齿轮动态传动误差高精度测试系统设计与分析

论文摘要

传动误差测试是齿轮检测中十分重要的一项内容,精确测试传动误差对齿轮制造和齿轮动力学研究具有重大意义。本文采用NI的虚拟仪器理论,以高精度的光栅盘为传感器,采用同步定时采样模式,设计正弦脉冲零值增量计数插值法,构建一套高精度的齿轮传动误差测试系统。将小波理论和自适应滤波器结合起来,同时给出一种新的变步长方法,提出小波变换域自适应滤波器理论,并将其应用到传动误差测试中。尝试将盲源分离方法应用到传动误差分析中。给出从传动误差中计算齿轮制造误差的方法。最后对自行设计的齿轮试验箱进行了传动误差和振动的测试,同时对数据进行计算分析。全文主要研究内容如下：(1)分析现有传动误差及其测量装置与方法的不足,设计高精度动态传动误差测量系统。(2)对动态传递误差测试系统的各个部分进行研究,根据高性价比、实用性强和升级方便的要求对各个部分所需要用的设备进行选型,设计可更换齿轮的开式直齿轮试验箱；基于图形化编程语言LabVIEW对系统的软件进行设计,软件采用模块化设计,维护方便,人机界面良好。(3)研究一种小波变换域的新变步长自适应滤波器,给出其详细的推导过程和计算方法,并将其与传统的自适应滤波器进行比较,实验结果说明：此滤波器能过有效的滤除信号中的噪声,具有良好的实用效果。将盲源分离方法应用到传动误差信号分析中来,给出其详细的计算过程。(4)基于齿轮整体误差理论,给出从传动误差数据中计算齿轮制造误差的方法,并详细的叙述计算过程。设计仿真测试系统对计算方法作出仿真验证。(5)构建实际的测试系统,进行齿轮动态传动误差测量和齿轮箱振动测量。实验结果证明：设计与构建的动态传动误差测量系统能够精确的对齿轮传动误差和振动信号进行动态测量,为齿轮动力学研究和齿轮故障诊断提供依据；同时可以较为准确的得到齿轮的几项制造误差,信号处理方法实用、有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 本论文主要研究背景
• 1.2.1 齿轮传动误差概述
• 1.2.2 齿轮传动误差测量方法研究现状
• 1.2.3 齿轮传动误差信号处理研究现状
• 1.3 本论文研究的目的、意义
• 1.4 本论文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 齿轮动态传动误差测试系统设计
• 2.1 测试系统方案
• 2.1.1 测试系统的目的和要求
• 2.1.2 测试方法的选择
• 2.1.3 测试系统信号处理方法的选择
• 2.1.4 测试系统方案
• 2.2 测试系统的硬件设计和选型
• 2.2.1 系统的动力模块设计和选型
• 2.2.2 系统传动模块的设计
• 2.2.3 系统的测控模块的设计和选型
• 2.3 测试系统的软件设计
• 2.3.1 测试系统的软件结构
• 2.3.2 主程序模块
• 2.3.3 运动控制模块
• 2.3.4 传动误差数据采集模块
• 2.3.5 传动误差数据分析模块
• 2.3.6 振动信号数据采集和分析模块
• 2.3.7 数据存储和报表生成模块
• 2.4 测试系统总成
• 2.5 本章小结
• 第三章 齿轮传动误差信号和数据改进处理方法
• 3.1 信号的预处理
• 3.1.1 信号的干扰产生和抗干扰
• 3.1.2 传动误差曲线的平均化
• 3.2 小波变换域的新变步长自适应滤波器
• 3.2.1 自适应滤波器
• 3.2.2 新的LMS变步长方法
• 3.2.3 变换域的自适应滤波
• 3.2.4 小波变换
• 3.2.5 在小波变换域的新变步长自适应滤波
• 3.3 一对齿轮传动误差信号的分离
• 3.3.1 盲信号分离理论原理
• 3.3.2 盲信号分离方法的选择
• 3.3.3 应用盲信号分离方法分量传动误差曲线
• 3.4 齿轮制造误差的分离
• 3.4.1 传动误差曲线的组成
• 3.4.2 传动误差的矢量表示
• 3.4.3 总切向综合误差和一齿切向综合误差计算
• 3.4.4 齿距偏差的计算
• 3.4.5 齿廓偏差的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 齿轮动态传动误差测试系统仿真分析
• 4.1 仿真系统的结构
• 4.2 仿真系统各模块设计
• 4.2.1 参数信号计算发生模块
• 4.2.2 偏差计算模块
• 4.2.3 显示对比模块
• 4.3 算例分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 动态传动误差测试和振动测试实验分析
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验步骤
• 5.2.1 齿轮误差测试
• 5.2.2 振动测试
• 5.2.3 采用转速传感器传动误差测试
• 5.2.4 采用光栅盘进行传动误差测试
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 齿轮误差测试结果
• 5.3.2 振动测试结果
• 5.3.3 采用转速传感器传动误差测试结果
• 5.3.4 采用光栅盘进行传动误差测试结果
• 5.4 实验分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 论文总结
• 6.2 创新点
• 6.3 今后研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果