一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统的制作方法
一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于齿轮传动领域，设及一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统。
【背景技术】
[0002] 齿轮传动误差作为齿轮传动系统产生振动和噪音的最主要原因之一，几十年来一 直成为齿轮设计者和应用工程师们关注的热点问题。齿轮传动系统传动误差的准确测试和 科学评价是齿轮传动系统传动精度和平稳性的重要保证，同时也为齿轮的设计、制造和优 化提供参考依据。然而目前的传动误差测试系统通常在低速、轻载下进行，把传动系统作为 一个理想的、没有振动的系统进行测试，根据文献介绍，将圆周速度大于25m/S的齿轮称为 高速齿轮，高速齿轮是航空飞行器、燃气轮机等高端装备中的关键零部件，高速齿轮传动误 差的测量与分析目前是一个是没有解决、也是急需解决的难题。
[0003] 齿轮传动误差是指："齿轮传动系统中，从动轮实际位置与理想位置之间的差距"。 影响齿轮传动系统传动误差的因素很多，主要是轮齿变形、几何误差、齿面修形、安装误差 和轮齿间隙。通过测量输入齿轮和输出齿轮的旋转角度，可W很方便得得到齿轮的传递误 差。国内外许多学者对传动误差理论研究和实际测量进行相关研究，台湾交通大学的蔡忠 构、陈义仁设计研发了万能型齿轮检测机，该齿轮测试机可W测试不同负载下的平行轴和 交错轴下的齿轮副的传动误差，Davoli P.et al通过试验方法测得转速为90rpm时不同负 载下的动态传动误差，中南大学邵文、李松等基于虚拟仪器理论测得转速为14化pm下的动 态传动误差曲线，等等。然而运些测量都是在低速轻载条件下进行的，目前航空齿轮转速可 达170(Κ)巧m，如何精确测量其动态传动误差，情况变得更加复杂，对于直径为100mm的齿轮， 如果需要的测量精度为〇.25um，对应的传感器达到1角秒W下则可实现该齿轮的精密测量。 限制高速航空齿轮传动误差测量的因素主要W下四方面：（1)高精度带来的大数据采集及 存储；（2)测量仪器一般都有速度限制，高速测量精度偏低；（3巧自系的扭转振动(共振)使传 感器具有更高的安装精度；（4)测量数据的同步。基于W上四方面因素考虑，对高速齿轮动 态传动误差测量系统提出了新的要求。
[0004] 目前齿轮动态传递误差的测量方法分为五类，（1)应力应变法，此法受振动影响较 小，但是测量精度较低；（2)扭转振动传感器法，此法敏感性较低，适合测量低频信号；（3)转 速类传感器法，运种方法与（1)类似，测量精度较低；（4)加速度传感器法，此法适合高速测 量，测量频率高，但是低频特性差不能给出周转误差；（5)磁性传感器法，该种方法精度较 高，也适合高速、高频测量;（6)光栅传感器，精度较高，适合测量高速，但是对测量环境有较 高要求。目前，第(4)和(6)两种类型的传感器在实验室条件下被广泛的采用，并且得到了很 好多有价值的信息。
[000引另外目前国内很少有关于高速传动误差测试的相关文献和产品，国外虽然有检测 高速传动误差的设备，但价格太高（如T20机床为40多万美元），很难做到广泛应用。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种测量精度高、适合高速测量且对环境要求不高、能广泛应用的航 空高速齿轮动态传动误差测量系统。
[0007] 本发明的技术方案为： 一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，包括两对磁栅编码器，分别装在待测试高 速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接至测试电脑;ii 试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计，包括数据采 集程序、数据传输程序、数据处理程序;设备启动且待电机转速稳定后，数据采集程序打开 写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移;数据处理程序对采 集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。
[0008] 其中，所述软件系统是调用LabVIEW中的Nl-scope模块来进行编程的。
[0009] 其中，所述数据采集程序是根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信 号，而设计的针对矩形波信号的采集程序。
[0010] 其中，所述数据传输程序在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信 号并没有同时存储于数据存储硬件上，当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时， 多余的数据将暂时存储于缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。
[0011] 其中，所述数据处理程序是利用3次分段化rmite插值原理，并结合传动比关系对 采集到的数据进行处理的。
