автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Методы и приборы измерения кинематической погрешности для испытания и контроля силовых зубчатых передач

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

2 5 CF.il

На правах рукописи

УДК 621.833:531.7.08

Василенко Владимир Григорьевич

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Специальность 05.02.11 - Методы контроля

ii диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МИНСК - 1995

Работа выполнена в Белорусском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете

Научный руководитель:

кандидат технических наун, доцент МИКУЛОВИЧ В. И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наун, профессор САДЫХОВ Р.Х.

нандидат технических наук, доцент ГОРБАЦЕВИЧ И.И.

Оппонирующая оргшшзацип: ЦентральныИ институт авиационного

моторостроенил(ЦИАМ) им.П.И.БАРАНОВА (г.Москва)

Защита состоится "10" октября 1995г. в 1400 на заседании Специализированного Совета Л 01.16.01 при Институте прикладной Финики АН Беларуси, 220600, г.Минск, ГСП, ул.Скорины, 16.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной »¡тонки АН Беларуси.

Автореферат раахжн "5" тггпбрп 1995г.

Заверенные и скрепленные печатью отзывы на р^рат п двух тшпгмппнрям прогин направить гет внирунопанному адресу.

Учрннй секретарь

а 'рпип лияироранного совета нпнцитт фиг» -тт. чоун

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эксплуатационные характеристики многих изделий машиностроения в значительной степени определяются техническим состоянием таних важнейших их узлов, как зубчатые механизмы. В ряде случаев их выход из строя приводит н невосполнимым потерям техники и к человеческим жертвам. Поэтому работы, направленные на создание современных приборов для их контроля и испытаний особо важны и актуальны.

Наиболее частым местом повреждений в передачах являются зубчатые колеса, а причины их дефектов возникают уже при проектировании и производстве. Ряд из них, а также переменная податливость, приводят к отклонению геометрии взаимодействующих поверхностей зубчатых колес от номинальной. Следствием этого является отклонение от теоретического закона преобразования вращательного реальным механизмом. Неравномерность вращения элементов передачи, и флуктуации силового взаимодействия зубчатых колес по величине и направлению ведут к снижению надежности, долговечности и повышенной виброактивности зубчатых механизмов.

Для выявления отклонений геометрии элементов передачи и их причин широко используется кинематическая погрешность. Под ней, в соответствии с ГОСТ 1643-61, понимают текущую разность между действительным и номинальным углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи.

Важную роль при решении засач повышения качества и надежности зубчатых передач играют результаты исследования кинематической погрешности при их работе на измерительных и эксплуатационных по частоте вращения привода и передаваемым крутящим моментам режимах. Велико их значение и при решении задач вибрационной диагностики. Измерение и спектральный анализ кинематической погрешности зубчатых передач в сборепредусмотрены ГОСТ 8889-77.

Существовавшие до проведения настоящих исследований средства не позволяли получать сигнал о кинематической погрешности силовых передач и определять его спектральный состав как для измерительных, так и эксплуатационных режимов.

Связь работы с крупными научными программами и темами. Резу-

льтаты проведенных по теме диссертации исследований являются законченной частью работ по созданию методов и средств диагностического контроля состояния силовых установок, выполненых в Белгосуки-верситете в рамнах Целевой комплексной программы Минавиапрома, в соответствии с приказом Министра и Планом отраслевых работ.

Цепью работы явилась разработка методов измерения и определения спектрального состава кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач в сборе, в том числе для эксплуатационных режимов работы, и их реализация в цифровых приборах.

Для этого потребовалось решить следующие основные задачи:

1. Разработать и реализовать метод получения сигнала о кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач.

2.Исследовать влияние на точность измерения кинематической погрешности основных параметров импульсных преобразователей угла поворота при нал'-щи неравномерности вращения привода.

3. Разработать эффективную процедуру определения спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач.

Методы исследования. Теоретические исследования по теме диссертационной работы проводились на основе методов теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, математического анализа и теории чисел. Экспериментальные - имитационным моделированием на ЭВМ, а также на реальных изделиях и специально разработанных стендах.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1.Разработано математическое описание алгоритма преобразования информации, соответствующего новому методу получения г ¡гнала кинематической погрешности - методу весового суммирования, выявленному по результатам анализа операций, выполняемых при получении сигнала кинематической погрешности зубчатых передач по сигналам импульсных преобразователей угла поворота. С его помощью установлено, что новый метод является обобщенней фазоимпульсного метода на случай произвольного соотношения частот импульсных последовательностей каналов ведущего и ведомого звеньев, а также сформулированы условия сохранения одновначгого соответствия сигнала о кинематической погрешности, получаемого указанным методом. исследуемому процессу.

