輪齒嚙合過程扭振檢測(cè)方法研究

張娟娟，馮 浩，趙 浩

（1.杭州電子科技大學(xué)，浙江 杭州 310018；2.嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

輪齒嚙合過程扭振檢測(cè)方法研究

張娟娟1，馮 浩1，趙 浩2

（1.杭州電子科技大學(xué)，浙江 杭州 310018；2.嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

針對(duì)目前齒輪運(yùn)行狀態(tài)及故障檢測(cè)的不足，提出一種測(cè)量齒輪傳動(dòng)裝置輪齒嚙合過程扭振檢測(cè)的方法。在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)輪齒嚙合綜合剛度曲線的變化將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩變化，提出一種采用永磁旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器檢測(cè)輪齒嚙合過程中扭振的方法。闡述傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，為減小齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)外部動(dòng)態(tài)激勵(lì)的影響，動(dòng)力源采用無槽轉(zhuǎn)子、機(jī)械負(fù)載通過串接電抗穩(wěn)流的電磁離合器式測(cè)功機(jī)的方式，并以直齒齒輪為對(duì)象建立輪齒嚙合過程扭振檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。實(shí)際測(cè)量的輪齒嚙合過程扭振波形與理論分析非常相似，證明該方法可行。

齒輪傳動(dòng)；扭振檢測(cè)；角加速度傳感器；實(shí)驗(yàn)分析

0 引 言

齒輪傳動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長、傳動(dòng)比精確，工作可靠，使用的功率、速度和尺寸范圍大等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此成為機(jī)械傳動(dòng)中連接和傳遞動(dòng)力最常用的零部件。齒輪傳動(dòng)裝置廣泛應(yīng)用在機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備，農(nóng)業(yè)機(jī)械，船舶、航空及電力系統(tǒng)等現(xiàn)代工業(yè)中[2]。由于齒輪傳動(dòng)裝置本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣等原因，齒輪及齒輪傳動(dòng)裝置內(nèi)部的零部件極容易受損和出現(xiàn)故障[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)械中80%的故障是由齒輪箱引起的，齒輪、軸、滾動(dòng)軸承的故障占齒輪箱故障的90%以上[4-6]。

對(duì)于齒輪運(yùn)行狀態(tài)的觀察及故障診斷其基礎(chǔ)是基于對(duì)齒輪運(yùn)行過程中振動(dòng)的實(shí)際檢測(cè)，而軸上扭振信號(hào)對(duì)于齒輪運(yùn)行狀態(tài)及故障最為敏感，信噪比高，較適合應(yīng)用于運(yùn)行狀態(tài)觀察及故障的早期發(fā)現(xiàn)[7]。目前，由于受扭振測(cè)量傳感器發(fā)展技術(shù)的限制，對(duì)于齒輪運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)主要通過直線加速度傳感器對(duì)齒輪箱體振動(dòng)的間接檢測(cè)并通過模式識(shí)別方法來辨識(shí)獲取信息，但齒輪箱體的振動(dòng)噪聲診斷方法由于傳遞路徑上的各種信息的融合、調(diào)制及路徑上衰減或放大而把真正反映齒輪運(yùn)行及故障的信息給淹沒了，給運(yùn)行狀態(tài)的觀察與故障診斷帶來困難[8-9]。

