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齿轮综合滚动检测控制方法及软件doc

类别:行业新闻   发布时间:2019-10-28 14:00   浏览:

  齿轮归纳滚动检测操纵方式及软件 郭晓东,张洪利,张卫青,王 戈,黄 刚 (重庆理工大学 重庆 400054) 摘要 行使于坐蓐现场的齿轮筛选修造多采用双面啮合衡量道理,其检测结果蕴涵齿轮摆布两齿面的创修差错新闻,不行直接响应齿轮副单面啮当令传动质料,常显露检测结果与利用结果不相仿的处境。针对这一题目,探索了齿轮归纳滚动查抄操纵方式,将齿轮双面啮当令径向归纳谬误检测与齿轮单面啮当令的振动噪声检测联结,归纳评议齿轮副的啮合传动质料;管理了齿轮归纳滚动查抄机中自愿对齿、自愿侧隙包管、电封锁耦合加载、自愿检测等合头技艺;斥地了齿轮归纳检测测试与阐发软件,行使于天津第一机床总厂的YKZ9932齿轮归纳滚动查抄机中。通过检测实习剖明,采用这种归纳滚动检测方式更能全部响应被测齿轮的啮合传动质料。 合头词 齿轮 传动质料 滚动查抄 软件斥地? Composite Rolling Test Control Method of Gear and Software Guo Xiaodong,Zhang Hongli,Zhang Weiqing,Wang Ge,Huang Gang (Chongqing University of Technology,Chongqing 400054) Abstract Principle of double-flank gear measuring is usually adopted by gear screening equipment in workshop. The real quality of gear transmission cannot be obtained because of the test result containing manufacture error in both sides of tooth. To solve this problem, a new type of gear comprehensive roll testing method is developed, by which the quality of gear transmission can be comprehensively evaluated. The key techniques, such as automatically aligning tooth, automatic backlash adjust, electric closed coupling loading, measuring and analysis have been solved. The complement software is developed, which is applied on YKZ9932 machine made by Tianjin No.1 Machine Tool Works. According to the test result, the gear transmission quality was reflected more systematically by use this new method. Key words Gear Transmission quality Roll test Software development 0 幼引 齿轮是航空航天、交通、冶金工业、船舶、汽车等呆板传动体系中的重心零部件之一,齿轮啮合的传动质料、使命寿命及牢靠性是其传动本能的要紧影响要素。近年来,国内汽车创修企业日益珍重齿轮的传动质料,对齿轮传动质料的归纳检测提出了更高的条件。