2.Установлено, что ошибки аппроксимации монотонно изменяющегося процесса по его квантованным значениям могут быть выражены через ошибки аппроксимации обратного ему равномерно дискретизиро-ванного процесса. Это позволило в случае импульсного, преобразователя усовершенствовать аналитические соотношения для ошибок аппроксимации угла поворота его вала способом линейной интерполяции, получить соотношения для ошибок аппроксимации способом линейной экстраполяции, а также для ошибок аппроксимации производных угла

поворота.

3. Разработаю обобщенное математическое описание алгоритма преобразования измерительной информации при подавлении вклада первичных погрешностей импульсных преобразователей в конечный результат измерений методом путевого усреднения.

Остановлено, что спектральный состав периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач может быть определен путем спектрального анализа ее предварительно выделеных составляющих, имеющих периоды, равные периодам вращения отдельных звеньев исследуемого зубчатого механизма.

5. Установлено, что при наличии случайной компоненты точность измерения составляющих периодической компоненты кинематической погрешности по сигналу измерительной информации, полученному методом весового суммирования, может быть повита без уменьшения дискретности импульсных преобразователей при использоваиш ступенчатой аппронсимации угла поворота ведомого звена передачи за счет увеличения длительности обрабатываемой реализации исследуемого процесса.

Практическая ценность результатов заключается в том, что:

1. Результаты исследования метода весового суммирования и путей его- реализации обеспечили создание цифровых электронных устройств получения сигнала о кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач в сборе на эксплуатационных режимах при отсутствии стабилизации частоты вращения привода, используемых ЦИАН имени П. И.Баранова и ИНДМ/'.Ш АНБ в составе специализированных стендов, предназначенных для решения задач диагностики, контроля и испытания зубчатых механизмов.

2.Предложенные способы предварительной обработки позволили практически решить задачу определения спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач в условиях их испытания на эксплуатационных режимах работы при отсутствии стабилизации частоты вращения привода, в том числе по реализациям исследуемого процесса с длительностями, не зависящими ог периодов полных циклов пересопряжения зубчатых :;олес контролируемых механизмов. Разработанные на их основе устройства предварительной обработки используются ЦИАМ имени П.И.Баранова и ИНДМАШ АНБ в составе специализированных стендов, предназначенных для решения задач диагностики, контроля и испытания зубчатых механизмов.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты

выполненных исследований использованы при разработке двух типов приборов для исследования кинематической погрешности силовых зубчатых передач: АНП-11407 и АДП-114П и их модификаций. Указанные приборы используются в составе испытательных стендов на ряде предприятий Минавипрома и в ИНДМАШ АНБ, что подтверждено актами, приведенными в приложении н диссертационной работе. АДП-11411 прошел опытно-промышленную проверку на Минском автомобильном заводе.

Основные положения, представляемые к защите:

1.Метод весового суммирования. соответствующий ему алгоритм преобразования измерительной информации, а также функциональные структуры реализующих указанный метод устройств, как наиболее полно отвечающие условиям получения сигнала нинематичесной погрешности многоступечатых силовых зубчатых передач при их испытаниях 'на различных, в том числе эксплуатационных, режимах работы по частоте вращения привода при отсутствии ее стабилизации.

2. Аналитические соотношения для ошибок определения непрерывных значений монотонно изменяющихся процессов и их производных, аппроксимируемых по квантованным значениям уназанных процессов, которые позволяют оценить влияние неравномерности вращения привода зубчатых передач на точность аппроксимации кинематической погрешности сигналом измерительной информации.

3. Обобщенный алгоритм преобразования измерительной информации при подавлении вклада первичных погрешностей элементов импульсных датчиков угла поворота в получаемый с их помощью конечный результат, сводящий различные способы реализации метода путевого усреднения к воздействию линейной системы со случайными параметрами на сигнал с амплитудной и угловой модуляцией или фазу его несущей и позволяющий оценивать совместное влияние первичных погрешностей и неидеалыюсти выполнения соответствующих указанному методу операций.

