一种齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法与流程

1.本发明属于齿轮箱性能测量技术领域，更具体地说，是涉及一种齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法。


背景技术：

2.在汽车零部件研发和生产领域，需要频繁对零部件的性能进行测试，尤其是新产品开发期间，更是需要频繁进行测试。齿轮箱齿轮啮合刚度性能是判断齿轮箱齿轮性能的重要指标，因此，需要对汽车齿轮箱齿轮产品进行啮合动态测试。而现有技术中，没有涉及齿轮箱齿轮啮合性能测试的装置和方法。
3.现有技术中有名称为“行星齿轮箱太阳轮渐变点蚀时变啮合刚度分析方法”、公开号为“107677438a”的技术，该技术以行星齿轮箱中极易损坏的太阳轮为对象，针对其轮齿上的渐变点蚀，将其点蚀分为早期点蚀和扩展性点蚀两个阶段；针对不同程度的点蚀导致的轮齿受力及其变形，基于势能法，推导出太阳轮点蚀故障时的时变啮合刚度计算方法；在此基础上，可精确分析渐变点蚀的动力学特性和振动响应。然而，该技术没有涉及本技术的技术问题和技术方案。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，能够方便可靠实现齿轮箱齿轮啮合刚度测量，通过扭矩与角度编码器的输出信号支持高采样率采集，确保测量结果更加准确，并且满足于不同型号和产品的变速箱的测量，拆装方便的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置。
5.要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
6.本发明为一种齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，输出端测功机连接输出端扭矩传感器，输出端扭矩传感器通过输出端联轴器连接齿轮箱输出端，齿轮箱安装在齿轮箱支架上，齿轮箱输出端安装输出端角度编码器，输入端测功机连接输入端扭矩传感器，输入端扭矩传感器通过输入端联轴器连接齿轮箱输入端，齿轮箱输入端安装输入端角度编码器，输出端扭矩传感器和输入端扭矩传感器分别连接扭矩信号转换器，扭矩信号转换器连接数据采集部件，输出端角度编码器和输入端角度编码器分别连接数据采集部件。
7.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输出端轴承座，输出端轴承座位于齿轮箱支架和输出端测功机之间位置，胀紧套连接在输出端轴承座上，所述的胀紧套一端连接输出端联轴器，胀紧套另一端连接中间联轴器，中间联轴器连接齿轮箱输出端。
8.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输入端轴承座，输入端轴承座安装在齿轮箱支架上，输入端联轴器一端连接输入端测功机，输入端联轴器另一端连接输入端轴承座，输入端轴承座连接齿轮箱输入端。
9.所述的齿轮箱支架包括水平部和垂直部，水平部和垂直部设置为呈l型结构。
10.所述的齿轮箱安装在齿轮箱支架的垂直部上，半轴连接件一端连接中间联轴器，
半轴连接件另一端连接齿轮箱输出端。
11.所述的数据采集部件连接数据采集计算机。
12.所述的输出端测功机、输入端测功机、齿轮箱支架、输出端轴承座均固定安装在装置底座上。
13.所述的输出端连接轴连接第一法兰，第一法兰连接胀紧套一端，胀紧套另一端连接第二法兰，第二法兰连接半轴连接件一端。
14.所述的齿轮箱安装在齿轮箱支架的垂直部位置，输入端联轴器活动穿过输入端轴承座和齿轮箱支架的垂直部后连接齿轮箱输入端。
15.所述的扭矩信号转换器和数据采集部件安装在装置底座上。
16.本发明涉及一种步骤简单，能够方便可靠实现齿轮箱齿轮啮合刚度测量，通过扭矩与角度编码器的输出信号支持高采样率采集，确保测量结果更加准确，并且满足于不同型号和产品的变速箱的测量，拆装方便的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法(啮合刚度测量方法)。
17.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法的测量步骤为：