[0012] 有益效果:本发明提供一种针对航空高速齿轮传动误差在线测量技术，选择磁性 传感器-磁栅编码器作为转角采集设备，它测量精度高、适合高速测量，并且适合有润滑油、 环境溫度可达到90°C等恶劣工况条件下使用等。本发明针对高速齿轮传动系统传动误差的 测试的实际要求和测试难点，基于NI数据采集设备及图形化编程语言搭建了一套针对高速 齿轮传动的传动误差高测试系统，为高速、高精度、大数据齿轮传动误差测试提供了一种有 效的参考方法，且测试系统操作简单，便于维护。
【附图说明】
[0013] 图1为高速航空齿轮动态传动误差测试系统示意图。
[0014] 图2为高速航空齿轮动态传动误差测试原理图。
[001引图3为测试试验台布局图。
[0016] 图4为实测矩形波信号图。
[0017] 图5为动态传动误差信号图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1与图2所示，本实施例航空高速齿轮动态传动误差在线测量系统包括系统电 源、角度编码器1、角度编码器2、数采系统接线、高速采集装置、高速存储装置、计算机，计算 机内装设有软件平台，软件平台上安装有数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序。角 度编码器1、角度编码器2分别装在输入、输出轴轴端，均由系统电源供电，且通过数采系统 接线均连接至高速采集装置和高速存储装置，高速采集装置和高速存储装置再连接至计算 机(测试电脑）。
[0019] 本实施例采用磁栅编码器作为角度编码器(转角传感器），NI公司的高速采集卡作 为高速采集装置，高速存储阵列作为高速存储装置用来进行数据存储。软件系统基于 LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计。角度编码器采用磁栅编码器，测试转速范 围大，最高测试速度可达1700化pm，且可适应高溫、油污、强振等恶劣工况。
[0020] 根据对测试要求和难点的分析，本发明测试系统所用的磁栅编码器选用的是英国 Renishaw公司的ma即etic ring encoder system-LM13系列磁栅编码器和LM13D01系列读 数头。磁栅编码器输出的是矩形波信号，通过确定矩形波上升处的位置定义则可得到该轴 对应的角度随时间变化的曲线。从理论上看，其精度由时间脉冲定时器决定，即定时器能够 区分一个事件(矩形波的上升或者下降）的大小。也就是说在一定的转速爲 &P资;1下，能够区 分的间隔为，
(1) 其中，^为脉冲定时器频率(本文取为采样频率）。假设输入轴的转速为12000rpm，传 动比为3: 1，采样频率为20MHz，则测量系统的理论测量精度为
从公式可W看出，测量的精度测量对象的速度W及 采样频率有关系，与磁栅的单圈脉冲数无关，但是单圈脉冲数决定了传递误差所含的高阶 谐波分量数目。如若需要研究齿轮晒合的高阶响应特征，则需要适当提高磁栅的单圈脉冲 数目。在主动轮输入转速由低速逐渐升至170(K)rpm的高速过程中，磁栅编码器单位时间内 输出的矩形波个数也逐渐增多，其最大值达到50M个矩形波信号。根据采样定理，为了保证 采集信号的完整性，高速采集装置需要达到的采样率应为输出值的两倍，100M及W上的采 样内存才能够实现同步采集的功能。
[0021] 在对磁栅编码器的输出信号进行高速采集时，会存在一定的数据存储溢出或者信 号数据丢点的情况，将实验数据存储于测试系统自带的软件空间或者电脑硬盘并不能很好 的解决数据丢失问题，本测试系统采用了外接存储阵列的方法来解决大数据存储问题。存 储阵列是指把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘来用，将数据W分段的方式并行写入 磁盘中，降低了数据的存储时间，提高了磁盘空间利用率，进而解决了大数据存储及数据丢 失的问题。
[0022] 本发明控制部分利用LabVIEW完成，它是NI公司推出的一种基于图形化编程语言 的虚拟仪器软件开发工具。根据高速齿轮传动误差测试要求，测试系统软件部分需要满足 高速的数据采集和存储任务。为了尽可能少地占用软件资源和电脑内存，测试系统采用了 数据采集-数据传输-数据保存的"数据流"模式来进行编程，从而省去了其他的程序调用和 条件判定，最大限度的提高了数据的采集效率。
[0023] 在高速齿轮传动误差高精度测试中，大数据的采集、传输和存储是其中一个关键 技术。为了配合高速采集卡的采集潜力，调用了LabVIEW中操作简单，便于修改的Nl-scope 模块来进行编程。根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信号，设计了针对矩 形波信号的采集程序。对于本发明采用"数据流"模式进行数据采集和存储之后，限制数据 传输效率的将是大数据存储。当数据采集的速率远远大于数据存储效率时，不可避免的会 产生数据溢出和丢点的情况，在硬件系统中采用高速存储阵列后并不能保证可W完全解决 上述问题，因此系统设计方面根据调用了 "生产者-消费者"框架设计了新的"数据流"传输 模式。"生产者-消费者"框架是指在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信号 并没有同时存储于数据存储硬件上。当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时，多 余的数据将暂时存储于缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。同 时，"数据流"编程模式节省的系统内存为数据缓存区的设置提供了充分的支持。
