[发明专利]直齿圆柱齿轮动态啮合刚度的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机械测量技术领域，涉及对齿轮啮合刚度的测量。具体的说是一种测量齿轮啮合过程中动态啮合刚度的方法，可用于对齿轮设计的指导。

背景技术

业内周知，齿轮传动由于具有平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等特点，在工业领域得到了广泛的应用。

随着齿轮传动向高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率、低噪声、低成本、标准化、多样化的方向发展，以及有一些精密机器和仪表仪器本来就对精度有较高的要求，很需要确定主动轮和从动轮之间刚度变化的范围，确定传动偏差，以便采取更好的措施，实现更加准确的传动。

在以振动理论为基础的现代齿轮系统动力学中，轮齿啮合的刚度激励是齿轮系统振动的主要原因之一。由于刚度激励是其物体本身所固有的特性，这样，即使在外载荷为零或常量的情况下，系统也会因刚度激励而产生振动。因此，研究刚度激励及其与齿轮系统动态持性的关系，对改进齿轮传动系统的设计有其重要的作用。国内学者对此有较深入的描述，例如，李润方，王建军(1997)，齿轮系统动力学一书中对上述理论进行了深入的研究。王玉新，柳扬，王仪明在机械振动，26(1)(2002)，发表“考虑啮合时变刚度和传递误差的齿轮振动分析”的文章中，用多尺度方法研究了考虑轮齿时变刚度和静态传递误差激励的齿轮系统的动态特性，给出了系统在不同激励频率下系统稳态响应的求解方法，以及系统稳态解的解析表达式；最后，用数值方法对解析法分析的结果进行了验证。经研究发现，由于齿轮时变啮合刚度和静态传递误差的共同作用，导致系统产生多频响应，说明齿轮时变啮合刚度是系统产生多频响应的一个重要因素。王春光，常山，李应生(2005)，在“行星齿轮啮合刚度对其振动特性的影响.热能动力工程，20(4)：414-416”的文章中，对行星啮合刚度对其振动特性的影响进行了分析，分析结果表明，啮合刚度对两个旋转模态、两组位移模态和两个行星模态的固有特性影响较大；根据啮合应变能分布，可以清楚地了解啮合刚度变化对于系统固有特性的影响。Kahraman，Blankenship(1996)，“Gear dynamics experiments part-II：effect ofinvolute contact ratio.In ASME Power transmission and Gearing Conf，SanDiego，California”以动态传递误差表征齿轮系统动态特性，通过实验研究了齿轮付的受迫响应，说明了啮合刚度的时变幅值和重叠系数对系统动态特性有极重要的影响。Ozguven，Houser(1988)，“Dynamic analysis of high speed gears by using loadsstatic transmission error.J Sound Vib，125：71-83”建立了一对齿轮付单自由度非线性分析模型，采用分段线性方法计算了啮合过程、轮齿力、动载系数和动态传递误差等。这些研究表明，由时变啮合刚度产生的位移激励对系统的影响更大。

目前，齿轮啮合刚度的获取方法主要有两种，一是基于弹性力学、材料力学或振动力学经典的力学原理，通过建立数学模型来推导齿轮啮合时的刚度，由于理论模型的建立忽略了很多实际因素的影响，因此，建立的齿轮啮合的理论模型难免和实际模型之间存在较大误差，使得理论模型求解齿轮啮合刚度的精确性受到了一定的限制。二是直接测量啮合齿轮啮合时表面的正压力，根据K＝F/x求得齿轮的啮合刚度，但这种方法需要在齿轮轮齿的表面埋入压电传感材料破坏轮齿的结构，使得齿轮传动与实际相比出现偏差，测得的齿轮啮合刚度的准确性差。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种直齿圆柱齿轮动态啮合刚度的测量方法，以在保证齿轮不被破坏条件下的准确测量。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于我们自身开发的测试平台，结合分析计算模型推导出了计算齿轮传动系统动态啮合刚度精确值的公式，并利用计算机强大的数据处理软件，实现渐开线直齿圆柱齿轮啮合刚度的精确测量，具体过程如下：

A.测量并标定被测齿轮的几何尺寸和形位公差；

B.将待测的主动齿轮和被动齿轮安装到测试台上，并调整该被测齿轮的同轴度；

C.控制测试台驱动电机(1)匀速输出，并通过测试台上的两个编码器(5、6)和扭矩传感器(7)，分别测定出在稳定状态下主动齿轮和被动齿轮的各点的输出角度和测试台输出端动态摩擦力矩，并定义被测主动齿轮和被动齿轮的传动误差公式为：