專利名稱：一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)的制作方法
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明專利涉及一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，特別是關(guān)于齒輪動(dòng)態(tài)中高速傳動(dòng)誤差的精密測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)界的很多檢測與實(shí)驗(yàn)已證實(shí)振動(dòng)、噪聲和傳動(dòng)誤差有著直接的聯(lián)系，如果不進(jìn)行傳動(dòng)誤差測試，就很難對振動(dòng)和噪聲進(jìn)行研究和控制。而目前的傳動(dòng)誤差測試系統(tǒng)通常在低速、空載下進(jìn)行，把傳動(dòng)系統(tǒng)作為一個(gè)理想的，沒有振動(dòng)的系統(tǒng)進(jìn)行測試。而在高速工況下，目前的傳動(dòng)誤差測試系統(tǒng)還不能達(dá)到準(zhǔn)確測試要求。
目前國內(nèi)關(guān)于傳動(dòng)誤差測量儀器的現(xiàn)狀是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)對測試數(shù)據(jù)處理的軟件功能方面大大增強(qiáng)，CAT技術(shù)發(fā)展迅速。TE檢測很多使用計(jì)算機(jī)作為輔助測試的手段。在計(jì)算機(jī)盛行的今天，許多直接將計(jì)算機(jī)用作測試過程的新儀器在市面上屢見不鮮，許多系統(tǒng)直接在Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行，大大地提高了儀器的多功能性和方便性。而根據(jù)測量系統(tǒng)處理信號(hào)的特點(diǎn)，可將其分為兩大類，模擬比相法和數(shù)字法。模擬比相法將兩路正弦信號(hào)按傳動(dòng)比分頻比相以確定傳動(dòng)誤差值，因此難以實(shí)現(xiàn)對非整數(shù)傳動(dòng)比系統(tǒng)的測量，并存在相位翻轉(zhuǎn)問題，雖然此種方法沒有最高測量轉(zhuǎn)速的限制，但在數(shù)字化的今天已不再適用，因此不作過多介紹。數(shù)字法實(shí)現(xiàn)方法簡單，雖然測試最高轉(zhuǎn)速受傳感器信號(hào)傳輸速率限制，但儀器可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性都很好，CAT程度高，是目前測試儀器的主流。數(shù)字法也可以分為兩種，一種是具有傳統(tǒng)的傳感器、上位機(jī)、下位機(jī)模式，還有一種是基于傳感器一采集卡一微機(jī)模式，也就是目前常用的虛擬儀器的一種。如華中理工大學(xué)賓鴻贊教授開發(fā)的“傳動(dòng)誤差測量與控制的新型硬件、軟件系統(tǒng)”采用Pentium工控機(jī)作為上位機(jī)，適用于工業(yè)現(xiàn)場，運(yùn)算速度高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和提供Windows平臺(tái)；測量控制接口卡對位置測量與電機(jī)控制的功能，采用高速單片機(jī)和GAL技術(shù)，具有高速信號(hào)處理能力、 光柵信號(hào)的細(xì)分辯向功能和信號(hào)整形等抗干擾能力。加上光柵檢測元件、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。
另外目前國內(nèi)很少有關(guān)于高速傳動(dòng)誤差測試的相關(guān)文獻(xiàn)和產(chǎn)品，國外雖然有檢測高速傳動(dòng)誤差的設(shè)備，但價(jià)格太高(如T20機(jī)床為40多萬美元)，很難做到廣泛應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到高速工況下，對齒輪傳動(dòng)誤差進(jìn)行準(zhǔn)確測試的要求，本發(fā)明提供一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，包括一測試用電腦，適于承載采集卡和信號(hào)處理功能，該測試電腦包括至少一輸出裝置，將控制信號(hào)輸出；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圓光柵、光柵軸套、光柵讀數(shù)頭、接線盒和數(shù)據(jù)采集卡；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括變頻器、變頻電機(jī)、齒輪箱、程控電源和磁粉制動(dòng)器。3
—種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，動(dòng)力裝置使用“變頻器+籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(專用變頻電動(dòng)機(jī))”的交流調(diào)速方式。它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率大為提高、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、減小電源系統(tǒng)容量、為了達(dá)到高速工況下，對齒輪傳動(dòng)誤差進(jìn)行準(zhǔn)確測試的要求，本發(fā)明提供一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，包括一測試用電腦，適于承載采集卡和信號(hào)處理功能，該測試電腦包括至少一輸出裝置，將控制信號(hào)輸出；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圓光柵、光柵軸套、光柵讀數(shù)頭、接線盒和數(shù)據(jù)采集卡；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括變頻器、變頻電機(jī)、齒輪箱、程控電源和磁粉制動(dòng)器。