[0024]参见图3为测试试验台布局图，被测试的齿轮安装在高刚性齿轮箱中，试验台采用 电封闭式设计，Μ为电动机，B为发电机(负载），C为膜片联轴器，爲、焉为磁栅编码器，该试验 台采用交流电动机变频控制(最大功率37KW，最大扭矩500N.m，最大速度170(K)rpm)，实验所 测直齿轮传动副位于小型开式减速箱内。此齿轮箱的设计可W满足方便更换实验齿轮、调 整中屯、距、调整晒合状态等要求。
[00巧]具体操作如下： 1.测试前，将两对磁栅编码器分别装在输入轴、输出轴轴端，固定好读数头位置，并完 成测试系统硬件部分接线工作，由于读数头接口为RS232，采集卡接口为BNC，所W在接线过 程中用到了自制RS232-BNC转换接口，将采集卡和外接存储阵列通过串口通信与上位机(测 试电脑)连接。
[0026] 2.准备工作完成后，按照先采集卡后电脑的顺序分别启动仪器，打开软件系统， 设置接入仪器、通道、采样率、存储路径等相关参数后启动程序，观察虚拟示波器是否出现 相应信号。
[0027] 3.确定信号接入后，启动电机控制柜，设定目标转速及负载，待电机转速稳定 后，再次启动软件系统，并打开数据存储按钮开始传动误差数据写入，采集数秒后停止程 序，即得到如图4所示高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移。
[0028] 4.然后利用3次分段化rmite插值原理，并结合传动比关系可W对采集到的数据 进行处理，即可得到如图5所示高速齿轮动态传动误差数据。
【主权项】
1. 一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，包括两对磁栅编码器，分别 装在待测试高速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接 至测试电脑;测试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设 计，包括数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序;设备启动且待电机转速稳定后，数据 采集程序打开写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移;数据 处理程序对采集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。2. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述软件 系统是调用LabVIEW中的Nl-scope模块来进行编程的。3. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 采集程序是根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信号，而设计的针对矩形波 ?目号的米集程序。4. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 传输程序在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信号并没有同时存储于数据 存储硬件上，当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时，多余的数据将暂时存储于 缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。5. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 处理程序是利用3次分段Hermite插值原理，并结合传动比关系对采集到的数据进行处理 的。
【专利摘要】本发明公开了一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，包括两对磁栅编码器分别装在待测试高速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接至测试电脑；测试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计，包括数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序；设备启动且待电机转速稳定后，数据采集程序打开写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移；数据处理程序对采集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。本发明为高速、高精度、大数据齿轮传动误差测试提供了一种有效的参考方法，且测试系统操作简单，便于维护。