以是,正在齿轮创修经过中务必采纳有用的方式归纳检测齿轮的精度品级和传动质料[1-3]。美国、德国、日本等工业荣华国度正在该范围积蓄了富厚的履历,其齿轮归纳检测的妙技较多[4]。如德国的Simens和Hommel、美国的ITW和Gleason以及日本的OSAKA等公司都斥地了斗劲成熟的齿轮归纳检测配备。 目前国内用于坐蓐现场的齿轮筛选修造平日为齿轮双面啮合仪,其仅能对齿轮副作无侧隙啮当令的核心距改动量举办衡量,凭据盘算取得齿轮副的径向归纳谬误对齿轮的精度品级举办决断[5]。因为径向归纳谬误蕴涵了摆布两侧齿面归纳谬误的因素,故而不行确定单侧齿面的谬误,也不行直观响应齿轮使命时的形态。以是良多处境下无法对齿轮的使命本能及也许存正在的题目举办进一步的阐发[6]。鉴于这一处境,本文正在古代齿轮双面啮合检测道理的底子上,探索斥地了一种齿轮归纳滚动查抄机及归纳检测软件。齿轮归纳滚动查抄机通过两方面的测试归纳判定齿轮的使命本能,一方面可对齿轮的径向归纳谬误举办检测,判定其精度品级,另一方面给齿轮副施加转速及扭矩,检测其啮合使命时的振动和噪声处境。以是,探索齿轮归纳滚动查抄机变得尤为要紧,对付现实坐蓐拥有庞大而深远的意旨[7]。 1 齿轮滚动查抄机的合头技艺 1.1 机床的构成及使命道理 为了完成齿轮的归纳检测效力,打算了如图1所示的齿轮滚动查抄机,机床囊括三个部门:呆滞部门,运动操纵部门以及数据搜聚与阐发部门。呆滞部门由三个运动模块构成,个中囊括两个主轴2和10分歧驱动圭臬齿轮7和被测齿轮6转动,蕴涵一个滑板机构9,滑板上有一个双层的弹簧机构。衡量齿轮副的径向归纳谬误时,可使全数圭臬齿轮驱动模块浮动。运动操纵部门蕴涵西门子828D数控体系、两个主轴伺服电机11(C1)、1(C2)和一个直线轴(简称X轴)伺服电机12。两主轴伺服电机通过数控体系的主从耦合操纵给齿轮副施加转速与转矩,直线轴伺服电机通过滚珠丝杠策动滑板沿齿轮径向运动,用于操纵齿轮副的核心距。数据搜聚与阐发部门囊括工业PC机、传感器及数采装配。核心距改动量信号采用光栅衡量,齿轮副啮当令的振动信号采用加快率传感器衡量,噪声信号采用传声器衡量。光栅信号以及振动噪声信号分歧采用海德汉的IK220数采卡和研华的PCI-1714数采卡搜聚。搜聚的各样信号传入PC机通过齿轮归纳检测软件阐发处罚。 图1 滚动查抄机示企图 1.2 数控体系与PC机的通讯 由1.1可知机床蕴涵一台数控体系和一台工业PC机,分歧用于检测时的运动操纵及各样信号的搜聚与阐发。以是检测时数控体系与工业PC须要举办信号相易以配合使命。两者的通信采用OPCUA完成。OPCUA是一套诈欺微软的SOA (基于面向任事的架构) 技艺竣工工业自愿化材料获得的架构,它为硬件创修商与软件斥地商供应了一条桥梁,透过硬件厂商供应的 OPCUA Server 接口,软件斥地者不必研究各项区别硬件间的分歧,便可自硬件端获得所需的新闻[5]。 OPCUA的通讯道理如图2所示,西门子828D数控体系上安设了一个OPCUA组件,通过该组件构修了一个OPCUA任事器,任事器中定造的硬件接口中蕴涵了NCK的通道数据、驱动数据、轴数据和PLC各数据块及I/O口的新闻等。PC机上的测试软件通过汇集与OPCUA任事器修树相连后,便可从定造接口探访任事器上的各样数据,完成数据的读、写与监控。 图2 OPCUA通讯道理图 为了使得操作轻便,测试经过中的数据输入输出均通过PC机上的齿轮归纳检测软件完工。检测软件中输入的齿轮参数、检测参数(衡量项目、转速、转矩、侧隙等)最先要通过OPCUA写入到数控体系的R参数中;然后数控体系实施预设的模板标准并移用R参数操纵机床举办检测;检测经过中的进度新闻再通过OPCUA任事器发送到PC机;检测软件通过进度新闻操纵信号搜聚装配搜聚信号并举办阐发处罚。 