齿轮传动系统扭振测量试验中圆光栅采样频率的设定方法与流程

本发明广泛涉及齿轮传动系统扭转振动的测量、计算、分析领域，特别涉及一种圆光栅采样频率的合理设定方法。

背景技术：

作为最重要的机械传动形式之一，齿轮传动不断朝着高速、重载的方向发展，其自身的振动噪声问题一直是国内外学者和工程技术人员关注的热点。随着现代工业对产品和设备的安全性、可靠性和舒适性等要求的逐步提高，齿轮传动的振动噪声在某些重要场合所带来的负面效应愈显突出，成为亟待解决的关键问题。

在改进设计齿轮系统的振动噪声的过程中，必不可少地会需要对设计出的齿轮进行振动测量实验，受限于实验测量设备的限制，以往较多实验均是采用加速度计对齿轮支撑轴承处的直线振动进行测量，或是将加速度计贴于轮辐内侧进行周向加速度的等效测量。近年来，随着测量技术的飞跃发展，在齿轮振动测量试验中，越来越多的学者采用高精度圆光栅对齿轮扭转振动进行直接测量，以反映齿轮啮合齿面间的相对振动情况。因齿轮传动系统的振动是经由啮合齿面-轴-轴承-轴承座-箱体进行传递，故直接对齿面间的扭转振动进行测量，对齿面的分析设计、振动抑制有着很好的工程意义。

作为齿轮扭振测量过程中最重要的采样环节，圆光栅信号的采样频率设置环节一直是实验中较为困扰操作人员的问题，尤其是对齿轮扭振机理、测量实验内部原理不是十分清晰明了的实验人员。一般实际操作中均是采取试采的方式进行设定，耗时耗力，尤其是当工况变换后必须重新寻找合适的采样频率。

因此有必要给出一种综合考虑齿轮参数、光栅参数、工况参数以及采集卡内存参数在内的齿轮传动系统扭振测量采样频率合理设定方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种计及齿轮参数、光栅参数、工况参数以及采集卡内存因素的齿轮传动系统扭振测量采样频率计算方法，以便更精确高效地预估合理的圆光栅采样频率，降低对实验操作人员的理论基础要求。

充分利用matlab程序语言的高效便捷特性，在此基础上结合齿轮扭振测量系统的相关准则编制一套合理高效的圆光栅扭振测量采样频率计算程序。

本发明根据齿轮齿数、光栅刻线数、输入转速以及采集数据量等基本参数，再依据采样基本原理对圆光栅每个正弦波信号采集16个数据点的采样原则，建立采样频率的初步试算公式。

本发明将初算得到的采样频率与采集卡内部可供选择的采样频率档位数进行匹配，采取就近原则选定采样频率。

本发明对计算得到的采样频率进行反算验证，并进行必要的调整，以满足采集数据量不溢出采集卡内置内存空间的要求，并最终直接给出圆光栅扭振测量采样频率设定值。

本发明的有益效果：

本发明实现了计及齿轮参数、光栅参数、工况参数以及采集卡内存因素，结合啮合基本原理、振动测量、数据采样相关原理，对齿轮传动系统扭振测量采样频率的快速计算方法，为齿轮扭振测量中高精度圆光栅采样频率设置提供了一种合理有效的快速计算方法。

附图说明

图1为圆柱齿轮传动系统扭振测量布置示意图。

图2为圆光栅采样频率设置计算流程图。

图3为采集卡设置参数输出结果。

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，但本发明的保护范围并不限于此。

1、首先明确需要输入的基本参数，其中包括齿轮参数、光栅参数、工况参数以及采集卡内存参数，各输入参数符号的含义如表1所示，齿轮扭振测量布置示意图见图1。

表1

2、依据表1输入的各参数，分别通过式(1)和式(2)计算低速齿轮和高速齿轮对应的圆光栅所需要的采样频率，其中圆光栅单个正弦波信号中采样16个数据点。

由于齿面相对扭转振动测量中，需要保持高速齿轮与低速齿轮数据采集点的同步性，因此必须统一采样频率，即将采样频率设为f1和f2中的较大者——max(f1,f2)。

3、将max(f1,f2)与圆光栅采集卡内部固有的采集频率分布进行对比，依据式(3)取得最靠近max(f1,f2)的采样频率fd。

fd＝max{f1,f2}+min{abs([fc]-max{f1,f2})}(3)

其中，abs为取绝对值函数；min为取最小值函数。

4、将fd代入式(4)中进行圆光栅采集卡内存验证，以防止溢出最大内存数据量，如溢出，则提示减小采集圈数l的设定数值，直至满足式(4)要求。

综上所述，归纳本发明提出的齿轮传动系统扭振测量试验中圆光栅采样频率的设定方法，其计算流程可以表示为图2，首先读取测试齿轮相关参数以及实验系统相关参数，通过式(1)、(2)计算低/高速齿轮对应圆光栅的所需采样频率，取两者中的较大者，再根据采集卡内置的采样频率分布情况，依据式(3)取得靠近采集卡分布频率fc的的采样频率fd，以式(4)标准判定圆光栅内存卡是否溢出，如果溢出则减小采集圈数，直至满足内存需求，最终输出齿轮传动系统扭振测量试验中圆光栅的合理采样频率。

实施例

为验证本发明的切实可行性，对该方法进行实例计算并进行合理性验证。

实例中采用的圆光栅型号为海德汉eod280(与高速齿轮相连)、ron886(与低速齿轮相连)；配套采集卡为阿尔泰pci8514，内存128mb，内置频率分布[fc]为[0.05；0.1；0.2；0.5；1；2；5；10；20；40；80]*10⁶hz；其余参数具体见表2，表2为实例计算参数数值。

表2

计算结果如图3所示，采样频率为40mhz，通过反算验证单个正弦波里包含的数据点为17和21个，均大于16个；总采样长度1.55e6，小于3.0e7；均符合计算依据要求，故该方法合理有效。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。