18.s1.通过控制输出端测功机和输入端测功机，达到齿轮箱齿轮啮合测量设定的扭矩与转速，输出端测功机控制转速，输入端测功机控制扭矩，转速与扭矩稳定后开始记录数据；
19.s2.通过控制输入端测功机，将齿轮箱输入端的扭矩由正扭矩变为负扭矩，当齿轮箱的负扭矩和转速稳定后，停止记录数据；通过输出端角度编码器测量齿轮箱输出端的角度信号，通过输入端角度编码器测量齿轮箱输入端的角度信号；
20.s3.所述的测量为齿轮箱齿轮啮合刚度测量时，定义角度差a为输出端角度编码器的角度信号与齿轮箱传动比相乘后减去输入端角度编码器的角度信号，绘制齿轮箱输入端扭矩与角度差的曲线；斜率k1与k2为齿轮箱正反齿面的啮合刚度数据；
21.s4.重复上述步骤，测量三次后，检查数据有效性，有效性满足要求结束测量，否则重新测量，直到有效性满足要求为止。
22.三组测试的数据一致性较好，测试结果满足理论曲线。则表明一致性满足要求。如果某一组数据和另外两组数据对比时差异性较大，则表明该组数据异常，则需要重新测量，直到获得一致性较好的数据。
23.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量所需的齿轮箱输入端角度信息通过输入端角度编码器测量获得；齿轮箱输出端角度信息通过输出端角度编码器测量获得；齿轮箱输入端扭矩信息通过输入端扭矩传感器测量获得；齿轮箱输出端扭矩信息通过输出端扭矩传感器测量获得。
24.所述的数据采集部件对输出端角度编码器、输入端角度编码器、输出端扭矩传感器、输入端扭矩传感器的信号进行采集；输出端扭矩传感器和输入端扭矩传感器的信号通过扭矩信号转换器将频率信号转换为模拟量再传输给数据采集部件，数据采集部件反馈给数据采集计算机。
25.所述的齿轮箱输入端的转速控制在180rpm-220rpm，齿轮箱输入端的扭矩控制在70nm-90 nm。
26.采用本发明的技术方案，工作原理及有益效果如下所述：
27.本发明所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，
附图说明
28.下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
29.图1为本发明所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置的结构示意图；
30.图2为本发明所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置进行动刚度动态测量后绘制的齿轮箱输入端扭矩与角度差的曲线示意图；
31.附图中标记分别为：1、输出端测功机；2、输出端扭矩传感器；3、输出端联轴器；4、第一法兰；5、输出端轴承座；6、胀紧套；7、第二法兰；8、中间联轴器；9、输出端角度编码器；10、半轴连接件；11、齿轮箱；12、输入端轴承座；13、输入端联轴器；14、输入端扭矩传感器；15、输入端测功机；16、装置底座；17、数据采集部件(数采前端)；18、扭矩信号转换器；19、输入端角度编码器；20、齿轮箱支架；21、数据采集计算机；22、水平部；23、垂直部。
具体实施方式
32.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
33.如附图1-附图2所示，本发明为一种齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，输出端测功机1连接输出端扭矩传感器2，输出端扭矩传感器2通过输出端联轴器3连接齿轮箱11输出端，齿轮箱11安装在齿轮箱支架20上，齿轮箱11输出端安装输出端角度编码器9，输入端测功机15连接输入端扭矩传感器14，输入端扭矩传感器14通过输入端联轴器13连接齿轮箱11输入端，齿轮箱11输入端安装输入端角度编码器19，输出端扭矩传感器2和输入端扭矩传感器14分别连接扭矩信号转换器18，扭矩信号转换器18连接数据采集部件17，输出端角度编码器9和输入端角度编码器19分别连接数据采集部件17。上述结构，针对现有技术中的不足，提出改进的技术方案。