1.3 测试经过中的对齿与侧隙操纵 测试经过中调度齿轮的核心距时,两个齿轮也许会显露顶齿的情景,以是测试起首时,最先须要举办对齿操作。自愿对齿采用用西门子数控体系固定停效力,如图3所示。 最先操纵X轴向圭臬核心距目标搬动,使圭臬齿轮亲密被测齿轮。运动经过中检测X轴驱动电机电流,当驱动电机电流赶上额定电流的20%,且此时X轴未抵达盘算的圭臬核心距地位,决断为顶齿。操纵X轴使得圭臬齿轮畏缩肯定隔断,并操纵圭臬齿轮转动肯定角度后赓续进入,直到X轴达到圭臬核心距地位,且电机电流未到额定电流20%时,则以为对齿胜利。齿轮副的圭臬核心距可按下式盘算: (1) 式中:为模数,为螺旋角,为圭臬齿轮齿数,为被测齿轮齿数,为核心距改动系数。 径向谬误 径向谬误 振动噪声 Y N N Y 起首 操纵主动轮亲密被动齿轮 电机电流是否赶上额定电流%20 两轮是否抵达 圭臬核心距 齿轮顶齿,操纵X轴畏缩 操纵主动轮赓续向核心距目标搬动, 直至电流抵达额定电流的%20 衡量径向谬误 照旧振动噪声 操纵圭臬齿轮畏缩一半的弹簧压缩量 使两齿轮摆脱双面啮合处于单面啮合形态 图3 自愿对齿流程图 举办操纵测试时,最先操纵圭臬齿轮赓续亲密被测齿轮,直至X轴电机电流抵达额定电流的20%,可能为两齿轮两侧均已接触,且滑板上的弹簧浮动机构已全体压缩。若是要举办径向归纳谬误测试,则此时操纵圭臬齿轮畏缩一半的弹簧压缩量使得圭臬齿轮前后均可浮动[8]。如举办振动噪声的衡量,则此时操纵圭臬齿轮畏缩至弹簧压缩量为,使得两齿轮摆脱双面啮合处于单面啮合形态。 衡量振动噪声时,必必要包管非使命面不会互相接触,当负载抵达最大时仍有足够的侧隙。以是须要调度齿轮之间的侧隙,包管齿轮单面啮合。主动轮由无侧隙啮合到侧隙啮当令径向总畏缩量的的表达式为: (2) 式中:为弹簧压缩量,为X轴电机20%电流下的体系沿X轴目标的弹性变形,为包管侧隙圭臬齿轮的径向畏缩量。 图4 齿轮径向位移与侧隙的合联 齿轮径向位移与法向侧隙的合联如图4所示,个中为分度圆半径(用示意),为一半齿厚(用示意)。则与之间的夹角,则可示意为: (3) 1.4 主从耦合加载 滚动查抄机对齿轮的振动噪声举办衡量时,须要模仿齿轮使命时的运行处境,以是须要正在齿轮副上施加肯定得载荷。转矩的施加可能采用呆滞、液压、电等多种造动方式。可是这些方式转矩施加不正确,且耗能高。 本文采用的方式是诈欺主轴伺服电机的主从耦合操纵举办电封锁加载。主从耦合加载道理如图5所示,修树两主轴电机耦合,圭臬齿轮驱动电机为主动,被动齿轮驱动电机为从动。主动电机使命正在地位操纵形式,按数控指令设定的正确地位及速率运转,其使命时现实的地位、转速、电贯通过衡量装配反应并与设定值斗劲完成地位及速率的闭环操纵。从动电机以速率操纵办法按主动轴电机速率除耦合传动比扈从主动电机运转。通过扭矩储积操纵器可分派主从电机的负载电流,使得主从电机之间形成格表内扭矩。另一方面两个伺服电机各驱动一个齿轮运行,两齿轮互相啮合产朝气械耦合。其使命时的负载电流反应到扭矩储积器与设定的分派电流斗劲,通过PI操纵器完成加载扭矩的闭环操纵。 图5 操纵机合图 2 齿轮归纳滚动查抄测试软件打算 2.1 软件模块打算 齿轮归纳滚动查抄机的检测软件采用模块式机合以便于效力的扩展,软件的模块构成如图6所示。 衡量软件效力算法模块参数输入模块数据输出模块 衡量软件 效力算法模块 参数输入模块 数据输出模块 齿轮参数输入 衡量参数输入 精度参数输入 信号搜聚 信号处罚 图像绘造 质料评判 输入参数保留 测试结果输出 报表打印 软件总体囊括三个模块:参数输入模块、齿轮衡量效力模块和数据输出模块。参数输入模块用于输入测试所需的齿轮参数,测试参数以及齿轮的精度及本能参数。齿轮衡量效力模块首要四部门效力:(1)凭据输入的参数天生机床检测运动操纵的NC标准;(2)举办信号搜聚装配的初始化及搜聚完毕后的数据获取;(3)对搜聚的信号以及阐发处罚的数据举办图像的绘造;(4)举办信号的后处罚取得齿轮各测试项目标测试结果,并对其精度品级、及格与否作出判定。