【IPC分类】G01B7/30, G01M13/02
【公开号】CN105486219
【申请号】CN201510749200
【发明人】唐进元, 刘洋
【申请人】中南大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月6日
【技术领域】
[0001] 本发明属于齿轮传动领域，设及一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统。
【背景技术】
[0002] 齿轮传动误差作为齿轮传动系统产生振动和噪音的最主要原因之一，几十年来一 直成为齿轮设计者和应用工程师们关注的热点问题。齿轮传动系统传动误差的准确测试和 科学评价是齿轮传动系统传动精度和平稳性的重要保证，同时也为齿轮的设计、制造和优 化提供参考依据。然而目前的传动误差测试系统通常在低速、轻载下进行，把传动系统作为 一个理想的、没有振动的系统进行测试，根据文献介绍，将圆周速度大于25m/S的齿轮称为 高速齿轮，高速齿轮是航空飞行器、燃气轮机等高端装备中的关键零部件，高速齿轮传动误 差的测量与分析目前是一个是没有解决、也是急需解决的难题。
[0003] 齿轮传动误差是指："齿轮传动系统中，从动轮实际位置与理想位置之间的差距"。 影响齿轮传动系统传动误差的因素很多，主要是轮齿变形、几何误差、齿面修形、安装误差 和轮齿间隙。通过测量输入齿轮和输出齿轮的旋转角度，可W很方便得得到齿轮的传递误 差。国内外许多学者对传动误差理论研究和实际测量进行相关研究，台湾交通大学的蔡忠 构、陈义仁设计研发了万能型齿轮检测机，该齿轮测试机可W测试不同负载下的平行轴和 交错轴下的齿轮副的传动误差，Davoli P.et al通过试验方法测得转速为90rpm时不同负 载下的动态传动误差，中南大学邵文、李松等基于虚拟仪器理论测得转速为14化pm下的动 态传动误差曲线，等等。然而运些测量都是在低速轻载条件下进行的，目前航空齿轮转速可 达170(Κ)巧m，如何精确测量其动态传动误差，情况变得更加复杂，对于直径为100mm的齿轮， 如果需要的测量精度为〇.25um，对应的传感器达到1角秒W下则可实现该齿轮的精密测量。 限制高速航空齿轮传动误差测量的因素主要W下四方面：（1)高精度带来的大数据采集及 存储；（2)测量仪器一般都有速度限制，高速测量精度偏低；（3巧自系的扭转振动(共振)使传 感器具有更高的安装精度；（4)测量数据的同步。基于W上四方面因素考虑，对高速齿轮动 态传动误差测量系统提出了新的要求。
[0004] 目前齿轮动态传递误差的测量方法分为五类，（1)应力应变法，此法受振动影响较 小，但是测量精度较低；（2)扭转振动传感器法，此法敏感性较低，适合测量低频信号；（3)转 速类传感器法，运种方法与（1)类似，测量精度较低；（4)加速度传感器法，此法适合高速测 量，测量频率高，但是低频特性差不能给出周转误差；（5)磁性传感器法，该种方法精度较 高，也适合高速、高频测量;（6)光栅传感器，精度较高，适合测量高速，但是对测量环境有较 高要求。目前，第(4)和(6)两种类型的传感器在实验室条件下被广泛的采用，并且得到了很 好多有价值的信息。
[000引另外目前国内很少有关于高速传动误差测试的相关文献和产品，国外虽然有检测 高速传动误差的设备，但价格太高（如T20机床为40多万美元），很难做到广泛应用。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种测量精度高、适合高速测量且对环境要求不高、能广泛应用的航 空高速齿轮动态传动误差测量系统。
[0007] 本发明的技术方案为： 一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，包括两对磁栅编码器，分别装在待测试高 速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接至测试电脑;ii 试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计，包括数据采 集程序、数据传输程序、数据处理程序;设备启动且待电机转速稳定后，数据采集程序打开 写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移;数据处理程序对采 集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。
[0008] 其中，所述软件系统是调用LabVIEW中的Nl-scope模块来进行编程的。
[0009] 其中，所述数据采集程序是根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信 号，而设计的针对矩形波信号的采集程序。
[0010] 其中，所述数据传输程序在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信 号并没有同时存储于数据存储硬件上，当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时， 多余的数据将暂时存储于缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。