對(duì)于扭振測(cè)量目前傳統(tǒng)的方法有：1）是應(yīng)變片式[10]，該方法的傳感器實(shí)質(zhì)是通過應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量振動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以，傳感器體積大，安裝使用不方便，且扭振信號(hào)的傳輸要依靠集電環(huán)或遙感部分，會(huì)產(chǎn)生誤差，很少使用；2）是分度盤式[11]，即在旋轉(zhuǎn)軸上安裝齒輪分度盤，與垂直安裝的渦流電感傳感器結(jié)合使用，通過轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)變化信號(hào)在渦流電感傳感器感應(yīng)信號(hào)來測(cè)量軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)情況，該方法精度低且只適用于低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合；3）是軸角編碼器式[12]，軸旋轉(zhuǎn)時(shí)光柵編碼器輸出脈沖波，通過計(jì)算相鄰兩個(gè)光柵編碼器輸出脈沖所對(duì)應(yīng)的脈寬的差，來計(jì)算相鄰兩個(gè)光柵間的旋轉(zhuǎn)加速度的變化，該方法的輸出值實(shí)質(zhì)是一組離散的信號(hào)，因此，精度不高；也有國內(nèi)外學(xué)者[13-15]采用激光束照射轉(zhuǎn)子表面時(shí)所產(chǎn)生的多普勒頻移效應(yīng)來測(cè)量扭振，但該方法在測(cè)量過程中易受被測(cè)件表面光射的影響，且測(cè)量成本較高。因此，提出一種方便實(shí)用的檢測(cè)齒輪傳動(dòng)過程扭轉(zhuǎn)振動(dòng)情況，并通過對(duì)扭振信號(hào)的分析提取來鑒別運(yùn)行狀態(tài)及故障模式，成為目前被需求者們所追求的方法。

本文以直齒旋轉(zhuǎn)齒輪副為對(duì)象，提出了一種基于永磁旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的測(cè)量齒輪副傳動(dòng)過程產(chǎn)生扭振的方法，所測(cè)得的波形與理論分析比較一致，通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性。

1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

齒輪輪齒嚙合的重合大多不是整數(shù)，所以，嚙合過程同時(shí)參與嚙合的齒對(duì)數(shù)承載時(shí)間而周期變化，因而，輪齒的嚙合綜合剛度是隨時(shí)間周期變化的[16]。此時(shí)，可以把彈性的嚙合輪齒簡化成沿嚙合線方向的時(shí)變彈簧，設(shè)彈簧的剛度為km（t），則相應(yīng)的輪齒嚙合力Fk可表示為

式中yp（t）、yg（t）分別表示主動(dòng)、被動(dòng)齒輪基圓上一點(diǎn)的線振動(dòng)位移。

由此引起的單對(duì)輪齒綜合彈性變形可表示為

圖1 齒輪嚙合過程中彈性變形曲線及綜合剛度

如圖1所示，由于主、被動(dòng)輪齒分別是在齒頂與齒根和齒根與齒頂相互嚙合，在A嚙合開始，D嚙合終止，圖 1（b）中的δp和δg為嚙合區(qū)中的主、被動(dòng)輪齒的變形曲線，因此，疊加后的彈性變形曲線δs如圖 1（b）所示。

圖2 齒輪嚙合過程中的綜合剛度曲線

單對(duì)輪齒的綜合剛度為ks如圖1（c）所示，可以表示為

式中kp、kg分別表示主、被動(dòng)齒輪單個(gè)輪齒的剛度，kp=1/δp，kg=1/δg。

當(dāng)重合度ε分別為1，1.5，2時(shí)，嚙合綜合剛度曲線分別為圖 2 的（a）、（b）、（c）所示。

從上述分析可知，在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，隨著這些嚙合綜合剛度曲線的變化將作為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩的變化，這一扭矩的變化就必然以軸扭振的形式體現(xiàn)在傳動(dòng)軸上，因此，可以通過對(duì)旋轉(zhuǎn)齒輪軸上的扭振檢測(cè)來加以觀察。

2 旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

對(duì)于一個(gè)實(shí)際的存在振動(dòng)轉(zhuǎn)矩（即扭振）的機(jī)械旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，設(shè)原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J、飛輪矩為GD2、轉(zhuǎn)速為n、機(jī)械旋轉(zhuǎn)角速度為Ω，則旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)機(jī)械平衡方程如下式所示：

由上式可知：當(dāng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)存在振動(dòng)轉(zhuǎn)矩（即扭振）時(shí)，將以軸上的旋轉(zhuǎn)加速度或旋轉(zhuǎn)角加速度反映出來，所以，要測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的切向振動(dòng)，傳感器必須對(duì)旋轉(zhuǎn)加速度或旋轉(zhuǎn)角加速度參量敏感。