数据输出模块首要完工输入数据的保留,测试信号及结果的存储以及报表打印。三个模块严密相联组成全数软件体系。 2.2 软件界面打算 为了操作简单,测试软件界面采用精练的单文档机合如图7所示,主界面囊括三个部门:上部的菜单栏和用具栏,左部的数据输入栏以及右部的测试结果主窗口。 图7 衡量主界面 用户通过菜单栏和用具栏可完成输入参数的保留和读取、衡量结果的保留和读取、衡量结果报表打印、与数控体系联机、时域信号显示、频谱阐发、阶次信号显示等效力。 参数输入栏采用树形属性页输入测试所需的各样参数,首要有三类:(1)齿轮基础参数,囊括:齿数、模数、压力角、螺旋角、变位系数、齿面宽等,首要用于盘算齿轮副的圭臬核心距、盘算侧隙包管畏缩量、判定被测齿轮径向谬误精度品级等。(2)检测参数,首要是修树检测项目,修树检测时的转速、转矩、检测岁月等载荷参数。(3)本能条件参数,首要是设定衡量项目标差错限,北京pk10官方注册网站注册送好礼个中囊括:径向归纳谬误评定圭臬、精度品级、噪声分贝限值、振动阶次幅值限值等凭据限值软件可自愿判定齿轮是否及格。 测试结果窗口用于显示径向归纳谬误、振动和噪声信号的时域信号及频域信号的图像结果。为便于从结果图像中呈现齿轮存正在的题目,个中频域信号可能分歧以频率、啮合阶次或圭臬齿轮转速行动横坐标。全面的图像可能举办限度放大处罚,同时赞成鼠标取值。 2.3 检测流程打算 检测的流程如图8所示,最先正在软件中输入圭臬齿轮及被测齿轮参数,本能条件参数并修树检测项目及工况。保留数据并举办参数合理性查抄,若参数输入分歧理,软件输出毛病新闻。将参数下载到数控体系。将圭臬齿轮及被测齿轮安设正在滚动查抄上,按下衡量起首按钮检测起首。 检测时首前辈行自愿对齿操作;对齿完毕,判定检测项目;若同时举办径向归纳谬误和振动噪声测试,则按依序前辈行径向归纳谬误测试。检测经过中,每项测试完毕,软件会自愿显示搜聚到的时域信号。检测完毕可通过软件界面阐发、打印及保留检测结果。 单齿侧测试 单齿侧测试 双齿侧测试 同时衡量 Y N 起首 输入被测齿轮和 衡量齿轮参数 检测输入参数是否毛病 输出毛病新闻 数据保留并下载到数控体系 安设齿轮并 自愿对齿 举办双面啮合测试,转速安闲后搜聚光栅信号 左齿侧单面啮合测试,转速安闲后搜聚振动噪声信号 软件显示原始信号图像 软件阐发、打印以及结果保留 判定振动噪声测试的齿侧 右齿侧单面啮合测试,转速安闲后搜聚振动噪声信号 振动噪声测试 判定检测项目 图8 检测流程图 3 检测数据处罚 3.1 径向归纳谬误数据处罚 凭据国度圭臬径向归纳总谬误界说为[5][8]:正在径向(双面)归纳检查时,产物齿轮的摆布齿面同时与衡量的齿轮接触,并转过一整圈时显露的核心距最大值和最幼值之差。设衡量径向归纳谬误时,采样点数为,搜聚的原始信号存储正在数组中,则通过探求数组中的最大值和最幼值后取其差值取得: (4) 一齿径向归纳谬误是当产物齿轮啮合一整圈时,对应一个角齿距()的径向归纳谬误最大值。正在举办数据处罚时,最先应求出齿轮转过一个角齿距内搜聚取得的信号点数: (5) 式中:为衡量径向谬误时的采样频率,为齿轮的啮合频率。可由下式求得: (6) 式中:为主动轮转速,为圭臬齿轮齿数。之后举办两次轮回探求。第一次轮回探求对数组举办,寻得一个角齿距内径向谬误弧线的峰峰值存入数值,探求次数。 (7) 第二次轮回探求对举办,寻得一齿径向归纳谬误最大值: (8) 3.2 振动噪声信号处罚 齿轮啮合经过形成振动和噪声的强弱及其蕴涵的首要频率因素与齿轮的运转形态有亲近合联[89]。振动的强弱平日用加快率传感器的加快率信号的均方根值示意,噪声的幅值平日用传声计的声压信号转化为分贝值示意,声压级的表达式为: (9) 式中:的单元为;为声压有用值,单元为;为有用参考声压。