbp、rbg；在主动轮端面安装第一加速度传感器，设第一加速度传感器安装位置的旋转半径为rp；在从动轮端面安装第二加速度传感器，设第二加速度传感器安装位置的旋转半径为rg；分别测量rp和rg的值；

(2)分别通过第一加速度传感器和第二加速度传感器采集主动轮的切向振动加速度信号和从动轮的切向振动加速度信号，将所述主动轮和从动轮的切向振动加速度信号分别进行高通滤波，得到主动轮的高频振动加速度信号数据和从动轮的高频振动加速度信号数据，令主动轮的高频振动加速度信号数据为αp，令从动轮的高频振动加速度信号数据为αg；

(3)根据所述rp和αp计算主动轮的角加速度信号数据根据所述rg和αg计算从动轮的角加速度信号数据

(4)设主动轮的角位移信号数据为θp，设从动轮的角位移信号数据为θg，根据所述和计算θp和θg：

(5)设齿轮传动误差为dte，根据rbp、rbg、θp、θg计算dte：

dte＝rbpθp-rbgθg。

进一步的，步骤(2)所述的主动轮和从动轮的切向振动加速度信号包括低频正弦信号和高频振动加速度信号。

进一步的，步骤(2)中高通滤波采用零相位数字滤波器。

进一步的，步骤(2)包括：

(21)采集到的主动轮和从动轮的切向振动加速度信号均为离散数字信号，设采样点数为i，设第一加速度传感器采集到的离散数字信号用数组spτ表示，设第二加速度传感器采集到的离散数字信号用数组sgτ表示，spτ、sgτ表示为：

spτ＝[spτ(0)spτ(1)spτ(2)...spτ(i)]^t

sgτ＝[sgτ(0)sgτ(1)sgτ(2)...sgτ(i)]^t

(22)利用零相位数字滤波器对步骤(21)的离散数字信号进行高通滤波，滤波器抽头权系数用数组hx表示，滤波器阶数为n：

hx＝[hx(0)hx(1)hx(2)...hx(n)]^t

根据步骤(21)中的离散数字信号spτ、sgτ分别与步骤(22)中的滤波器抽头权数组hx卷积计算得到主动轮的高频振动加速度信号数据αp和从动轮的高频振动加速度信号数据αg：

进一步的，所述第一加速度传感器和/或第二加速度传感器为微型加速度传感器。

进一步的，步骤(1)中主动轮和从动轮的基圆半径为：

基圆半径＝齿数×模数×cos(a)/2

式中，a为压力角。

有益效果：相比较现有技术，本发明提供的一种齿轮传动误差的测量方法，采用两个加速度传感器采集主动轮和从动轮的振动数据，并通过数据处理，从而有效的计算出齿轮传动误差，克服了现有技术中使用两个角度编码器对主动轮和从动轮进行数据采样时由于时间不同步所带来的误差；采用微型加速度传感器，占用空间小，测量精确；该测量方法不仅节省测量成本，而且能获得较高的传动误差精度，为控制齿轮传动误差提供条件，且有利于对齿轮传动系统进行减振降噪。

附图说明

图1是本发明微型加速度传感器的安装示意图；

图2是本发明齿轮传动误差测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

齿轮传动误差的测量方法包括以下步骤：

(1)提供主动轮和从动轮的齿数、模数和压力角，设主动轮的基圆半径为rbp，设从动轮的基圆半径为rbg，根据主动轮和从动轮的齿数、模数和压力角分别计算rbp、rbg；在主动轮端面安装第一加速度传感器，设第一加速度传感器安装位置的旋转半径为rp；在从动轮端面安装第二加速度传感器，设第二加速度传感器安装位置的旋转半径为rg；分别测量rp和rg的值；

基圆半径的计算公式为：

基圆半径＝齿数×模数×cos(a)/2

上式中，a为压力角。

(2)分别通过第一加速度传感器11和第二加速度传感器21采集主动轮1的切向振动加速度信号和从动轮2的切向振动加速度信号，主动轮1的切向方向为图1中的m方向，从动轮2的切向方向为图1中的n方向；将所述主动轮1和从动轮2的切向振动加速度信号分别进行高通滤波，得到主动轮1的高频振动加速度信号数据和从动轮2的高频振动加速度信号数据，令主动轮1的高频振动加速度信号数据为αp，令从动轮2的高频振动加速度信号数据为αg；

由于重力沿加速度传感器测量方向上的分力随齿轮转动发生变化，故加速度传感器获得的信号包含低频正弦信号和高频振动加速度信号。通过对加速度传感器获得的信号进行高通滤波即可分离出高频振动加速度信号，本实施例中的高通滤波器采用零相位数字滤波器，具体操作如下：

(21)采集到的主动轮和从动轮的切向振动加速度信号均为离散数字信号，设采样点数为i，设第一加速度传感器采集到的离散数字信号用数组spτ表示，设第二加速度传感器采集到的离散数字信号用数组sgτ表示，spτ、sgτ表示为：

spτ＝[spτ(0)spτ(1)spτ(2)...spτ(i)]^t

sgτ＝[sgτ(0)sgτ(1)sgτ(2)...sgτ(i)]^t

(22)利用零相位数字滤波器对步骤(21)的离散数字信号进行高通滤波，滤波器抽头权系数用数组hx表示，滤波器阶数为n：

hx＝[hx(0)hx(1)hx(2)...hx(n)]^t

根据步骤(21)中的离散数字信号spτ、sgτ分别与步骤(22)中的滤波器抽头权数组hx卷积计算得到主动轮的高频振动加速度信号数据αp和从动轮的高频振动加速度信号数据αg：

(3)根据所述rp和αp计算主动轮1的角加速度信号数据根据所述rg和αg计算从动轮2的角加速度信号数据

(4)设主动轮1的角位移信号数据为θp，设从动轮2的角位移信号数据为θg，根据所述和计算θp和θg：

(5)设齿轮传动误差为dte，根据rbp、rbg、θp、θg计算dte：

dte＝rbpθp-rbgθg。

为了减小装置的占用空间，同时也提高采集信号的准确度，本实施例中的第一加速度传感器11和第二加速度传感器21均为微型加速度传感器。

最后说明的是，以上实施例仅公布了本发明了的较佳实施方式，但并不限于上述实施方式，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。