4. Предварительное выделение отдельных составляющих периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых зубчатых передач и их последующий спектральный анализ, а также разработанные способы их выделения, в том числе, по реализациям сигнала кинематической погрешности, не зависящим от периодов полного цикла пересопряжения зубчатых колес исследуемых передач, позволяющие решить задачу определения спектрального состава периодической компоненты.

Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертационной работе новые научные результаты, заключения и выводы принадлежат лично

соискателю. Им непосредственно и при его личном участии выполнении работы по реализации результатов выполненных исследований в ряде приборов. Он танже принимал непосредственное участие в их внедрении на ряде предприятий.

Аппробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на III международном симпозиуме ИМЕКО по технической диагностике (Москва,1983г.); на международной конференции "Контроль и анализ вибрации" (Цюрих,1990г.); v Всесоюзном совещании по технической диагностике (Суздаль, 1982г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Несущая способность и качество зубчатых передач и редукторов машин" (Алма-Ата,1985г.); Республиканской научно-технической конференции "Повышение надежности и снижение металлоемкости зубчатых передач и редукторов общемашиностроительного применения" (Севастополь, 1983 г.); Межотраслерой научно-технической конференции "Высокое качество и надежность машино-строитеыюй продукции - через исследования, контроль и диагностику" (Москва, 1991 г.); Отраслевом научно-техническом совещании "Повышение несущей способности и диагностика зубчатых передач и редукторов" (Москва, 1983 г.). а также на совместном совещании Комитета технологии и средств контроля Секции зубчатых передач и редукторостроения Ц.П. НТО Машпром с ВНИИизмерения в денабре 1983г. и (иучных семинарах кафедры радиофизини Белгосуниверситета.

Публикации. По результатам исследований, представленным в диссертационной работе, опубликовано 29 работ, в том числе 9 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная раоота изложена на 139 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 29 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 140 наименований на 15 страницах, а также трех приложений на 59 страницах.

Во введении обоснована актуальность проблемы, освещено состояние вопроса, определена цель диссертационной работы и сформулированы задачи, которые потребовалось решить для ее постижения.

В первой главе на основе анализа существующих публикаций выбрана математическая модель кинематической погрешности - Д^

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

к

где: и пг(*1] ~ периодическая и шумовая компоненты

а <р1 - текущее значение угла поворота ведущего звена передачи.

При этом и ,1 может считаться стационарным, нормальным случайным процессом, а представим как:

1«1 1«1пА«1 1к

к М4

; А . «.п.

(2)

где: - периодическая составляющая с периодом, равным

периоду врачент"1 1-го звена передачи; к - число звеньев передачи;

- число "значащих" гармонии погрешности 1-го звена; 1)1к - передаточное число участка кинематической цепи между 1-ым и к-ым (ведомым) звеньями; ии - передаточное число участка кинематической цепи между начальным и 1-ым звеньями; Ап1 и А?п1 - амплитуды и начальные фазы гармоник ^^.

На основе принятой модели сделан вывод о невозможности использования опыта оценки спектрального состава кинематической погрешности зубчатых колес и одноступенчатых передач с целочисптш-ми гередаточными отношениями, для случая силовых зубчатых передач.

Установлено, что из существующих типов первичных преобразователей условиям получения сигнала о А*!^} силовых передач для эксплуатационных режимов их работы в максимальной степени отвечают импульсные датчики угла поворота.

Анализ операций при получении сигнала о с помощью из-

вестных устройств позволил выделить группу структур, обладающих общностью алгоритмов преобразования измерительной информации. Это позволило рассматривать их как реализации нового метода, который предложено называть методом весового суммирования.

Характерной особенностью указанного метода является то. что в соответствии с ним производится получение оценок углов поворота начального и конечного звеньев передачи и их весовое алгебраическое суммирование в полном соответствии с соотношением:

А^Ы " »гИ " »Л (3)

где: ~ П0°ата ведомого звена, как функция угла пово-

рота начального звена передачи; Ц. - передаточное число.

. Предложенный метод полностью отвечает условиям получения сигнала о АФе^] силовых передач. Ему такие не свойственны недостатки методов, используемых в промывшенно выпускаемых приборах.

Установлено, что имевшиеся результаты исследования влияния дискретности импульсных преобразователей на точность измерения ни-

нематической погрешности не могут бьггь использованы для случая метода весового суммирования, а также не позволяют оценивать влияние на точность измерения неравномерности вращения привода. При всех достоинствах использования информации о производной в пи~

тературе отсутствовали результаты исследования влияния дискретности импульсных преобразователей на точность ее измерения.