的声压级为圭臬化额定听阙,常示意为人均匀能听到的1000HZ的最轻音响。 (10) 人耳对音响的反映拥有非线性性格和频率相干性格,这意味着对响度的感到不行全体由声压级或它的谱来描写,以是可通过声记权评议音响的客观气量与人的主观感到之间的合联[910]。IEC651-79圭臬章程了A、B、C三种声信号计权函数,A计权声级被说明是人耳对声压主观反映的极好校正,以是是目前寰宇上噪声衡量中行使最寻常的一种。A记权相当于用40方的等响度弧线(颠倒)去校正频响,记权弧线 A记权校正弧线 A记权校正经过如下:最先对声压原始信号做FFT(神速傅里叶变换),然后通过A记权对声压信号的阶次幅值举办校正,校正后举办傅里叶反变换,诈欺公式(9)可求出A记权校正后的噪声分贝值。 齿轮检测经过中,若被测齿轮存正在打算缺陷或打击,其振动噪声信号的能量分散或频率因素就会发作变革[1011]。通过FFT(神速傅里叶变换)举办频域阐发,或许获取齿轮传动本能的新闻和数据。 衡量振动噪声时,采样频率为,采样点数 为,主动轮转速为,齿轮的啮合频率为: (11) 举办振动噪声数据搜聚时,凭据频率辨别率的区别,可将频率轴(频谱上的秤谌轴)分为四种显示办法,个中囊括阶次显示、频域显示、主动轮转频显示以及被动轮转频显示。 当频率轴的显示办法为频率时,频率辨别率为: (12) 当显示办法为阶次时,须要对频率辨别率从头盘算,盘算公式如下: (13) 当显示办法为主动轮转频时,盘算公式如下: (14) 当显示办法为被动轮转频时,盘算公式如下: (15) 通过对频率轴区别显示办法的切换,或许对齿轮的传动本能做出归纳评判。 4 实习验证 基于以上探索与天津第一机床总厂笼络斥地了YKZ9932齿轮归纳滚动查抄机(见图10),正在该机床上以一对15X61的减速器齿轮副为例,举办径向归纳谬误与振动噪声的检测实习。 图10 YKZ9932数控滚动查抄机 齿轮副的基础参数如表1所示: 表1 减速器用齿轮基础参数 圭臬齿轮 被测齿轮 齿数z 61 15 法向模数 2.5 2.5 法向压力角 20 20 螺旋角 30.5 30.5 变位系数 -0.393 0.16 精度品级 5 7 螺旋目标 左旋 右旋 个中检测径向归纳谬误转速为10rpm,衡量振动噪声转速为600rpm,转矩均为3Nm。检测取得齿轮副的径向归纳谬误信号,及摆布齿面的振动噪声信号。径向归纳谬误弧线,其限度放大弧线所示。通过径向谬误弧线或许取得被测齿轮的径向归纳总谬误,其精度品级为7级精度;一齿径向归纳谬误,其精度品级为7级精度。 图11 径向谬误弧线 径向谬误弧线限度放大图 对径向归纳谬误信号举办幅值相位谱阐发如图13所示,径向归纳谬误正在一阶啮合频率处的幅值较大,并随啮合阶次的扩大按序消重,这分析齿轮啮合的噪声和振动首要由单齿齿形齿距差错导致的传动差错所惹起 [1112],以是可通过阶次幅值的极度判定齿轮正在加工中存正在的齿形精度题目。一阶啮合频率之前存正在的幅值高点正在被测齿轮的转频处,这分析被测齿轮存正在斗劲大的偏疼。 图13 径向归纳谬误信号幅值相位谱 对振动、噪声信号作幅值相位谱阐发,如图14、图15所示为驱动面(左齿面)的阐发结果,可见其振动与噪声正在一阶啮合频率左近的幅值最大,随阶次增高幅值消重,但受机床其它传动零件及表界滋扰影响,其噪声幅值消重不明明啮合阶次左近显露调幅情景,这也分析齿轮轴线相对付转动核心存正在肯定的谬误。这两点均与径向谬误的阐发结果相仿。图15和16为倒车面(右齿面)振动和噪声信号幅值相位谱,其二阶啮合频率处幅值比一阶高,这分析被测齿轮倒车面存正在啮合极度,径向归纳谬误和振动噪声的测试结果存正在谬误。以是应将径向归纳谬误与振动噪声的衡量结果合系起来,归纳评议其啮合本能。YKZ9932齿轮归纳滚动查抄机目前已正在国内某汽车厂参加利用。 