范銳

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

基于齒輪傳動誤差檢測手段的研究

范銳

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

1 緒論

齒輪傳動是近代機(jī)器中最常見的一種機(jī)械傳動，是傳遞機(jī)器動力和運(yùn)動的一種主要形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。齒輪傳動在我國的發(fā)展是從漸開線齒廓起步的，漸開線齒輪在技術(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)械傳動設(shè)計(jì)中，占主導(dǎo)地位。齒輪的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是各類齒輪產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。

由于齒輪可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，傳動效率高，使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空等眾多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。而齒輪傳動誤差的存在是機(jī)械傳動鏈中振動、噪聲產(chǎn)生的主要原因之一，它包括了動態(tài)性能和強(qiáng)度性能等大量信息。因此，如何更精確的檢測出一對齒輪的傳動誤差就成為檢測齒輪嚙合質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，所以對齒輪傳動誤差檢測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 齒輪傳動誤差概述

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

1.2 測量齒輪傳動誤差的方法

測量齒輪傳動誤差的主要方法有：

（1）模擬量測微法：測量精度較高，但低頻響應(yīng)較差；

（2）比想法：按傳動比分頻，難以實(shí)現(xiàn)對非整數(shù)傳動比系統(tǒng)的測量；

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

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測量精度較高，因此采用模擬量測微法來測量齒輪傳動的誤差。

1.3 減小齒輪傳動誤差的措施

①對減速傳動來說，越靠近輸出軸的齒輪副精度對齒輪誤差影響越大，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誤差；②對增速傳動來說，提高靠近輸入軸的齒輪副精度，可減小齒輪傳動的誤差，如圖1所示；③無論是減速傳動還是增速傳動，傳動比分配按先大后小的原則可減小傳動誤差，即減速器應(yīng)在后幾級集中減速，增速器應(yīng)在前幾級集中增速。

2 傳動誤差計(jì)算、數(shù)據(jù)采集和信號分析原理

2.1 齒輪傳動誤差檢測的基本原理

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)械傳動系統(tǒng)。由于在這些精密傳動中，通常傳遞的載荷不大，但要求傳動誤差小，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確，對其傳動鏈的設(shè)計(jì)要求較高。

2.2 齒輪傳動誤差數(shù)據(jù)的頻譜分析

齒輪傳動誤差信號是一個(gè)隱含周期項(xiàng)的平衡隨機(jī)信號。隨機(jī)信號處理分析分為時(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)域信號變換至頻域上去考察，進(jìn)而求出信號的幅值譜、功率譜等。

2.3 濾波分析

通過數(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)械對傳動裝置的影響，包括精度、振動、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)傳動誤差檢測分析系統(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，通過計(jì)算機(jī)采集信號并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后可直接獲得不同采樣點(diǎn)輸出軸的傳動誤差值。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

齒輪傳動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誤差幅值已很小，且修形后齒頻傳動誤差幅值又明顯減小，測量結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)計(jì)的結(jié)果，反映了該檢測系統(tǒng)的高精度和可行性。

表1 齒輪傳動誤差的檢測幅值與理論幅值

3 結(jié)論

采用傳動誤差檢測系統(tǒng)對一對試驗(yàn)齒輪副的傳動誤差進(jìn)行了測量，并通過濾波技術(shù)將軸頸和齒頻傳動誤差進(jìn)行分離。檢測結(jié)果表明，修行后的承載傳動誤差明顯減小，理論值與相應(yīng)的檢測值比較一致，檢測值略大于理論值。對于普通齒輪傳動，由于存在制造和裝配誤差，故產(chǎn)生傳動誤差，且一般僅由對嚙合齒反映出來。

本文主要是采用一種高精度檢測實(shí)際齒輪傳動誤差的方法，并編寫了相應(yīng)的采集分析軟件。實(shí)測結(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)，也為高傳動精度要求齒輪副的檢測提供了一種較為實(shí)用的手段。

4 結(jié)束語

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

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圖1 傳動誤差測試系統(tǒng)圖

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1004-7344（2016）01-0301-01

2015-12-20