Показано, что имеющиеся результаты исследования метода путевого усреднения, широко используемого для уменьшения вклада в результат измерения первичных погрешностей элементов импульсных преобразователей, не обладают достаточной общностью и не позволяют оценить совместное влияние неидеальностей его реализации на получаемый результат.

Сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе приводятся результату исследования метода весового суммирования и разработки путей его реализации.

Показано, что соответствующий методу весового суммирования алгоритм преобразования информации можно представить в виде:

ÏI modB ♦ С

modi. (4)

где: А,6. и Г - модули, по которым определяются оценки угла поворота ведомого звена и его номинального значения, а также их разность; С - постоянная величина, рассматриваемая как начальная разность действительного и номинального углов поворота ведомого звена передачи.

На основе правил модулярной арифметини показано, что для однозначного соответствия результата измерения исследуемому процессу должно выполняться условие:

А - В - Г * 2(AFraax ♦ |С|). (5)

где: АГтах - максимально возможная наибольшая кинематическая погрешность для исследуемых передач.

Показано, что фазоимпульсный метод предельный случай метода весового суммирования, а присущие его реализациям недостатки есть следствие невыполнения условия (5).

Рассматриваются способы реализации предложашого метода, не требующие анализа последовательности поступления импульсов по каналам начального и конечного звеньев исследуемой передачи.

Для оптимизации аппаратурных затрат, а также уменьшения ошибок измерения, вызванных конечной точностью задания весовых коэффициентов к , предложено использовать их переменные значения,

изменяющихся таким образом, чтобы их среднее значение к0 обеспечивало требования к допустимому значенто накопленных ошибок оценки угла поворота вала преобразователя.

Показано, что когда к^п) равно к1+10-р при поступлении [к0~к^-10- импульсов в нанале ведущего звена, и равно к1 при поступлении 10ч_р-^к0-к1^'Ю~д импульсов в этом же канале, и эти значения равномерно распределены на интервале поступления Юч~р импульсов, где ч - число десятичных разрядов после запятой, которым представлено к0, а к1 - округленное до р-го разряда после запятой значение к0, ' максимальное значение переменной составляющей ошибки измерения вследствие использования переменного значения не превзищет величины, равной А1-10~р. При этом Д1 равно дискретности импульсного датчика начального зваа - 2*/^, Где

число импульсов на выходе датчика за один оборот.

Отмеченное позволяет ограничить разрядность преобразуемой информации снизу величиной, равной Д1-10~р.

Далее .в главе рассматриваются предложенные на основе метода весового суммирования структуры устройств получения сигнала кинематической погрешности, а также требования к их основным узлам.

В третьей главе приведены результаты исследования влияние на точность измерения кинематической погрешности импульсных преобразователей угла поворота.

Предложено ошибки аппроксимации угла проворота вала импульсного датчика - V ЭД по квантованным значениям определять через ошибки аппроксимации равномерно дискретизированной обратной ему функции I * 0 [•?) •. Показано, что ошибни аппроксимации б ^ - с0 связаны с ошибнами аппроксимации V соотношением:

£е " 7" а ЕР — ■ <6) А? г

Показано, что погрешность аппроксимации кинематической погрешности, полученной методом весового суммирования, при восстановлении с интерполяцией 'и экстраполяцией и сехъг), а также производной (ганематической погрешности для указанных способов восстановления ^е и сех1.р] будут удовлетворять соотношениям:

(2*

Еех1К " 8'£1п1Р *

1К

'<12

2 12 А^тах * 11 А*1п,«х (?)

I1 " 12 " 11 А»1шах)2'

Г21 1 2«

еех1Ё м 2'ехпЬР *

а2

1 " 12 ^иах"1! А»1тах)'

(8)

где: А?1тах - максимальное абсолют1юе значение отклонения от ли-

нейного закона ницах оборота

движения ведущего

привода звена I

- 11 -передачи

1'

Аф

£тах

с полосой частот в еди-наибольший размах функ-полосой частот в едини-

ции кинематической погрешности передачи с цах оборота ведомого звена 1.2 •

Для оценки влияния дискретности импульсных датчиков на точность аппроксимации Аф^^ при подавлении ошибок нвантования аналоговыми ФНЧ использован метод мгновенной частоты. Показано, что максимальная относительная погрешность измерения Аф^ЭД кан фунн-

■ А<Р£тах12, при равенстве частот спе-

ция N и а, где N

дования импульсов в каналах ведущего и ведомого звеньев и А? - о, например, для фильтра Баттерворта п - го порядка будет:

кбп г «-\6п

Г > -1 I Г Г Л 1 — А '

Ука ®НЧ " 2

!Н"'|[«Н]"'Г • {»и"}'

(9)

где Р - отношение час готы среза ФНЧ к полосе частот Аф^}.