[0011] 其中，所述数据处理程序是利用3次分段化rmite插值原理，并结合传动比关系对 采集到的数据进行处理的。
[0012] 有益效果:本发明提供一种针对航空高速齿轮传动误差在线测量技术，选择磁性 传感器-磁栅编码器作为转角采集设备，它测量精度高、适合高速测量，并且适合有润滑油、 环境溫度可达到90°C等恶劣工况条件下使用等。本发明针对高速齿轮传动系统传动误差的 测试的实际要求和测试难点，基于NI数据采集设备及图形化编程语言搭建了一套针对高速 齿轮传动的传动误差高测试系统，为高速、高精度、大数据齿轮传动误差测试提供了一种有 效的参考方法，且测试系统操作简单，便于维护。
【附图说明】
[0013] 图1为高速航空齿轮动态传动误差测试系统示意图。
[0014] 图2为高速航空齿轮动态传动误差测试原理图。
[001引图3为测试试验台布局图。
[0016] 图4为实测矩形波信号图。
[0017] 图5为动态传动误差信号图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1与图2所示，本实施例航空高速齿轮动态传动误差在线测量系统包括系统电 源、角度编码器1、角度编码器2、数采系统接线、高速采集装置、高速存储装置、计算机，计算 机内装设有软件平台，软件平台上安装有数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序。角 度编码器1、角度编码器2分别装在输入、输出轴轴端，均由系统电源供电，且通过数采系统 接线均连接至高速采集装置和高速存储装置，高速采集装置和高速存储装置再连接至计算 机(测试电脑）。
[0019] 本实施例采用磁栅编码器作为角度编码器(转角传感器），NI公司的高速采集卡作 为高速采集装置，高速存储阵列作为高速存储装置用来进行数据存储。软件系统基于 LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计。角度编码器采用磁栅编码器，测试转速范 围大，最高测试速度可达1700化pm，且可适应高溫、油污、强振等恶劣工况。
[0020] 根据对测试要求和难点的分析，本发明测试系统所用的磁栅编码器选用的是英国 Renishaw公司的ma即etic ring encoder system-LM13系列磁栅编码器和LM13D01系列读 数头。磁栅编码器输出的是矩形波信号，通过确定矩形波上升处的位置定义则可得到该轴 对应的角度随时间变化的曲线。从理论上看，其精度由时间脉冲定时器决定，即定时器能够 区分一个事件(矩形波的上升或者下降）的大小。也就是说在一定的转速爲 &P资;1下，能够区 分的间隔为，
(1) 其中，^为脉冲定时器频率(本文取为采样频率）。假设输入轴的转速为12000rpm，传 动比为3: 1，采样频率为20MHz，则测量系统的理论测量精度为
从公式可W看出，测量的精度测量对象的速度W及 采样频率有关系，与磁栅的单圈脉冲数无关，但是单圈脉冲数决定了传递误差所含的高阶 谐波分量数目。如若需要研究齿轮晒合的高阶响应特征，则需要适当提高磁栅的单圈脉冲 数目。在主动轮输入转速由低速逐渐升至170(K)rpm的高速过程中，磁栅编码器单位时间内 输出的矩形波个数也逐渐增多，其最大值达到50M个矩形波信号。根据采样定理，为了保证 采集信号的完整性，高速采集装置需要达到的采样率应为输出值的两倍，100M及W上的采 样内存才能够实现同步采集的功能。
[0021] 在对磁栅编码器的输出信号进行高速采集时，会存在一定的数据存储溢出或者信 号数据丢点的情况，将实验数据存储于测试系统自带的软件空间或者电脑硬盘并不能很好 的解决数据丢失问题，本测试系统采用了外接存储阵列的方法来解决大数据存储问题。存 储阵列是指把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘来用，将数据W分段的方式并行写入 磁盘中，降低了数据的存储时间，提高了磁盘空间利用率，进而解决了大数据存储及数据丢 失的问题。
[0022] 本发明控制部分利用LabVIEW完成，它是NI公司推出的一种基于图形化编程语言 的虚拟仪器软件开发工具。根据高速齿轮传动误差测试要求，测试系统软件部分需要满足 高速的数据采集和存储任务。为了尽可能少地占用软件资源和电脑内存，测试系统采用了 数据采集-数据传输-数据保存的"数据流"模式来进行编程，从而省去了其他的程序调用和 条件判定，最大限度的提高了数据的采集效率。
[0023] 在高速齿轮传动误差高精度测试中，大数据的采集、传输和存储是其中一个关键 技术。为了配合高速采集卡的采集潜力，调用了LabVIEW中操作简单，便于修改的Nl-scope 模块来进行编程。根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信号，设计了针对矩 形波信号的采集程序。对于本发明采用"数据流"模式进行数据采集和存储之后，限制数据 传输效率的将是大数据存储。当数据采集的速率远远大于数据存储效率时，不可避免的会 产生数据溢出和丢点的情况，在硬件系统中采用高速存储阵列后并不能保证可W完全解决 上述问题，因此系统设计方面根据调用了 "生产者-消费者"框架设计了新的"数据流"传输 模式。"生产者-消费者"框架是指在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信号 并没有同时存储于数据存储硬件上。当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时，多 余的数据将暂时存储于缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。同 时，"数据流"编程模式节省的系统内存为数据缓存区的设置提供了充分的支持。