本文提出的齒輪嚙合過程產(chǎn)生的扭振檢測(cè)方法采用永磁旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，該傳感器的結(jié)構(gòu)圖見圖3，它主要包括輸出繞組①、定子鐵心②、杯形轉(zhuǎn)子③、永磁勵(lì)磁磁鋼④、轉(zhuǎn)子鐵心⑤、和轉(zhuǎn)軸⑥。

圖3 傳感器結(jié)構(gòu)圖

圖4 傳感器工作原理

傳感器工作原理如圖4所示，將永磁勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁通設(shè)為Φ1，其中的轉(zhuǎn)子可以看成是鼠籠條數(shù)目很多的鼠籠轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械恒速運(yùn)行時(shí)，杯型轉(zhuǎn)子也以恒速運(yùn)動(dòng)切割永磁磁通Φ1，則杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生如圖4所示的恒定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e′，此電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流i′，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁通Φ2，此時(shí)，該磁場(chǎng)的磁通Φ2為恒定值，所以磁通Φ2雖與輸出繞組相交鏈，但定子輸出繞組中不會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，即e0=0。如果系統(tǒng)的傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)速度并非恒速，即存在旋轉(zhuǎn)角加速度，則杯型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n就會(huì)存在變化的分量 Δn，即存在 dn/dt≠0（或 dΩ/dt≠0），此時(shí)杯型轉(zhuǎn)子切割恒定磁場(chǎng)Φ1時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出繞組產(chǎn)生的切割電勢(shì)也會(huì)產(chǎn)生變化的分量電勢(shì)Δe′，此電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子變化的分量電流Δi′，該隨時(shí)間變化的電流分量Δi′也會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)分量ΔΦ2，該磁勢(shì)幅值隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)分量ΔΦ2與定子輸出繞組交鏈，從而在定子輸出繞組中產(chǎn)生輸出電勢(shì)e0≠0。

由傳感器測(cè)量原理可知，e0∝ΔΦ2∝Δi′∝Δe′∝Δn∝ΔΩ，即傳感器的輸出繞組的感生電勢(shì)與旋轉(zhuǎn)軸的Δn或ΔΩ成正比，也即與被測(cè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)轉(zhuǎn)矩成正比。因此，該傳感器既是旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，也是旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器。

3 輪齒嚙合過程扭振檢測(cè)實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 齒輪傳動(dòng)裝置扭振檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成

齒輪傳動(dòng)裝置扭振檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成如圖5所示，包括動(dòng)力源（三相異步電機(jī)）：額定轉(zhuǎn)速1 400 r/min，額定電壓380 V，額定電流1.05 A，額定功率370W；聯(lián)軸器；齒輪傳動(dòng)裝置；旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器；負(fù)載為電磁離合器式的測(cè)功機(jī)；顯示測(cè)量結(jié)果的示波器。

圖5 齒輪傳動(dòng)裝置扭振檢測(cè)系統(tǒng)組成圖

由圖可知，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪裝置和傳感器同軸相連，負(fù)載與齒輪裝置也是同軸相連。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，既存在齒輪輪齒產(chǎn)生的內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)，也存在電機(jī)及負(fù)載的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，這些都會(huì)在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸上體現(xiàn)出來。作為齒輪嚙合過程扭振的檢測(cè)，必須盡量減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)及負(fù)載的外部激勵(lì)的影響。

3.2 動(dòng)力源扭振測(cè)量實(shí)驗(yàn)及改進(jìn)

該文采用三相異步電動(dòng)機(jī)，三相對(duì)稱繞組通三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的是圓形磁場(chǎng)，不存在振動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，但由于普通三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是有槽結(jié)構(gòu)，所以，存在轉(zhuǎn)子齒槽諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)驗(yàn)測(cè)量如圖6所示。這一振動(dòng)轉(zhuǎn)矩雖然不大，但對(duì)于齒輪嚙合綜合剛性特性所產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩而言還是很大的，因此，實(shí)驗(yàn)將普通的三相異步電機(jī)的有槽轉(zhuǎn)改換成了無槽轉(zhuǎn)子的三相異步電機(jī)。