Полученные соотношения позволяют оценивать мерности вращения привода на точность измерения Аф^- ^.

Поназано, что подавление вклада первичных погрешностей пульсных датчиков угла поворота методом путевого усреднения дится к результату воздействия на сигнал:

|х(?.Ч>) ■ А^Ф ♦ 9 * с(|?)) Щ + -е(?) ♦ ?(ф * ф)}.

влияние неравно-

им-сво-

(Ю)

* V < 1,

или фазу его несущей ..системы с импульсной характеристикой:

М-1

(т)

XII)

г 1 кя0

где: Х1ф.ф1 - сигнал, возбуждаемый импупьсообразующим элементом в

элементарном считывающем устройстве с угловым положением ? при

угловом положении ротора преобразователя ф, причем ф и ф выражены

в единицах оборота вала преобразователя; ~ функция, описы-

вающая несущую в элементарном описывающие амплитудную - чувствительность к-го ности элементарных Д1фака; е(--) ния элементарного кия, равного к/М.

Показано, что

сигнала, возбуждаемого импульсообраз; считывающем устройстве; А^. ..1 и ?

и угловую модуляцию несущей

им элементом . - функции

из Н равномерно распределенных по онруж-считывающих устройств; ~ дельта-функция

функция, описывающая " отклонение углового псшоже-отиты вающего устройства от номинального значе-

эффективность различных реализаций метода путо-

и

юга усреднения определяется подавлением системой с импульсной характеристикой 00(') спектральных составляющих *(?.?) или фазы его несушей, вызванных первичными погрешностями импульсных преобразователей и проявляющихся в амплитудной и угловой модуляции 8(...).

Установлено, что суммирование фаз несущих сигналов с выходов считывающих устройств позволяет исключить влияние отклонений чувствительности отдельных считывающих устройств от номинальной.

В четвертой главе приведены результаты разработки процедуры предварительной обработки сигнала о Д?£ силовых зубчатых передач. Исследуетс; влияние ошибок квантования углов поворота на точность измерения составляющих Би^Л.

Предлагается решение проблемы оопределения спектрального состава %[»!) • Оно состоит в предварительном выделении из сигнала ' о отдельных составляющих содержащих гармоники с час-

тотами, кратными частотам вращения звеньев передачи, и их последующем спектральной анализе.

Показано, что для выделения отдельных составляющих мо-

жет быть использован алгоритм, заданный соотношением:

«ий - КГСМ* - »О-

к«0

- ♦Е/*1. П - 1: 2; 3;..., О а: » <

где: - оценка формы составляющей периодической компоненты кинематической погрешности, имеющей период в единицах угла поворота ведущего звена; - период полного цикла пересопряжения элементов передачи в единицах угла поворота ведущего звена.

Последовательное выделение составляющих ^("»И может быть выполнено при об раб огне исследуемого процесса по алгоритму, предста-вимому соотношением:

^♦Г1 1

5шМ-КЛ О^М-йЫ • (13,

» " »5 Э: ... . о <

где: - оценка периодической составляющей имеющей

период равный ♦.ц - период функции равной:

8-1!И - МО " П«М ■ XI 8Д») - - Е <14)

Л"1 •}=1

При этом на каждом из последователымх этапов интервал наблю-

(12)

дения должен быть кратен периоду суммы составляющих периодической компоненты, которые не оценивались на предыдущих этапах обработки.

Показано, что предварительное подавление отдельных составляющих позволяет опеределять ее спектральный состав по реализации А<ы1] с длительностью, не зависящей от периода полного цикла пересопряжения. При этом устройства подавления отдельных составляющих должны иметь передаточные фуннции:

к^л) - 1 - ехр -Л у. (15)

Система, содержащая в себе последовательно включенные устройства с передаточными функциями к 1 [•>>}. число которых равно числу составляющих обеспечивает ее полное подавление. Для выде-

ления всех составляющих %(?!) и определения их спектрального состава достаточно результатов синхронного накопления, полученных по сигналам со входов последовательно включенных подавляющих устройств.

