一种弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法与流程

本发明涉及蜗杆减速机技术领域，具体为一种弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法。

背景技术：

蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构，在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛，从交通工具用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电我们都可以见到减速机的踪迹，从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，并且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩的功能，因此减速机广泛应用在速度与扭矩的转换设备上，减速机作为接卸设备的关键部件，其性能的好坏直接影响设备运行效率的高低。

蜗杆减速机为了提高效率，一般均采用有色金属做蜗轮，采用较硬的钢材，由于它是滑动摩擦传动，在运行过程中，就会产生较高的热量，使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差异，从而在各配合面产生间隙，而油液由于温度的升高变稀，容易造成泄漏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法，其主要减速器性能试验主要包括空载、效率、温升、噪声、超载和耐久试验和温度、扭矩、转速以及噪音和震动测量，其特征在于：包括以下六个步骤：

步骤一：所述空载测试，正向和反向空载跑合到油温平稳，测量扭矩及转速、空载功率、油池平衡温度、机壳温度(各测点的最高温度)，检查泄漏、振动、噪声等有无异常，热平衡时温升小于60℃；

步骤二：所述效率测试，减速器按正、反两个方向各运转8h，加载和运转时间按测试要求，测量减速器的输出、输入转速和扭矩；

步骤三：所述温升测试，在额定载荷下，连续运转至油池温度达到平衡，记录达到热平衡所需时间，进行正、反向试验，每15min记录一次温度，绘制温升曲线；

步骤四：所述噪声测试，减速机在运转时会产生噪音，在满载条件下，进行正、反向试验，测量a、b、c、d四个点的噪声，取其平均值为测量值；

步骤五：所述超载测试，逐级加载至齿面蜗杆减速机额定载荷的125％，运转10min，运转后检查齿轮接触情况并记录；

步骤六：所述耐久测试，在额定载荷下，运转1000h，每15min记录一次温度，绘制温升曲线，在200h、500h、800h时停机检查，按减速器齿轮轮齿失效判别标准和轴承失效判别标准进行检查并记录。

进一步，所述温度测量包括油池温度、机壳温度(各测点的最高温度)和环境温度，分别由放于油池中与机壳上的温度传感器完成。

进一步，所述扭矩测量采用jc型转矩转速传感器，其基本原理是在通过磁电变换将被测扭矩转换为具有相位差的两路同频正弦信号，相位差变化的绝对值与外加扭矩大小成正比，x(t)，y(t)为转矩转速传感器提供的两路同频信号，则：

rx(0):x(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

ry(0):y(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

rxy(0):x(t)、y(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

扭矩为mn＝k·φ。

进一步，所述转速测量可采用转矩转速传感器测量，转矩转速传感器齿数为z，信号频率ω(hz)，则转速：

进一步，所述噪音和震动测量，采用噪声传感器采集噪声信号，运用联合时频分析(jtfa)技术中的短时傅立叶变换(stft)方法，分析噪声级值和频谱图的变化特征，振动测量采用压电加速度传感器拾取振动信号，采用功率谱分析方法获取设备的振动频率结构。

进一步，更换齿轮、蜗轮蜗杆时，尽量选用原厂配件和成对更换，装配输出轴时，要注意公差配合，要使用防粘剂或红丹油保护空心轴，防止磨损生锈或配合面积垢，维修时难拆卸，拆卸和安装减速机部件时，尽量避免用锤子等其他工具敲击。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法的制备方法用可靠的目标优化设计方法对弧形齿面蜗杆减速机进行设计，不仅使设计出的蜗杆减速器产品既有运行可靠性的定量描述，而且又能利用优化设计原理进行减速器参数优选，从而使设计方案将更符合客观实际、更合理和更科学，避免装置在使用时出现漏油的情况。

附图说明

图1为本发明的弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法的流程示意图；

图2为本发明的弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法的系统示意图；

图3为本发明的弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法的设计参数对照表。

图中：1、噪声传感器(a、b、c、d为四个噪声测量点)；2、直流电机；3、转矩转速传感器；4、油温传感器；5、温度传感器(b、c、d、e为四个机壳测温点)；6、减速器；7、增速器；8、加载装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参阅图1，本发明提供的实施例：一种弧形齿面蜗杆减速机动态性能评价及优化方法，其主要减速器性能试验主要包括空载、效率、温升、噪声、超载和耐久试验和温度、扭矩、转速以及噪音和震动测量，其特征在于：包括以下六个步骤：

步骤一：空载测试，正向和反向空载跑合到油温平稳，测量扭矩及转速、空载功率、油池平衡温度、机壳温度(各测点的最高温度)，检查泄漏、振动、噪声等有无异常，热平衡时温升小于60℃；