圖6 普通電機(jī)的振動(dòng)測(cè)量

針對(duì)兩種電機(jī)運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)情況，用旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和結(jié)果如圖6、圖7所示。從測(cè)量結(jié)果可以看出普通的三相異步電機(jī)在運(yùn)行時(shí)存在很大的振動(dòng)，而無槽轉(zhuǎn)子的三相異步電機(jī)運(yùn)行狀況良好，振動(dòng)特別小。所以在齒輪傳動(dòng)裝置扭振測(cè)量系統(tǒng)中運(yùn)用無槽轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)，有效減小了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)激勵(lì)的影響，從而為更精確地測(cè)量齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)奠定了基礎(chǔ)。

圖7 無槽轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)的振動(dòng)測(cè)量

3.3 機(jī)械負(fù)載扭振的影響分析與選取

在實(shí)驗(yàn)中作為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載有兩種類型，一種是磁粉制動(dòng)器，改變磁粉制動(dòng)器的勵(lì)磁電流即可改變制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但是由于磁粉制動(dòng)器的勵(lì)磁電流直接影響制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，而制動(dòng)器的供電電源是采用電力電子器件，電子開關(guān)的換流及斬波過程產(chǎn)生的電流大小變化將直接影響其輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以，明顯存在振動(dòng)轉(zhuǎn)矩的沖擊；另一種是電磁離合器式的測(cè)功機(jī)，該測(cè)功機(jī)的原理實(shí)際是建立在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割勵(lì)磁磁場(chǎng)而產(chǎn)生電流，電流與勵(lì)磁磁場(chǎng)作用產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在同一轉(zhuǎn)矩的條件下，改變勵(lì)磁磁場(chǎng)大小即可改變負(fù)載大小，雖然建立供電電源也是通過電力電子器件，電子開關(guān)的換流及斬波過程產(chǎn)生的電流大小變化會(huì)影響磁場(chǎng)的波動(dòng)，但它是通過氣隙磁場(chǎng)的變化間接反映到轉(zhuǎn)子上，所以，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)影響明顯減小，通過實(shí)驗(yàn)也看到了這一現(xiàn)象，所以，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用電磁離合器式的測(cè)功機(jī)作為負(fù)載。

3.4 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振測(cè)量實(shí)驗(yàn)及分析

圖8 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)軸的扭振

圖9 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)軸的扭振頻譜圖

圖10 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)從動(dòng)軸的扭振

圖11 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)從動(dòng)軸的扭振頻譜圖

根據(jù)圖5的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電磁離合器式的測(cè)功機(jī)勵(lì)磁控制電流，在三相無槽異步電機(jī)的帶動(dòng)下，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在帶某一負(fù)載時(shí)運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器所測(cè)得的齒輪傳動(dòng)裝置主動(dòng)齒輪軸的瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)情況如圖8所示，頻譜圖如圖9所示。再把旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器安裝在被動(dòng)齒輪軸上，在同一負(fù)載、三相電機(jī)加同一驅(qū)動(dòng)電源的條件下，齒輪系統(tǒng)從動(dòng)軸的扭振測(cè)量結(jié)果如圖10所示，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析，其結(jié)果如圖11所示。

從圖8、圖10的時(shí)域扭振特性可知，其扭振特性的波形與圖2的理論分析波形非常相似，可以證明該方法對(duì)于齒輪輪齒的嚙合過程扭振特性的測(cè)量是切實(shí)可行的。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)分析，提出了用永磁旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器檢測(cè)輪齒嚙合過程扭振的方法；并從減小齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的外部動(dòng)態(tài)激勵(lì)影響的角度出發(fā)，對(duì)動(dòng)力源的三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了無槽轉(zhuǎn)子改造，機(jī)械負(fù)載選用了電磁離合器式測(cè)功機(jī)并通過串接電抗穩(wěn)流的方式；通過實(shí)際測(cè)量，測(cè)得的輪齒嚙合過程扭振波形與理論分析非常相似，證明了該方法的可行性。為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的觀察與故障診斷提供了一種方法和途徑。

[1]徐香翠.齒輪的嚙合彈性變形與弧齒圓柱齒輪修形方法的研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2011.