Показано, что ошибки квантования углов поворота начального (Акп1 (')) и конечного [¿,<„2 звеньев передачи, можно считать случайными процессами, некоррелированными с процессами, описывающими отклонения углов поворота начального и конечного звеньев от линейной зависимости, при условии:

2 а2 < ♦ <16>

2

где и - дисперсии шумовых составляющих неравномерности

вращения звеньев передачи.

В этом случае при выделении составляющих ^(^х) методом синхронного накопления достаточно. использовать нулевую степень аппроксимирующего полинома. При этом требования к точности их измерения могут быть обеспечены вне зависимости от дискретности используемых импульсных преобразователей.

Если условие <161 не выполняется, требования к точности измерения составляющих ^(Т)) могут быть достигнуты за счет дополнительных угловых перемещений валов датчиков относительно звеньев передачи, а также придания их статорам угловых перемещений относительно оси вращения по случайному закону. Аналогичный результат может быть достигнут модуляцией по случайному закону фазы импульсных последовательностей с выходов преобразователей.

Приводится структурная схема устройства, реализующего предложенные процедуры оценивания составляющих ^^.

—ч ГО М 2 '2* '

Н~7 1 а1. И

В пятой главе рассмотрены примеры реализации полученных результатов в цифровых приборах для испытания и контроля силовых зубчатых передач. Приведены их основные характеристики, а также сведения о практическом использовании для исследования зависимости поведения кинематической погрешности от состояния и условий испытания зубчатых передач.

С использованием результатов исследований по теме диссертации разработано два электронных устройства, предназначенных для систем контроля и испытания силовых зубчатых передач. Эти устройства -АКП-11401 и АДП-11411 обеспечивают исследование зависимости кинематической погрешности от влияющих факторов, а также ее взаимосвязи с возбуждаемой при работе механизма вибрацией. Они применяются как для контроля качества изготовления передач, так и для решения задач вибрационной диагностики.

Основным отличием АДП-11411 от АКП-11407, у которого подавление ошибок ступенчатой ' аппроксимации осуществляется аналоговыми ФНЧ, является полностью цифровой измерительный тракт и возможность его использования в составе измерительно-вычислительных комплексов на базе персональных ЭВМ.

АДП-11411 можно использовать, например, при числе импульсов на оборот вала преобразователей начального и конечного звеньев равном 32400, для контроля и испытаний силовых, зубчатых передач при частоте вращения быстроходного звена до 4630 о£/мин и тихоходного от 0,16 об/мин до 1648 об/мин. Диапазон *$#в#ения кинематической погрешности может достигать 10932 .угловые с&отды, а передаточные отношения могут быть от 1 до 0,001. Разрешающая способность при этом будет не хуже 0,3 угловой секунды. АДП-11411 позволяет параллелыю выделять составляющие периодической компоненты и вибрации, имеющие одинаковые периоды, с максимальным числом дискретных отсчетов на периоде 2048. При этом число ступеней исследуемой передачи, для которой может быть осуществлено выделение составляющих периодической компоненты любое, при условии, что передаточное число от быстроходного звена до выбранного звенаможет быть представлено произведением шести дробей, числители и знаменатели которых целые числа не превосходящие 256, а числители меньше знаменателей'.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Разработан и исследован метод весового суммирования, что впервые позволило создать устройства получения сигнала о кинематической погрешности силовых передач в сборе, работающих как на из-

мерительных, так и эксплуатационных. Полученные при этом результаты позволили также предложить пути устранения ограничений, присущих фазоимпульсному методу, наиболее широко используемому в серийных приборах.

2. Исследовано влияние дискретности импульсных преобразователей и неравномерности вращения привода на точность измерения кинематической погрешности, в результате чего уточнены соотношения для ошибок аппроксимации непрерывных значений углов поворота импульсных преобразователей способом линейной интерполяции, а также впервые получены соотношения для ошибок аппроксимации углов поворота способом линейной экстраполяции и ошибок аппроксимации производных углов поворота. Это обеспечило условия для корректного выбора дискретности импульсных преобразователей стендов для контроля и испытания силовых зубчатых передач при отсутствии стабилизации частоты вращения привода.

3. Разработано обобщенное описание алгоритма подавления первичных погрешностей импульсных преобразователей угла поворота методом путевого усреднения. Оно позволяет оценивать совместное влияние неидеальностей его реализации, а также может быть использовано для решения задачи повышения точности измерения кинематической погрешности при достигнутом уровне точности изготовления импульсных преобразователей угла поворота.