图14 驱动面(左齿面)振动信号幅值相位谱 图15 驱动面(左齿面)噪声信号幅值相位谱 图16 倒车面(右齿面)振动信号幅值相位谱 图17 倒车面(右齿面)噪声信号幅值相位谱 5 结论 本文探索了齿轮归纳滚动检测操纵方式,将齿轮双面啮当令径向归纳谬误检测与齿轮单面啮当令的振动噪声检测联结,归纳评议齿轮副的啮合传动质料。并正在此底子上斥地了齿轮归纳滚动查抄测试软件,诈欺该软件正在斥地的YKZ9932齿轮数控滚动查抄机长进行了检测实习。实习结果剖明:径向归纳谬误和振动噪声的测试结果均能肯定水平上响应齿轮的啮合性格新闻,但各自也存正在肯定缺欠。径向归纳谬误检测不行将齿轮两面的啮合特质分散;振动噪声检测结果则易受表界滋扰。以是应将三者的检测结果联结,本领更全部评定齿轮的传动本能。本文的探索正在齿轮产物的精度批量检测以及传动质料的操纵方面拥有优秀的行使代价。 参考文件: [1]汤洁, 石映照. 齿轮双面啮合多维衡量体系的动态性格[J]. 北京工业大学学报, 2012, 38(11). [2] Arteta M P, Mazo J S, Cacho R A, Arjol G A. Double Flank Roll Testing Machines Intercomparison for Worm and Worm Gear[J]. Procedia Engineering, 2013, 63: 454-462. [3]王同祥, 马勇, 娄志峰,等.超慎密圭臬齿轮径向归纳谬误测试体系的探索[J].呆滞传动, 2011, 35:5-8. [4]王锴, 刘波, 管晓光,等.一种齿轮双面啮合衡量体系的打算[J]. 创修技艺与机床, 2011, (6):96-98. [5]常笑浩, 刘更, 吴立言. 齿轮归纳啮合差错盘算方式及对体系振动的影响[J]. 呆滞工程学报, 2015, (1):123-130. [6]石映照, 鹿晓宁, 陈昌鹤,等. 面齿轮单面啮合衡量仪的研造[J]. 仪器仪表学报, 2013, 34:2715-2721. [7] Ernie Reiter ,Fred Eberle. Practical Considerations for the Use of Double-Flank Testing for the Manufacturing Control of Gearing[J]. Technical,2014,44-51. [8] [8] 天下齿轮圭臬化技艺委员会.GB-T 10095.2-2008.径向归纳谬误与径向跳动的界说何应承值[S].北京:中国圭臬出书社,2008. [89] 徐磊, 陈兵奎, 吴长鸿,等. 齿轮传动振动噪声试验体系研造[J]. 呆滞传动, 2011, 35:57-60. [910] 周修星, 刘更, 马尚君. 内鞭策效用下齿轮箱动态反响与振动噪声阐发[J]. 振动与打击, 2011, 30(6):234-238. [1011] 童双双, 李宏坤, 周立廷. 基于振动噪声信号的齿轮传动体系声压级预测[J]. 噪声与振动操纵, 2009, 29:117-120. [1211] 徐爱军, 邓效忠, 张静,等. 时标信号正在螺旋锥齿轮振动与噪声衡量中的行使[J]. 中国呆滞工程, 2012, 23(23):2847-2851. 作家简介:郭晓东(1961),四川射洪人,教诲,首要从事锥齿轮传动技艺、繁复曲面零件智能化创修与检测技艺的探索.邮箱:xdguo@. 通信作家简介:张卫青(1983),男,帮理探索员,从事齿轮打算、创修及检测技艺的探索.通信所在:重庆市巴南区红光大道69号重庆理工大学汽车零部件前辈创修技艺培养部中心实习室,邮编400054。邮箱:. 基金项目资帮: 国度天然科学基金项目资帮, 重庆市教委项目资帮(KJ1400929), 重庆市探索生科研改进项目资帮(CYS14192).