本发明的测量装置用于齿轮箱齿轮啮合刚度的测量，测量所需的齿轮箱输入端角度信息通过输入端角度编码器测量；齿轮箱输出端角度信息通过输出端角度编码器测量；输入端扭矩信息通过输入端扭矩传感器测量；输出端扭矩信息通过输出端扭矩传感器测量，扭矩传感器的信号通过扭矩信号转换器将频率信号转换为模拟量，再传输给数据采集前端(数据采集部件)；通过数据采集前端对角度编码器和扭矩传感器的信号进行采集。该测量通过输入端测功机控制扭矩，输出端测功机控制转速。本发明所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，能够方便可靠实现齿轮箱齿轮啮合刚度测量，通过扭矩与角度编码器的输出信号支持高采样率采集，确保测量结果更加准确，并且满足于不同型号和产品的变速箱的测量，拆装方便。
34.采用本发明的测量装置进行齿轮箱齿轮啮合刚度的测量时，测量步骤为：通过控制输出端测功机1和输入端测功机15，达到齿轮箱11齿轮啮合刚度测量设定的扭矩与转速，输出端测功机1控制转速，输入端测功机15控制扭矩，转速与扭矩稳定后开始记录数据；通过控制输出端测功机1，将齿轮箱11输出端的扭矩由正扭矩变为负扭矩，当齿轮箱11的负扭矩和转速稳定后，停止记录数据；通过输出端角度编码器9测量齿轮箱11输出端的角度信号，通过输入端角度编码器19测量齿轮箱11输入端的角度信号；定义角度差a为输出端角度
编码器9的角度信号与齿轮箱11传动比相乘后减去输入端角度编码器19的角度信号，绘制齿轮箱11输入端扭矩与角度差的曲线；斜率k1与k2为齿轮箱11正反齿面的啮合刚度数据；重复上述步骤，测量三次后，检查数据的有效性，有效性满足要求结束测量，否则重新测量，直到有效性满足要求为止。这样，方便可靠完成测量。
35.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输出端轴承座5，输出端轴承座5位于齿轮箱支架20和输出端测功机1之间位置，胀紧套6连接在输出端轴承座5上，所述的胀紧套6一端连接输出端联轴器3，胀紧套6另一端连接中间联轴器8，中间联轴器8连接齿轮箱11输出端。上述结构，输出端轴承座5可靠实现输出端测功机连接。
36.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输入端轴承座12，输入端轴承座12安装在齿轮箱支架20上，输入端联轴器13一端连接输入端测功机15，输入端联轴器8另一端连接输入端轴承座12，输入端轴承座12连接齿轮箱11输入端。上述结构，输入端轴承座可靠连接在齿轮箱支架上。而输入端测功机的动力可靠实现传递和控制。
37.所述的齿轮箱支架20包括水平部22和垂直部23，水平部22和垂直部23设置为呈l型结构。所述的齿轮箱11安装在齿轮箱支架20的垂直部9上，半轴连接件10一端连接中间联轴器8，半轴连接件8另一端连接齿轮箱11输出端。这样，实现部件之间的可靠连接。
38.所述的数据采集部件17连接数据采集计算机21。上述结构，数据采集部件17用于采集数据，而采集的数据反馈给数据采集计算机。
39.所述的输出端测功机1、输入端测功机15、齿轮箱支架20、输出端轴承座5均固定安装在装置底座16上。上述结构，输出端测功机1、输入端测功机15、齿轮箱支架20、输出端轴承座5均固定在安装在装置底座16，实现可靠安装，并且根据需要也可以拆卸。
40.本发明所述的测量装置中，所述的输出端连接轴3连接第一法兰4，第一法兰4连接胀紧套6一端，胀紧套6另一端连接第二法兰7，第二法兰7连接半轴连接件10一端。所述的齿轮箱11安装在齿轮箱支架20的垂直部23位置，输入端联轴器3活动穿过输入端轴承座5和齿轮箱支架20的垂直部23后连接齿轮箱11输入端。所述的扭矩信号转换器18和数据采集部件17安装在装置底座16上。
41.本发明涉及一种步骤简单，能够方便可靠实现齿轮箱齿轮啮合刚度测量，通过扭矩与角度编码器的输出信号支持高采样率采集，确保测量结果更加准确，并且满足于不同型号和产品的变速箱的测量的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法。
42.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法的测量步骤为：