4. Предложен подход к решению задачи определения спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности многоступенчатых зубчатых передач. На его основе разработаны процедуры выделения составляющих периодической компоненты кинематической погешности, в том числе по реализациям исследуемого процесса с длительностью, не зависящей от периода полного цикла пересопряжения контролируемых передач. Это позволило практически решить задачу оценки спектрального состава кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач, в том числе на эксплуатационных {5ежимах их работы в отсутствии стабилизации частоты вращения привода.

5. Исследовано влияния ошибок квантования углов поворота звеньев исследуемого механизма на точность измерения кинематической погрешности с использованием разработанных процедур. Это позволило предложить способ выполнения требований н точности их измерения вне зависимости от дискретности импульсных преобразователей за счет увеличения длительности обрабатываемых реализаций, что особенно важно при контроле и испытаниях зубчатых передач на эксплуатационниу режимах работы по частоте вращения привода.

6. Выполненные исследования обеспечили необходимые условия создания цифровых измерительных устройств для испытания и нонтопя силовых мноступенчатых зубчатых передач в сборе, в том числе на эксплуатационных режимах их работы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

1.Василенко В.Г., Булгаков Э.Б.. Голованов В.В., Микулович В.И. Разработка методов и средств выявления диагностических параметров, характеризующих состояние зубчатых механизмов//Техническая диагностика: V Всесоюзное совещание. Тезисы донладов. Суздаль, ноябрь-декабрь 1982г. - М.. 1982. С. 42-44.

2. Булгаков Э.Б., Василенко В. Г., Голованов В. В. Исследование связи кинематической и динамической погрешностей зубчатой передачи с возбуждаемыми ею вибрациями корпуса//Повышение надежности и снижение металлоемкости зубчатых передач и редукторов общего машино-сгроительного применения: Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. '29, 30 сентября, 1 октября 1983г. Севастополь. - Харьков, 1983. С. 196-197.

3.Василенко В.Г., Булгаков З.Б., Голованов В.В., Микулович В.И. Методы и средства выявления диагностических параметров вибрации зубчатых механизмов/Яехническая диагностика: Тезисы докладов III Международного симпозиума ИМЕКО, Моснва, октябрь. 1983г. - М., 1983. С. 31-32.

4.Булгаков Э.Б., Василенко В.Г., Голованов В.В., Вербмшй В.Ф. Микулович В. И. Исследование динамического проявления кинематической погрешности и вибраций зубчатых копес//Несущая способность и качество зубчатых передач и редукторов машин: Всесоюзная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Алма- Ата, сентябрь 1985г. - М.. 1985. С. 62.

5. Василенко В. Г.. Микулович В. И., Скриган H.H. Определение дискретности импульсных датчиков приборов для контроля кинематической погрешности зубчатых передач//Измерительная техника. - 1982. - № 2. С. 31-33.

6.Василенко В.Г., Вербицкий В.Ф., Микулович В.И. Способ контроля кинематической погрешности зубчатых передач//Измерительная техника. - 1982. - * 6. С. 33-35.

7. Василенко В. Г., Коржуков П. П., Микулович В. И. Ошибки восстановления непрерывных значений кинематической погрешности зубчатых передач по дискретным значениям углов поворота// Метрология. 1983. - № 4. С. 20-27.

8.Василенко В.Г., Микулович ПЛ., Гкригпн H.H. Об ограничениях

динамического диапазона при контроле кинематической погрешности с использованием импульсных преобразователей угла поворота// Метрология. - 1983. - № 5. С. 21-27.

Э.Василенко В.Г., Вербицкий В.Ф., Микулович В.И. Средства контроля кинематической и динамической погрешностей зубчатых механизмов//Труды ЦИАМ № 1059: Повышение несущей способности и диагностика зубчатых передач и редукторов. - М., 1983. С. 146-153. Ю.Василенко В. Г. Аппаратурные средства для исследования погрешностей взаимодействия зубчатых передач//Труды ЦИАМ № 1059: Повышение несущей способности и диагностика зубчатых передач и редукторов. - М., 1983. С. 154-161.

11.Vasilenko V.O., Vulgakov Е.В., Oolovanov V.V., Mlkulovlch V.I. Methods and means of determination of the diagnostic parameters of gear vibrations//Transactiona on 3d SymposiuB of The IMECO Technical Committee on Technical Diagnostics» October 19831 Moscow. - Budapest! 1985. - pp. 47Э-482.

