基于齒輪傳動(dòng)誤差檢測(cè)手段的研究

范銳

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

基于齒輪傳動(dòng)誤差檢測(cè)手段的研究

范銳

（哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 黑龍江哈爾濱 150066）

1 緒論

齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。齒輪傳動(dòng)在我國(guó)的發(fā)展是從漸開(kāi)線齒廓起步的，漸開(kāi)線齒輪在技術(shù)上最成熟，應(yīng)用最具備條件，因而使用也最普遍，并在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，占主導(dǎo)地位。齒輪的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是各類(lèi)齒輪產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。

由于齒輪可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空等眾多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。而齒輪傳動(dòng)誤差的存在是機(jī)械傳動(dòng)鏈中振動(dòng)、噪聲產(chǎn)生的主要原因之一，它包括了動(dòng)態(tài)性能和強(qiáng)度性能等大量信息。因此，如何更精確的檢測(cè)出一對(duì)齒輪的傳動(dòng)誤差就成為檢測(cè)齒輪嚙合質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，所以對(duì)齒輪傳動(dòng)誤差檢測(cè)手段和分析方法的研究就具有更重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1.1 齒輪傳動(dòng)誤差概述

傳動(dòng)誤差反映了整體傳動(dòng)鏈的綜合傳動(dòng)精度，傳動(dòng)誤差主要由減速器的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量決定，本文分析了傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)傳動(dòng)誤差的影響，進(jìn)而歸納出減小傳動(dòng)誤差的措施。

1.2 測(cè)量齒輪傳動(dòng)誤差的方法

測(cè)量齒輪傳動(dòng)誤差的主要方法有：

（1）模擬量測(cè)微法：測(cè)量精度較高，但低頻響應(yīng)較差；

（2）比想法：按傳動(dòng)比分頻，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)非整數(shù)傳動(dòng)比系統(tǒng)的測(cè)量；

（3）數(shù)字統(tǒng)計(jì)法：實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，但分辨率和測(cè)量精度較低。

鑒于，我廠生產(chǎn)的機(jī)型多數(shù)為高頻率、高轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品，且方法1測(cè)量精度較高，因此采用模擬量測(cè)微法來(lái)測(cè)量齒輪傳動(dòng)的誤差。

1.3 減小齒輪傳動(dòng)誤差的措施

①對(duì)減速傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，越靠近輸出軸的齒輪副精度對(duì)齒輪誤差影響越大，因此適當(dāng)提高靠近輸出軸的齒輪副精度，可在相同成本的情況下減小整體傳動(dòng)誤差；②對(duì)增速傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，提高靠近輸入軸的齒輪副精度，可減小齒輪傳動(dòng)的誤差，如圖1所示；③無(wú)論是減速傳動(dòng)還是增速傳動(dòng)，傳動(dòng)比分配按先大后小的原則可減小傳動(dòng)誤差，即減速器應(yīng)在后幾級(jí)集中減速，增速器應(yīng)在前幾級(jí)集中增速。

2 傳動(dòng)誤差計(jì)算、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)分析原理

2.1 齒輪傳動(dòng)誤差檢測(cè)的基本原理

小模數(shù)齒輪是指模數(shù)m≤110mm的齒輪，廣泛應(yīng)用于航空、航天、雷達(dá)及儀器儀表等行業(yè)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。由于在這些精密傳動(dòng)中，通常傳遞的載荷不大，但要求傳動(dòng)誤差小，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，對(duì)其傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)要求較高。

2.2 齒輪傳動(dòng)誤差數(shù)據(jù)的頻譜分析

齒輪傳動(dòng)誤差信號(hào)是一個(gè)隱含周期項(xiàng)的平衡隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)處理分析分為時(shí)域分析和頻域分析；時(shí)域分析包括時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析與相關(guān)分析，頻域分析則是將時(shí)域信號(hào)變換至頻域上去考察，進(jìn)而求出信號(hào)的幅值譜、功率譜等。

2.3 濾波分析

通過(guò)數(shù)據(jù)采集分析得到的誤差數(shù)據(jù)，通常是有多種原因引起的，主要包括以下綜合因素：

（1）嚙合頻率及各次諧波；

（2）隱含成分；

（3）軸速頻率及其低次諧波-由齒輪軸每旋轉(zhuǎn)一周重復(fù)產(chǎn)生的附加脈沖引起；

（4）交叉調(diào)制成分等；

（5）工作機(jī)械對(duì)傳動(dòng)裝置的影響，包括精度、振動(dòng)、噪聲、負(fù)荷特性、與工作可靠性等。

本次分析是以小模數(shù)齒輪的修形面和未修形面，分析時(shí)主要濾去了軸頻和其他因素的影響，保留了齒輪的嚙合頻率，嚙合頻率是齒輪振動(dòng)中最為突出的成分，是齒輪磨損的一個(gè)靈敏度標(biāo)志。圖1為整個(gè)傳動(dòng)誤差檢測(cè)分析系統(tǒng)的框圖。試驗(yàn)時(shí)輸入端電機(jī)轉(zhuǎn)速由調(diào)速器控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)采集信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后可直接獲得不同采樣點(diǎn)輸出軸的傳動(dòng)誤差值。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

齒輪傳動(dòng)誤差主要包括以下誤差：刻度誤差、系統(tǒng)誤差、安裝后誤差等。實(shí)際上誤差曲線是由多種因素綜合作用的結(jié)果，需要改變某種因素來(lái)觀察誤差曲線的變化，才能確定誤差的性質(zhì)和大小。由表1中可以看到，修形前后的齒頻傳動(dòng)誤差幅值已很小，且修形后齒頻傳動(dòng)誤差幅值又明顯減小，測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)計(jì)的結(jié)果，反映了該檢測(cè)系統(tǒng)的高精度和可行性。

表1 齒輪傳動(dòng)誤差的檢測(cè)幅值與理論幅值

3 結(jié)論

采用傳動(dòng)誤差檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)一對(duì)試驗(yàn)齒輪副的傳動(dòng)誤差進(jìn)行了測(cè)量，并通過(guò)濾波技術(shù)將軸頸和齒頻傳動(dòng)誤差進(jìn)行分離。檢測(cè)結(jié)果表明，修行后的承載傳動(dòng)誤差明顯減小，理論值與相應(yīng)的檢測(cè)值比較一致，檢測(cè)值略大于理論值。對(duì)于普通齒輪傳動(dòng)，由于存在制造和裝配誤差，故產(chǎn)生傳動(dòng)誤差，且一般僅由對(duì)嚙合齒反映出來(lái)。

本文主要是采用一種高精度檢測(cè)實(shí)際齒輪傳動(dòng)誤差的方法，并編寫(xiě)了相應(yīng)的采集分析軟件。實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性和準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步改善齒輪的設(shè)計(jì)和加工修形提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為高傳動(dòng)精度要求齒輪副的檢測(cè)提供了一種較為實(shí)用的手段。

4 結(jié)束語(yǔ)

近來(lái)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品連續(xù)發(fā)生多起起與齒輪傳動(dòng)相關(guān)的故障，故障的特征相似，雖然對(duì)故障的原因尚未定性，但從對(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)，切實(shí)保障我廠的產(chǎn)品質(zhì)量，故設(shè)計(jì)出一套對(duì)齒輪傳動(dòng)誤差減速的方案。希望，以此來(lái)減少?gòu)S內(nèi)故障發(fā)生的幾率。

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圖1 傳動(dòng)誤差測(cè)試系統(tǒng)圖

TH132.41

A

1004-7344（2016）01-0301-01

2015-12-20