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，動(dòng)力裝置使用“變頻器+籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(專用變頻電動(dòng)機(jī))”的交流調(diào)速方式。它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率大為提高、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、減小電源系統(tǒng)容量、設(shè)備小型化、增加舒適性。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，加載裝置使用的是“磁粉制動(dòng)器+程控電源”的加載變載方式。磁粉制動(dòng)器是一種性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件。它以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達(dá)到控制制動(dòng)或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。其輸出轉(zhuǎn)矩與激磁電流呈良好的線性關(guān)系而與轉(zhuǎn)速或滑差無關(guān)，并具有響應(yīng)速度快結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。該型磁粉制動(dòng)器支持聯(lián)軸節(jié)式安裝方式，并可以使用水冷的冷卻方式。而WLK-5B程控電源支持“通信” “遙控” “手動(dòng)”三種控制方式。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了方便拆卸和調(diào)換齒輪的開式齒輪箱，并設(shè)計(jì)了偏心套結(jié)構(gòu)，所謂偏心套結(jié)構(gòu)，是指一個(gè)外徑中心和內(nèi)徑中心不重合，距離相差了 Imm (不包括工差)的套筒。在實(shí)際安裝操作中，可以通過旋轉(zhuǎn)此偏心套，來實(shí)現(xiàn)一對嚙合齒輪中心距離的調(diào)整。齒輪中心距可調(diào)，可以模仿多種安裝誤差。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，選用的光柵盤是美國GSI公司生產(chǎn)的Mirco System系列的圓光柵(Rotary Scale),此光柵具有16384條刻線，不加裝細(xì)分電路的話，每轉(zhuǎn)可以輸出16384個(gè)正弦波，分辨率為 2:τ/16384 = 3.8350e-004弧度。他可以輸出兩路正弦波，幅值為IV (±5%)，波長為20 m ，相位差為π 2。此光柵盤自帶編碼器(Encoder)，此讀數(shù)頭使用的是15針D-Sub接口，接口形式與RS232相同，但是使用的協(xié)議方式不同，在使用的時(shí)候重新定義接口，為編碼器進(jìn)行供電和數(shù)據(jù)傳輸。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了可以裝配到輪軸上的，方便光柵盤裝卸的光柵套筒。套筒上具有螺絲，與螺盤相配合。光柵盤套在套筒上，正反面都有軟墊保護(hù)， 可以防止磨損和擠壓。套筒與軸是間隙配合，使用玻璃膠粘結(jié)。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了可以承載和方便調(diào)節(jié)讀數(shù)頭高度的滑軌直ο
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，采用了聯(lián)想原裝整機(jī)和NI公司的PCI系列型號(hào)數(shù)據(jù)采集卡，采集卡高速模式采樣率可達(dá)到2. 5 M / s，可以達(dá)到高速采樣的要求。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，采用的是N I的接線盒對光柵讀數(shù)頭進(jìn)行供電，采用差分接入(內(nèi)芯接信號(hào)電平，外芯接參考電平)屏蔽信號(hào)線和SMB接頭接入數(shù)據(jù)采集卡。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，采用彈性柱銷聯(lián)軸器連接各個(gè)部件。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，采用Iabview軟件完成信號(hào)采集存儲(chǔ)和控制功能。
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，采用串口控制程序?qū)ψ冾l器和程控電源進(jìn)行控制。
齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和加載裝置通過彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)接，通過屏蔽信號(hào)線聯(lián)接光柵盤讀數(shù)頭和數(shù)據(jù)采集卡，通過接線盒為光柵盤讀數(shù)頭供電，通過編寫的Iabview程序?qū)⒉杉ǖ臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦上。