[2]王衛(wèi)剛，陳仁良，蔡賀新.齒輪減速器在直升機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2010，23（2）：48-50.

[3]楊明，董傳洋，徐殿國.基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的齒輪故障診斷方法綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31（4）：58-63.

[4]陳運(yùn)勝.發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸承的異常振動(dòng)譜特征提取算法[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2016，35（5）：20-23，38.

[5]侯高雁，呂勇，肖涵，等.基于LMD的多尺度形態(tài)學(xué)在齒輪故障診斷中的應(yīng)用[J].振動(dòng)與沖擊，2014，33（19）：69-73.

[6]徐麗霞，黃貞益.軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)問題測(cè)試分析[J].中國測(cè)試，2011，37（1）：21-23.

[7]楊文志，馮志斌，何維娜.傳動(dòng)軸扭矩測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析[J].中國測(cè)試，2015，41（1）：120-123.

[8]邵忍平，李永龍，曹精明.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)損傷檢測(cè)與多故障分類研究[J].振動(dòng)與沖擊，2010，29（9）：185-190.

[9]徐玉秀，趙曉菲，熊一奇.基于傳遞路徑的多級(jí)齒輪箱齒輪裂紋故障識(shí)別[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2016，30（5）：1 018-1024.

[10]趙昌宗.大型汽輪發(fā)電機(jī)組扭振的計(jì)算和測(cè)量[J].東方電機(jī)，2013（6）：55-62.

[11]牛朝蓬.汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭振測(cè)量方法分析[J].山西焦煤科技，2014（s1）：37-39.

[12]REMOND D.Practical performances of high-speed measurement of gear transmission error or torsional vibrations with optical encoders[J].Measurement Science&Technology，1998，9（3）：347-353.

[13]ROTHBERG S，COUPLAND J.The new laser doppler accelerometer for shock and vibration measurement[J].Optics&Lasers in Engineering，1996，25（s4-5）：217-225.

[14]蔣云帆，廖明夫，王四季.航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子扭振測(cè)量新方法[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2013，33（3）：410-415.

[15]丁康，李巍華，朱小勇.齒輪及齒輪箱故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[16]李潤方，王建軍.齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1999.

（編輯：劉楊）

Study on a new torsional vibration detection method for gear meshing process

ZHANG Juanjuan1， FENG Hao1， ZHAO Hao2
（1.Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China；2.Jiaxing University，Jiaxing 314001，China）

This article proposes a method for torsional vibration detection in gear teeth meshing process of gear drive device in order to cover the shortages in gear running state and fault detection.Based on the analysis of gear transmission system dynamics，this article proposes a method fordetecting torsionalvibration in gearing teeth meshing processwith a permanent magnetic rotation(angular)acceleration sensor according to the fundamental analysis that gear teeth composite stiffness curve will generate dynamic torque changes.And the mechanical structure and working principle of the sensor are described.In order to reduce the influence of external dynamic excitation of gear transmission system， slotless rotor is selected as source power and series reactance steady electromagnetic clutch dynamometer is used as mechanical load.In addition，straight gear is taken as the object of the study to establish a torsional vibration measuring system in gear teeth meshing process.Experimental results in practice suggest that torsional vibration waveform in gear teeth meshing process is close to theoretical analysis.The results are presented to demonstrate the practicality and feasibility of the proposed approach.

gear transmission； torsional vibration detection； angular acceleration sensor； experimental analysis

A

：1674-5124（2017）07-0030-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.006

2017-01-19；

：2017-02-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51541507）

張娟娟（1988-），女，河南上蔡縣人，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)閭鲃?dòng)裝置狀態(tài)檢測(cè)與控制。