[发明专利]一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法，属于齿轮传动精度测量技术、精密测试技术、仪器和机械传动技术领域。

背景技术

齿轮是机械、航天、船舶等行业应用最为广泛的基础传动元件之一，它不仅能够传递动力、还可以实现传动系统的减速、增速及变向等功能，在设备中起着关键作用。进入新世纪以来，伴随着汽车、风电、高铁等领域的高速发展，我国齿轮行业取得了巨大的进步。齿轮以其传动平稳、工作可靠及效率高等优异的性能备受人们的青睐，随着工业水平的提高，人们对齿轮性能的要求也越来越高，齿轮正朝着高精度、高转速、较大的承载能力的方向发展。齿轮作为基础且重要的传动件，其质量直接影响主机的运动精度、振动、噪声、寿命等指标，其工作性能的好坏直接影响着传动系统的传动质量，已成为迫切需要研究和解决的问题。

齿轮测量技术是齿轮设计、加工和使用的重要纽带，通过测量获取齿轮的误差性质，指导加工和使用，是解决齿轮的承载能力、传递效率、振动噪音等问题的重要手段。在齿轮单项几何形状误差测量中,每项误差都需要单独进行测量,并且这些单项误差的测量一般都需要专用的仪器。这些检测仪器和设备不是精度较低、操作复杂、人为因素大，就是设备昂贵、环境高、操作人员技术水平要求高,甚至很多技术被国外的公司和科研单位所垄断。静态传动误差测量是在齿轮传动过程中,以一定的间隔,静止的测量小轮和大轮的转角,并相比较。这种方法是间断的,没有考虑实际工况中的动载、惯性和变刚度的影响,和实际情况有比较大的差距。由于齿轮与传动系统中各个零件的形状、误差、弹性变形以及负载存在着密切的联系，整个传动系统内各个零件的几何形状与弹性与误差变形相互传递、相互影响。仅以齿轮几何学、运动学研究成果为基础的齿轮静态精度来评价齿轮的性能，已不能满足考虑以齿轮动力学研究成果为基础的齿轮动态精度的要求。

在既能满足高速测量又满足能低速测量条件的宽频响范围系统中，在模拟不同工况下，获得的齿轮动态传动误差可以很好预测齿轮的动态性能。齿轮动态传动误差测试系统需要具有较宽的频响范围,能够测试高速和低速条件下的齿轮传动误差。因此，这类齿轮动态传动误差测试系统需要具有可以在较宽范围内调速的驱动设备,以及能够控制的加载设备,用来模拟不同工况下的传动误差测试,从而为齿在实现传动误差测试功能的基础上,应该尽可能的实现多功能化。由于齿轮传动误差与齿轮的振动和噪声有着直接的关系,所以齿轮动态传动误差测试系统需要有精度较高的振动和噪声测试装置,同时要有进行模态测试的相关设备。齿轮动态传动误差测试系统需要具有良好的重复性,在多次的实验下应该能够得到一致或者相近的数据结论。

1970年以黄潼年先生为代表的中国齿轮专家在世界上首次提出了齿轮整体误差概念，并在齿轮单面啮合测量的基础上，提出了“单面啮合间齿测量法”，进而发明了齿轮整体误差测量技术。测量时标准齿轮与被测齿轮的实际重合度小于1，在非单齿啮合区不会出现多于一对齿面同时参与啮合的情况，能分辨误差曲线上的点是由前一个齿面还是后一个齿面的误差引起的。整体误差测量过程中“跳牙”蜗杆和被测齿轮轴上分别装有高精度的圆光栅，通过这两路圆光栅信号可以获得间齿单啮条件下的传动误差曲线。测出了完整的齿廓运动误差曲线，得到了比TE曲线所包含的的误差信息更为全面的齿轮整体误差曲线，获得了传统的单啮测量不能得到齿廓偏差、齿距偏差等分析式的测量结果。

本发明针对静态传动误差量没有考虑误差与工况相互耦合作用的影响，而动态传动误差测量设备结构复杂且极易受测量环境干扰的问题，提出了一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法。

发明内容

为了克服静态传动误差量没有考虑误差与工况相互耦合作用的影响而动态传动误差测量设备结构复杂且极易受测量环境干扰的问题，本发明提供了一种基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法，可以更加准确的获得齿轮的动态传动误差。

基于齿轮整体误差的动态传动误差预测方法是以利用整体误差测量技术获得齿轮的整体误差数据为基础，考虑误差与工况相互耦合作用，构建了齿轮动态传动预测的非线性动力学预测模型。首先，在根据齿轮啮合传动原理构建的坐标系，利用齿轮整体误差测量数据，获得齿轮静态传动误差。然后，利用数值求解的方法获得预测模型的动态位移。最后利用齿轮误差的相互作用原理，合成了齿轮动态传动误差。该方法既能适用复杂环境的要求，又能满足考虑误差与工况相互耦合作用的要求。本结合图1至图5，发明所采用的方法内容包括：