測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其按照如下步驟：步驟1、在干摩擦和潤滑狀態(tài)下，通過測試系統(tǒng)測量并處理信號，得到一個嚙合周期內(nèi)的主動輪角位移θpd(t)、θpt(t)，從動輪角位移θgd(t)、θgt(t)，輸入扭矩Tp以及輸出扭矩Tg；根據(jù)下式分別求得兩種狀態(tài)下的傳遞誤差：δi(t)＝Rpθpi(t)-Rgθgi(t)，i＝d，t式中，下標(biāo)d和t分別代表干摩擦和潤滑狀態(tài)；Rp和Rg分別為主動輪和從動輪的基圓半徑；步驟2、建立齒輪傳動扭轉(zhuǎn)動力學(xué)模型：其中：Km為一個嚙合周期的綜合嚙合剛度；Ip和Ig分別為主、從動輪的轉(zhuǎn)動慣量；步驟3、通過下式求得齒輪材料的遲滯性阻尼Cd和潤滑狀態(tài)下的嚙合阻尼Ct，并以此求得齒輪嚙合的潤滑阻尼Cr＝Ct-Cd。
【專利說明】測量直齒輪曬合阻尼及其阻尼成分的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機械測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是設(shè)及一種測量直齒輪曬合阻巧及其阻巧成 分的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪是傳遞運動和動力的一種常用機構(gòu)，在機械設(shè)備中占有重要地位。隨著現(xiàn)代 化機械設(shè)備的不斷大型化、復(fù)雜化，齒輪傳動時產(chǎn)生的振動和噪聲問題越來越突出。
[0003] 研究表明齒輪傳動系統(tǒng)的曬合剛度和曬合阻巧是齒輪傳動產(chǎn)生振動和噪聲問題 的重要影響因素。齒輪在傳動時，相曬合的齒面間有相對滑動，發(fā)生摩擦和磨損，增加動力 消耗，降低傳動效率。故而齒輪傳動通常工作在潤滑狀態(tài)下，齒面間的潤滑可W避免金屬直 接接觸，減少摩擦損失，降低振動和噪聲，大大改善了齒輪的工作狀況。因此，輪齒的曬合阻 巧包括齒輪材料的遲滯性阻巧和齒面的潤滑阻巧。齒輪材料的遲滯性阻巧由齒輪的結(jié)構(gòu) 和材料決定；齒輪的潤滑阻巧與潤滑油的潤滑狀態(tài)及油性有關(guān)，設(shè)及粘性流體動力潤滑問 題。齒輪的曬合阻巧及其阻巧成分的影響因素較多，是一個復(fù)雜的非線性問題，很難準(zhǔn)確計 算。然而目前齒輪動力學(xué)模型中采用的曬合阻巧多為恒定的經(jīng)驗阻巧系數(shù)或通過基于潤滑 理論的數(shù)學(xué)模型獲得的阻巧系數(shù)，例如名為"直齒圓柱齒輪動態(tài)曬合剛度的測量方法"（申 請?zhí)?00810017779. 2)、"含損傷性單齒故障圓柱直齒輪曬合剛度仿真分析方法"（申請?zhí)?201010034173.7)所示出的方法，均存在上述缺陷。由于理論模型的建立忽略了很多實際 因素的影響，建立的齒輪曬合的理論模型難免和實際模型之間存在較大誤差，使得理論模 型求解齒輪曬合阻巧的精確性受到一定的限制，進(jìn)一步影響了對齒輪動態(tài)特性的預(yù)測和振 動、噪聲水平的評估。另外，理論模型中沒有考慮到齒輪的曬合阻巧包括齒輪材料的遲滯性 阻巧和齒面的潤滑阻巧而進(jìn)行分別計算，對曬合阻巧的兩大成分缺乏量化認(rèn)識，進(jìn)一步影 響了對齒輪曬合阻巧的合理分配，W及齒輪減振、降噪的優(yōu)化設(shè)計。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要目的是提供一種可精確測量直齒輪曬合阻巧及其阻巧成分的方法，減 少建立的齒輪曬合理論模型和實際模型之間存在的誤差。
[0005] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得W解決的：測量直齒輪曬合阻 巧及其阻巧成分的方法，其特征在于；按照如下步驟：
[0006] 步驟1、在干摩擦和潤滑狀態(tài)下，通過測試系統(tǒng)測量并處理信號，得到一個曬合周 期內(nèi)的主動輪角位移0w(t)、0pt(t)，從動輪角位移0gd(t)、0gta)，輸入扭矩TpW及輸 出扭矩Tg;
[0007] 根據(jù)下式分別求得兩種狀態(tài)下的傳遞誤差：
[000引 5 i (t) = Rp 日 pi (t) -Rg 日 gi (t)，i = d，t
[0009] 式中，下標(biāo)d和t分別代表干摩擦和潤滑狀態(tài)；Rp和Rg分別為主動輪和從動輪的 基圓半徑；
[0010] 步驟2、建立齒輪傳動扭轉(zhuǎn)動力學(xué)模型；