圖1本發(fā)明整體硬件結(jié)構(gòu)示意2套筒的主視3偏心套主視4偏心套俯視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參見圖1，把變頻電機(jī)與齒輪試驗(yàn)箱的輸入軸用彈性柱銷聯(lián)軸器連接在一起，輸入軸的另一端套上裝有光柵盤的軸套，用玻璃膠固定。變頻電機(jī)與變頻器相連。再把磁粉制動(dòng)器與齒輪試驗(yàn)箱的輸出軸用彈性柱銷聯(lián)軸器連接起來，同理，另一端也套上裝有光柵盤的軸套。 磁粉制動(dòng)器與程控電源相連。光柵盤讀數(shù)頭通過屏蔽線與采集卡連接，變頻器和程控電源通過串口線與計(jì)算機(jī)相連。打開Iabview編好的程序，并同時(shí)檢查是否存在干涉。檢查無誤后，打開電機(jī)電源和程控電源，同時(shí)打開事先編好的Iabview程序，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁粉制動(dòng)器所加負(fù)載。電機(jī)帶動(dòng)指定轉(zhuǎn)速齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)，磁粉制動(dòng)器為齒輪箱加上指定負(fù)載。光柵盤也會(huì)隨著齒輪軸儀器旋轉(zhuǎn)，此時(shí)調(diào)節(jié)好對應(yīng)的讀數(shù)頭位置，讀數(shù)頭每讀過一個(gè)光柵格就會(huì)發(fā)送兩個(gè)相位差是 F/2的正弦波到接線盒，接線盒經(jīng)過簡單的信號(hào)整理后就將信號(hào)傳到采集卡上，然后電腦就通過Iabview程序?qū)⒉杉降男盘?hào)存儲(chǔ)到指定位置。采集到一段時(shí)間后，即可停止電機(jī)和程控電源，完成此次數(shù)據(jù)采集。
權(quán)利要求
1.一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于包括一測試用電腦(1)，適于承載采集卡和信號(hào)處理功能，該測試電腦包括至少一輸出裝置，將控制信號(hào)輸出；一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括圓光柵(2)、光柵軸套(3)、光柵讀數(shù)頭(4)、接線盒(5)、數(shù)據(jù)采集卡(6)，其中，光柵軸套(3)將圓光柵(2)接在齒輪軸上，接線盒(5)為光柵讀數(shù)頭(4)供電和接收信號(hào)到數(shù)據(jù)采集卡(6)，信號(hào)傳輸都是使用信號(hào)屏蔽線；一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括變頻器(7)、變頻電機(jī)(8)、齒輪箱(9)、程控電源(10)、磁粉制動(dòng)器(11)，其中，變頻器(7 )控制變頻電機(jī)(8 )為齒輪箱(9 )提供動(dòng)力，程控電源(10 )控制磁粉制動(dòng)器(11)為齒輪箱(9)提供負(fù)載，齒輪箱具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的偏心套(1 2)，變頻電機(jī)(8)和磁粉制動(dòng)器(10)分別通過彈性柱銷聯(lián)軸器(13)與齒輪箱聯(lián)接，變頻器與程控電源通過串口線與電腦(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于圓光柵(2)具有16384條刻線，每轉(zhuǎn)可以輸出16384個(gè)正弦波，分辨率為 2πΙ 16384 = 3 8350e-004 弧度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于光柵讀數(shù)頭 (4)使用的是15針D-Sub接口，接口形式與RS232相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)采集卡 (6)具有高速采樣特性，采樣率可達(dá)到2. 5 M / s以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于齒輪箱(9)設(shè)計(jì)為便于裝卸齒輪的開式齒輪箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于接線盒(5)具有5V供電，信號(hào)接地和信號(hào)整理的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于偏心套(12)， 即指一個(gè)外徑中心和內(nèi)徑中心不重合，可以模擬齒輪軸安裝誤差的套筒機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于PC機(jī)(1)可以采用Iabview編程軟件進(jìn)行系統(tǒng)軟件操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于使用串口通訊模式控制變頻器和程控電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)，其特征在于能夠達(dá)到對 0-5000rpm/s的齒輪傳動(dòng)誤差精密測量。
全文摘要
一種齒輪動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差測控系統(tǒng)包括一測試用電腦適于承載采集卡和信號(hào)處理功能；一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括圓光柵、光柵軸套、光柵讀數(shù)頭、接線盒、數(shù)據(jù)采集卡；一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括變頻器、變頻電機(jī)、齒輪箱、程控電源、磁粉制動(dòng)器，齒輪箱具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的偏心套；電腦采用labview程序采集存儲(chǔ)信號(hào)，通過串口通訊程序控制變頻器和程控電源。本發(fā)明能夠達(dá)到齒輪高速動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差的精密測量，操作簡單，便于維護(hù)。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102519723SQ20121000339
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者唐健杰, 唐進(jìn)元, 樓江雷, 陳思雨 申請人:唐進(jìn)元