摘 要

齿轮传动副是机械设备中最普遍的传动副，齿轮拥有良好的传动精度和平稳性是机械设备性能良好的关键。在实际中，齿轮因为润滑等原因，齿侧必须留有一定的间隙，而齿侧间隙是影响齿轮运动性能的关键因素之一。

本文以行星齿轮减速器为研究对象，用双电机同步驱动消隙的方法对其进行消隙，检测减速器齿轮在不同转速与偏置转矩下的振动，具体内容如下：

采用双电机同步驱动方法消隙，设计齿轮传动副性能测试试验，确定总体方案，选择试验系统硬件，搭建试验平台。

用Visual C 6.0开发性能测试控制软件，实现两电机的同步驱动，对输入端电机的转速和负载端电机的转矩进行控制。

进行传动副性能测试实验，即正交试验，收集数据，采用小波变换方法对数据进行处理，并对得到的数据进行分析

关键词：齿轮传动副 双电机同步驱动消隙 性能测试试验 试验软件 正交试验

Abstract

The gear transmission pair is the most common transmission pair in the mechanical equipment, the gear has the good transmission precision and the stability is the key of the mechanical equipment performance. In practice, because of lubrication and other reasons, the gear side must have a certain gap, and the tooth side clearance is one of the key factors that affect the performance of gear.

In this paper, the planetary gear reducer is used as the research object, with the dual motor synchronous drive to eliminate the gap between the method to detect the speed reducer gear in different speed and bias torque of the vibration, the specific contents are as follows:

Firstly,using the double motor synchronous driving method to eliminate the gap, design the gear transmission performance test test, determine the overall plan, select the test system hardware, build the test platform.

Secondly,development of performance test software, design software interface and the parameters of the software interface.

Finally,carry on the test experiment of the transmission pair performance, namely the orthogonal experiment, the data, the data is processed by the wavelet transform method, and the obtained data are analyzed.

Keywords:Gear transmission pair,Dual motor synchronous drive,Performance test,Betaware,Orthogonal test

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究目的及意义 1

1.2 国内外相关研究现状 2

1.2.1 齿轮传动副的国内外研究现状 2

1.2.2 双电机消隙的国内外研究现状 3

1.3论文主要内容 3

第2章 齿轮传动副性能测试平台搭建 4

2.1 测试实验平台的总体方案 4

2.2 硬件选型 4

2.2.1电机选型 4

2.2.2 板卡的选型 5

2.3 测试系统方案设计 6

2.4 电机及板卡的调试 6

2.5 试验平台的搭建 7

第3章 测试系统软件的调试 9

3.1 软件功能分析 9

3.2 软件界面功能设计 10

第4章 齿轮传动副正交试验 12

4.1 试验测试流程 12

4.2 试验数据的处理方法 12

4.3 试验数据分析 13

第5章 总结与展望 17

5.1 全文总结 17

5.2 研究展望 17

致 谢 18

参考文献 19

第1章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

随着科技的不断发展与进步，人类对机械性能的要求越来越高。精密加工是获得高精度零件高质量产品的重要手段，而其传动副的平稳性与准确性是精密加工的关键因素^[1]。众多机械最普遍的传动副就是齿轮传动副。如何使齿轮传动副的平稳性和精度可控，减少甚至消除振动与噪声，成为值得研究的课题^[2]。

近些年来，针对齿轮传动副的性能国内外大量学者做了很多研究。齿侧间隙是影响齿轮传动性能的重要因素。所谓齿轮侧隙，是指俩个齿轮在啮合状态下齿面接触时，两齿轮相邻的齿在分度圆上的间隙。从理论上分析齿轮副侧隙应该为零，但齿轮在实际运行时齿型会由于温度的升高而变大，所以常温下一定要留有空隙，防止温度升高时出现咬死现象，留有的空隙也可以作为储存润滑油的空间^[3]。所以实际啮合的齿轮都会有侧隙。在啮合过程中，因为齿隙的存在，本来应当连续啮合的齿轮会出现齿面暂时失去接触的现象，在接下来啮合的过程中再次接触，啮合的齿面分开、再次接触、再次分开的过程会产生强烈的冲击，伴随产生剧烈的振动和较大的噪声，在此过程中齿轮还会产生动载荷使齿轮承受较大的应力，减少其使用寿命，这将严重影响其传动副的平稳性与精确性。行星齿轮传动副是一种重要的齿轮传动副。它具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、传动功率大、承载能力大、工作平稳等优点。所以本实验以行星齿轮减速器为研究对象进行分析^[4]。

针对齿轮侧隙问题，国内外大量学者提出了很多消隙方法，包括机械消隙和电控消隙，前者主要包括弹簧消隙、双导程蜗杆消隙、斜齿轮隔垫消隙；但是它们只能消除齿侧间隙的空程误差，不能保证传动精度。而后者主要采用双电机同步驱动的方法进行消隙。在高运动性能的领域，常采用双电机消隙方法，即用两组驱动电机对轴上的齿轮施加大小相等、方向相反的转矩达到消除齿隙的目的。

本文以行星齿轮传动副为研究对象，用双电机同步驱动的方法对其消隙，为此设计搭建测试试验平台，通过测试行星齿轮啮合运动时的振动与噪声，研究双电机消隙对行星齿轮传动副性能的影响^[5]。

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 齿轮传动副的国内外研究现状

齿轮传动按其功能主要分为运动传递齿轮、动力传递齿轮或者兼有运动和动力传递的齿轮。运动传递齿轮的研究目标是提高其传动精度。动力传递齿轮的研究目标主要围绕以下几个方面进行：提高传递效率，降低振动噪声，提高承载能力，节约制造资源，提高加工的效率，避免对环境的污染^[6]。

齿轮传动副的动力学研究主要包括激励、激励响应和系统设计三个方面，研究齿轮传动副振动的机理、特点和性以及影响齿轮振动的干扰因素并且针对这些方面采取相应的技术手段来降低出轮的振动与噪声是如今主要的研究方向之一。全世界许多学者针对这方面做了深入的研究^[7]。Kahraman最早提出了将齿侧间隙和时变啮合刚度两个因素相结合计入的三自由度动力学模型，并将其改善对其进行非线性动力学分析和试验研究。Vaushya及Singh等建立了包含摩擦等非线性因素的齿轮传动副数学模型，并用Floquet理论分析了其振动响应原理。Galhoud采用分段线性化的研究方式建立了考虑齿侧间隙等非线性因素两自由度齿轮传动副动力学模型，探索出了轮齿间啮合力的谐波响应现象^[8]。

对于齿轮传动副国内目前也做了比较深入的研究。考虑到此前对齿轮传动副建模时忽略齿侧间隙等非线性因素的不足，哈尔滨工业大学崔亚辉引入时变啮合刚度和齿侧间隙两种参数，建立了齿轮-转子耦合系统的动力学模型，深入研究了齿侧间隙对齿轮系统振动的影响以及转速对齿轮啮合力动态变化的影响，对分析在实际工况中齿轮转子系统的振动特性提供了关键性理论依据^[9]。还有学者根据齿轮传动副在不同齿侧间隙值的情况下所表现出来的非线性动力学行为，推导其在考虑齿侧间隙时的非线性动力学模型，通过研究发现齿侧间隙能够显著影响齿轮传动副的振动振动幅值与动力学性能，为齿轮传动系统的研发以及故障诊断等工作提供了相应的参考价值。