[0024]参见图3为测试试验台布局图，被测试的齿轮安装在高刚性齿轮箱中，试验台采用 电封闭式设计，Μ为电动机，B为发电机(负载），C为膜片联轴器，爲、焉为磁栅编码器，该试验 台采用交流电动机变频控制(最大功率37KW，最大扭矩500N.m，最大速度170(K)rpm)，实验所 测直齿轮传动副位于小型开式减速箱内。此齿轮箱的设计可W满足方便更换实验齿轮、调 整中屯、距、调整晒合状态等要求。
[00巧]具体操作如下： 1.测试前，将两对磁栅编码器分别装在输入轴、输出轴轴端，固定好读数头位置，并完 成测试系统硬件部分接线工作，由于读数头接口为RS232，采集卡接口为BNC，所W在接线过 程中用到了自制RS232-BNC转换接口，将采集卡和外接存储阵列通过串口通信与上位机(测 试电脑)连接。
[0026] 2.准备工作完成后，按照先采集卡后电脑的顺序分别启动仪器，打开软件系统， 设置接入仪器、通道、采样率、存储路径等相关参数后启动程序，观察虚拟示波器是否出现 相应信号。
[0027] 3.确定信号接入后，启动电机控制柜，设定目标转速及负载，待电机转速稳定 后，再次启动软件系统，并打开数据存储按钮开始传动误差数据写入，采集数秒后停止程 序，即得到如图4所示高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移。
[0028] 4.然后利用3次分段化rmite插值原理，并结合传动比关系可W对采集到的数据 进行处理，即可得到如图5所示高速齿轮动态传动误差数据。
【主权项】
1. 一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，包括两对磁栅编码器，分别 装在待测试高速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接 至测试电脑;测试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设 计，包括数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序;设备启动且待电机转速稳定后，数据 采集程序打开写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移;数据 处理程序对采集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。2. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述软件 系统是调用LabVIEW中的Nl-scope模块来进行编程的。3. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 采集程序是根据"数据流"编程理念和磁栅编码器输出的矩形波信号，而设计的针对矩形波 ?目号的米集程序。4. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 传输程序在数据传输通道上添加了数据缓存区，实时采集到的信号并没有同时存储于数据 存储硬件上，当数据采集速率大于存储模块的数据存储速率时，多余的数据将暂时存储于 缓存区内，在数据采集停止后，多余数据再自动存入存储硬件。5. 根据权利要求1所述的航空高速齿轮动态传动误差测量系统，其特征在于，所述数据 处理程序是利用3次分段Hermite插值原理，并结合传动比关系对采集到的数据进行处理 的。
【专利摘要】本发明公开了一种航空高速齿轮动态传动误差测量系统，包括两对磁栅编码器分别装在待测试高速齿轮输入轴、输出轴轴端，两对磁栅编码器经采集卡和外接存储阵列连接至测试电脑；测试电脑中的软件系统是基于LabVIEW平台使用虚拟仪器原理进行编程和设计，包括数据采集程序、数据传输程序、数据处理程序；设备启动且待电机转速稳定后，数据采集程序打开写入传动误差数据，停止后得到高速齿轮输入轴和输出轴的转角位移；数据处理程序对采集到的数据进行处理，得到高速齿轮动态传动误差数据。本发明为高速、高精度、大数据齿轮传动误差测试提供了一种有效的参考方法，且测试系统操作简单，便于维护。
【IPC分类】G01B7/30, G01M13/02
【公开号】CN105486219
【申请号】CN201510749200
【发明人】唐进元, 刘洋
【申请人】中南大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月6日
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