43.s1.通过控制输出端测功机1和输入端测功机15，达到齿轮箱11齿轮啮合测量设定的扭矩与转速，输出端测功机1控制转速，输入端测功机15控制扭矩，转速与扭矩稳定后开始记录数据；
44.s2.通过控制输出端测功机1，将齿轮箱11输出端的扭矩由正扭矩变为负扭矩，当齿轮箱11的负扭矩和转速稳定后，停止记录数据；通过输出端角度编码器9测量齿轮箱11输出端的角度信号，通过输入端角度编码器19测量齿轮箱11输入端的角度信号；
45.s3.所述的测量为齿轮箱齿轮啮合刚度测量时，定义角度差a为输出端角度编码器9的角度信号与齿轮箱11传动比相乘后减去输入端角度编码器19的角度信号，绘制齿轮箱11输入端扭矩与角度差的曲线；斜率k1与k2为齿轮箱11正反齿面的啮合刚度数据；
46.s4.重复上述步骤，测量三次后，检查数据有效性，有效性满足要求结束测量，否则
重新测量，直到有效性满足要求为止。
47.所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量所需的齿轮箱11输入端角度信息通过输入端角度编码器9测量获得；齿轮箱11输出端角度信息通过输出端角度编码器19测量获得；齿轮箱11输入端扭矩信息通过输入端扭矩传感器2测量获得；齿轮箱11输出端扭矩信息通过输出端扭矩传感器14测量获得。上述步骤，方便可靠获得相应的信息。
48.所述的数据采集部件对输出端角度编码器9、输入端角度编码器19、输出端扭矩传感器2、输入端扭矩传感器14的信号进行采集；输出端扭矩传感器2和输入端扭矩传感器14的信号通过扭矩信号转换器18将频率信号转换为模拟量再传输给数据采集部件17，数据采集部件17反馈给数据采集计算机21。所述的齿轮箱11输入端的转速控制在180rpm-220rpm，齿轮箱11输出端的扭矩控制在70nm-90 nm。
49.本发明的测量装置用于齿轮箱齿轮啮合刚度的测量，测量所需的齿轮箱输入端角度信息通过输入端角度编码器测量；齿轮箱输出端角度信息通过输出端角度编码器测量；输入端扭矩信息通过输入端扭矩传感器测量；输出端扭矩信息通过输出端扭矩传感器测量，扭矩传感器的信号通过扭矩信号转换器将频率信号转换为模拟量，再传输给数据采集前端(数据采集部件)；通过数据采集前端对角度编码器和扭矩传感器的信号进行采集。该测量通过输入端测功机控制扭矩，输出端测功机控制转速。
50.上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法，其特征在于：所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法的测量步骤为：s1.通过控制输出端测功机(1)和输入端测功机(15)，达到齿轮箱(11)齿轮啮合测量设定的扭矩与转速，输出端测功机(1)控制转速，输入端测功机(15)控制扭矩，转速与扭矩稳定后开始记录数据；s2.通过控制输入端测功机(1)，将齿轮箱(11)输入端的扭矩由正扭矩变为负扭矩，当齿轮箱(11)的负扭矩和转速稳定后，停止记录数据；通过输出端角度编码器(9)测量齿轮箱(11)输出端的角度信号，通过输入端角度编码器(19)测量齿轮箱(11)输入端的角度信号；s3.所述的测量为齿轮箱齿轮啮合刚度测量时，定义角度差a为输出端角度编码器(9)的角度信号与齿轮箱(11)传动比相乘后减去输入端角度编码器(19)的角度信号，绘制齿轮箱(11)输入端扭矩与角度差的曲线；斜率k1与k2为齿轮箱(11)正反齿面的啮合刚度数据；s4.重复上述步骤，测量三次后，检查数据的有效性，有效性满足要求结束测量，否则重新测量，直到有效性满足要求为止。2.根据权利要求1所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法，其特征在于：所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法使用的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置的输出端测功机(1)连接输出端扭矩传感器(2)，输出端扭矩传感器(2)通过输出端联轴器(3)连接齿轮箱(11)输出端，齿轮箱(11)安装在齿轮箱支架(20)上，齿轮箱(11)输出端安装输出端角度编码器(9)，输入端测功机(15)连接输入端扭矩传感器(14)，输入端扭矩传感器(14)通过输入端联轴器(13)连接齿轮箱(11)输入端，齿轮箱(11)输入端安装输入端角度编码器(19)，输出端扭矩传感器(2)和输入端扭矩传感器(14)分别连接扭矩信号转换器(18)，扭矩信号转换器(18)连接数据采集部件(17)，输出端角度编码器(9)和输入端角度编码器(19)分别连接数据采集部件(17)。