步骤二：所述效率测试，减速器按正、反两个方向各运转8h，加载和运转时间按测试要求，测量减速器的输出、输入转速和扭矩并进行记录；

步骤三：所述温升测试，在额定载荷下，连续运转至油池温度达到平衡，记录达到热平衡所需时间，进行正、反向试验，每15min记录一次温度，绘制温升曲线；

步骤四：所述噪声测试，减速机在运转时会产生噪音，在满载条件下，对弧形齿面蜗杆减速机进行正、反向试验，测量a、b、c、d四个点的噪声，取其平均值为测量值；

步骤五：所述超载测试，逐级加载至弧形齿面蜗杆减速机额定载荷的125％，运转10min，运转后检查齿轮接触情况并记录；

步骤六：所述耐久测试，在额定载荷下，运转1000h，每15min记录一次温度，绘制温升曲线，在200h、500h、800h时停机检查，按减速器齿轮轮齿失效判别标准和轴承失效判别标准进行检查并记录，从而实现对弧形齿面蜗杆减速机的耐久性进行测试。

进一步，温度测量包括油池温度、机壳温度(各测点的最高温度)和环境温度，分别由放于油池中与机壳上的温度传感器完成，当发现温升明显超过40℃或油温超过80℃时，油的质量下降或油中发现较多的铜粉以及产生不正常的噪声等现象时，要立即停止弧形齿面蜗杆减速机的使用，及时检修与维护，排除故障，更换润滑油，加油时，要注意添加的油量，保证减速机得到正确的润滑。

进一步，扭矩测量采用jc型转矩转速传感器，其基本原理是在通过磁电变换将被测扭矩转换为具有相位差的两路同频正弦信号，相位差变化的绝对值与外加扭矩大小成正比，x(t)，y(t)为转矩转速传感器提供的两路同频信号，则：

rx(0):x(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

ry(0):y(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

rxy(0):x(t)、y(t)的自相关函数在τ＝0时的估计值；

扭矩为mn＝k·φ。

进一步，转速测量可采用转矩转速传感器测量，转矩转速传感器齿数为z，信号频率ω(hz)，则转速，

进一步，噪音和震动测量，采用噪声传感器采集噪声信号，运用联合时频分析(jtfa)技术中的短时傅立叶变换(stft)方法，分析噪声级值和频谱图的变化特征，振动测量采用压电加速度传感器拾取振动信号，采用功率谱分析方法获取设备的振动频率结构。

进一步，更换齿轮、蜗轮蜗杆时，尽量选用原厂配件和成对更换，装配输出轴时，要注意公差配合，要使用防粘剂或红丹油保护空心轴，防止磨损生锈或配合面积垢，维修时难拆卸，拆卸和安装减速机部件时，尽量避免用锤子等其他工具敲击。

实施例2

一、弧形齿面蜗杆减速机动态性能优化方法：

为使设计出的弧面蜗杆减速器能获取显著的技术经济效益，根据蜗杆减速器的工作特点和结构要求，可将弧面蜗杆减速器的体积最小、传动效率最高、润滑条件最佳作为优化设计的分目标函数。

1、目标函数

1.1、体积最小分目标函数f1(x)的确定；

以减速器体积最小为设计准则，由于弧面蜗杆减速器的体积主要取决于蜗杆、蜗轮和蜗轮轴的体积，故取三者的体积之和作为目标函数，将有关参量代人并经整理后可得：

式中:m为蜗杆轴向模数；z1为蜗杆头数；ds2为蜗轮轴直径；λ为蜗杆升角；q为蜗杆直径系数，q＝z1tgλ；由上式可见，影响该分目标函数的独立参数为:m,z1,λ,ds2。

1.2、效率最高分目标函数f2(x)的确定；

以蜗杆传动效率最高为设计准则，由蜗杆传动工作情况分析可知，蜗杆传动效率低发热量大的根本原因是由于工作时其啮合面间存在很大的相对滑动速度vs，为使蜗杆传动效率最高，发热量与磨损量最小的要求，则应齿面的相对滑动速度vs趋于最小，即：

简化得则影响该分目标函数的独立参数为:m,z1,λ。

1.3、润滑条件最佳分目标函数f2(x)的确定；

所谓蜗杆传动润滑条件最佳即指蜗杆与蜗轮啮合时，两共轭齿面在接触点处接触线方向油膜厚度最大，由摩擦学可知，线性接触油膜厚度计算公式为：h0＝2.65a^0.54(η0v)^0.7r^0.34e^1-0.03w^-0.13，由该式可知，为建立弹性流体动压润滑状态创造有力条件，需使蜗杆蜗轮齿面接触点处的当量曲率半径r＝r1r2/(r1+r2)(r1、r2分别为蜗杆、蜗轮在接触点法面上的曲率半径)趋于最大，即曲率1/r趋于最小，可得：

式中:α为标准压力角(α＝20°)；d2为蜗轮分度圆直径；i为传动比。

总结：用可靠的目标优化设计方法对弧形齿面蜗杆减速机进行设计，不仅使设计出的蜗杆减速器产品既有运行可靠性的定量描述，而且又能利用优化设计原理进行减速器参数优选，从而使设计方案将更符合客观实际、更合理和更科学。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。