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：按照如下步驟： 步驟1、在干摩擦和潤滑兩種狀態(tài)下，通過測試系統(tǒng)測量并處理信號，得到一個嚙合周 期內(nèi)的主動輪角位移0pd(t)、0pt(t)，從動輪角位移0gd(t)、0gt(t)，輸入扭矩?。灰约拜?出扭矩Tg;根據(jù)下式分別求得兩種狀態(tài)下的傳遞誤差： 8j(t) =Rp 0pi (t) -Rg 0gi (t),i=d,t 式中，下標(biāo)d和t分別代表干摩擦和潤滑狀態(tài)；RjPR8分別為主動輪和從動輪的基圓 半徑； 步驟2、建立齒輪傳動扭轉(zhuǎn)動力學(xué)模型： /e^(t) + C,:式(t) + &5辦）=FO i = d,t 其中：Je = + Km為一個嚙合周期的綜合嚙合剛度 f⑴=(/^pTp + /p?rd)/(/p/^ + 15和I及別為主、從動輪的轉(zhuǎn)動慣量； 步驟3、通過下式求得齒輪材料的遲滯性阻尼Cd和潤滑狀態(tài)下的嚙合阻尼Ct，
式中，下標(biāo)d和t分別代表干摩擦和潤滑狀態(tài)； 并以此求得齒輪嚙合的潤滑阻尼(；=ct-cd。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：步 驟1中，先測量主動輪角位移和從動輪的角位移以及輸入扭矩和輸出扭矩信號，再對測試 信號進(jìn)行預(yù)處理，以一個嚙合周期所轉(zhuǎn)過的角度為間隔截取信號，基于角域同步平均技術(shù) 消除信號中的非周期分量及隨機干擾，獲得干摩擦和潤滑狀態(tài)下一個嚙合周期的主動輪角 位移9pd(t)、0pt (t)和從動輪角位移0gd(t)、0gt (t)以及輸入扭矩Tp和輸出扭矩Tg。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于： 輪齒的嚙合剛度由彎曲剛度Kb，剪切剛度Ks，壓縮剛度Ka和赫茲接觸剛度Kh組成，分別可 由下列公式求得：
式中，E、v分別代表齒輪材料的楊氏模量和泊松比，L為齒寬，a為瞬時嚙合角，a:為 齒輪的壓力角、a2為齒基半角； 一對輪齒的時變嚙合剛度為：
其中，下標(biāo)i代表同時嚙合的輪齒對數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：測試 系統(tǒng)包括包括驅(qū)動裝置（1)、輸入軸（4)、輸出軸（7)、兩個扭矩傳感器（2、9)、兩個角度編碼 器（5、6)、負(fù)載裝置（10)以及一對嚙合齒輪；一對嚙合齒輪包括主動輪（3)和被動輪（8)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于： 測試系統(tǒng)包括齒輪箱（11)、儲油箱（12)、補油箱（13);補油箱（13)的腔體內(nèi)設(shè)活塞，活塞 的驅(qū)動桿連接驅(qū)動缸（14);齒輪箱（11)連通儲油箱（12);儲油箱（12)連通補油箱（13)， 連通管路上設(shè)有第二截止閥（16);補油箱（13)連通齒輪箱（11)底部，連通管路上設(shè)有第 三截止閥（17)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：齒 輪箱（11)內(nèi)設(shè)有油面高度控制裝置（18)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：油 面高度控制裝置（18)包括內(nèi)有空腔的筒體（22)，筒體（22)底端固定于齒輪箱（11)底面， 筒體（22)的空腔底端構(gòu)成齒輪箱（11)連通儲油箱（12)的接口；筒體（22)側(cè)壁上設(shè)置條 形孔（23)，條形孔（23)上端的位置對應(yīng)于試驗系統(tǒng)中油面的最大高度；筒體（22)中設(shè)有 可滑動的滑桿（21)，滑桿（21)外周上至少設(shè)置兩個密封圈并以之與筒體（22)的空腔構(gòu)成 密封連接；在兩個密封圈之間的滑桿（21)側(cè)壁上設(shè)置油孔（24)，油孔（24)與筒體（22)的 空腔底端相通；當(dāng)滑桿（21)在上下極限位置之間移動時，油孔（24)均與條形孔（23)相通， 且條形孔（23)始終處于兩密封圈之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量直齒輪嚙合阻尼及其阻尼成分的方法，其特征在于：固 定筒體（22)底端的齒輪箱（11)底面向下凹陷成槽，槽底設(shè)置排油閥門；油孔（24)向下移 動的極限位置低于齒輪箱（11)底面。
【文檔編號】G01M13/02GK104502095SQ201510002776
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月5日
【發(fā)明者】劉富豪, 蔣漢軍, 湯沛 申請人:鹽城工學(xué)院