3.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法，其特征在于：所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量所需的齿轮箱(11)输入端角度信息通过输入端角度编码器(9)测量获得；齿轮箱(11)输出端角度信息通过输出端角度编码器(19)测量获得；齿轮箱(11)输入端扭矩信息通过输入端扭矩传感器(2)测量获得；齿轮箱(11)输出端扭矩信息通过输出端扭矩传感器(14)测量获得。4.根据权利要求3所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的数据采集部件对输出端角度编码器(9)、输入端角度编码器(19)、输出端扭矩传感器(2)、输入端扭矩传感器(14)的信号进行采集；输出端扭矩传感器(2)和输入端扭矩传感器(14)的信号通过扭矩信号转换器(18)将频率信号转换为模拟量再传输给数据采集部件(17)，数据采集部件(17)反馈给数据采集计算机(21)。5.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的齿轮箱(11)输入端的转速控制在180rpm-220rpm，齿轮箱(11)输出端的扭矩控制在70nm-90 nm。6.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输出端轴承座(5)，输出端轴承座(5)位于齿轮箱支架(20)和输出端测功机(1)之间位置，胀紧套(6)连接在输出端轴承座(5)上，所述的胀紧套(6)一端连接输出端联轴器(3)，胀紧套(6)另一端连接中间联轴器(8)，中间联轴器(8)连接齿轮箱(11)输出端。
7.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置还包括输入端轴承座(12)，输入端轴承座(12)安装在齿轮箱支架(20)上，输入端联轴器(13)一端连接输入端测功机(15)，输入端联轴器(8)另一端连接输入端轴承座(12)，输入端轴承座(12)连接齿轮箱(11)输入端。8.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的齿轮箱支架(20)包括水平部(22)和垂直部(23)，水平部(22)和垂直部(23)设置为呈l型结构。9.根据权利要求6所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的齿轮箱(11)安装在齿轮箱支架(20)的垂直部(9)上，半轴连接件(10)一端连接中间联轴器(8)，半轴连接件(8)另一端连接齿轮箱(11)输出端。10.根据权利要求1或2所述的齿轮箱齿轮啮合刚度测量装置，其特征在于：所述的数据采集部件(17)连接数据采集计算机(21)。

技术总结
本发明属于齿轮箱性能测量技术领域的齿轮箱齿轮啮合动态测量方法。齿轮啮合刚度动态测量时，定义角度差A为输出端角度编码器(9)的角度信号与齿轮箱(11)传动比相乘后减去输入端角度编码器(19)的角度信号，绘制齿轮箱(11)输入端扭矩与角度差的曲线；斜率K1与K2为齿轮箱(11)正反齿面的啮合刚度数据。本发明的齿轮箱齿轮啮合刚度动态测量方法，能够方便可靠实现齿轮箱齿轮啮合刚度测量，通过扭矩与角度编码器的输出信号支持高采样率采集，确保测量结果更加准确，并且满足于不同型号和产品的变速箱的测量，拆装方便。拆装方便。拆装方便。


技术研发人员：张赟 许涛 徐郡哲
受保护的技术使用者：吉孚动力技术（中国）有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/28