12.Vulgakov E.B., Klioov A.V., Oolovanov V.V., Vasilenko V.Q. Reduction gearbox diagnostics using signal from irregular rotation of external shafts//Transactiona on International Conference of The Engineering Society For Advancing Mobility Land Sea and Space: Vibration Monitoring and Analysis. Zurich, October 22-26. 1990 Paper No 12.

13. Василенко В. Г. Метод измерения периодических составляющих кинематической погрешности зубчатых передач//Метропогия. - 1987. - № 10. С. 29-36.

14. Микулович В.И., Васипеино В.Г. Влияние дискретности импульсных датчинов на погрешности фазовых кинематомеров с подавлением ошибок квантования углов поворота аналоговыми фильтрами нижних частот//Иетропогия. - 1987. - № 12. С. 28-32.

15.Василенко В.Г., Норжуков П.П., Микулович В.И. Влияние ^ способа воспроизведения измерительной информации о функции кинематической погрешности на требования к дискретности импульсных датчиков// Метрология. - 1989. - № 1. С. 7-12.

16. Василенко В.Г. Анализ кинематической погрешности зубчатых пере-дач//Измерительная техника - 1988. - № 10. С. 19-20.

17.Василенко В. Г., Микулович В.И. Метод путевого усреднения в приборах для измерения кинематической погрешности зубчатых пере-цач//Метропоп:п. - 1988. - JS 4. С. 16-22.

18.Булгаков Э.Б., Голованов В.В., Климов А.В., Василенко В.Г., -¡икулович В.И. Контроль и оценка состояния зубчатых передач в сбо-

ре методом кинематометрирования//Вестник машиностроения. 1991. Л ß. С.7-11.

19.Булгаков Э.Б.. Голованов В.В.. Климов A.B., Василенко В.Г., Ионак В.Ф. Контроль состояняия зубчатых передач и редукторов на всех этапах их жизненного цикла//Высокое качество и надежность машиностроительной продукции - через исследования, контроль и диагностику: Труды научно-технической конференции. Ноябрь 1991 г. М.: Истоки, 1991. - 14 с.

20. Кук И.В., Сороходов A.C., СчастныП И.А.. Василенко В.Г., Амельченко П. А.. Стецко П. А., Крживицкий Р. И., Семенов В. А. Диагностика технического состояния транторной трансмиссии с применением прибора кинематического шнтрсшя//Транторы и сельскохозяйственные машины. 1992. № 6. С. 17-20.

21. A.c. 847009 СССР, МНИ3 G 01В 7/28. Способ контроля кинематической погрешности зубчатых передач/Г.Ф.Астапенко, В. Г. Василенко. В.Ф.Вербицкий, В.И.Микулович (СССР). - 4 е.: ил.

22.A.C. 932215 СССР, МНИ3 G 01В 7/28. Способ анализа кинематической погрешности зубчатых передач/В.Г.Василенко. В.В.Голованов, В.Р.Крючек. В.И.Иикулович (СССР). - 3 е.: ил.

23.A.c. 945637 СССР, МНИ3 G 01В 7/28. Способ контроля кинематической погрешности зубчатых передач/В. Г. Василенко, В.Ф.Вербицкий. В.И.Мннулович, Н.Н.Скриган (СССР) - 3 е.: ил.

24.A.c. 998852 СССР, МНИ3 G 01В 7/28. Способ анализа кинематической погрешности зубчатых передач/В. Г. Василенко, В. В. Голованов, В.Р.Крючек, В.И.Микулович (СССР). - 4 е.: ил.

25. A.c. 1024699 СССР. МКИ3 G 01В 7/28. Устройство для контроля кинематической погрешности зубчатых передач/В.Г.Василенко, В.Ф.Вербицкий. В.И.Микулович (СССР). - 5 е.: ил.

26.А.с. 1128109 СССР, МКИ3 G 01В 7/28. Устройство для контроля кинематической погрешности зубчатых передач/В. Г. Василенко, В.Ф.Вербицкий. В.И.Микулович (СССР). - 4 е.: ил.

27.A.c. 1227945 СССР. МКИ3 G 01В 7/28. Устройство для анализа кинематической погрешности зубчатых передач/В.Г.Василенко, В.Ф.Вербицкий. В.И.Микулович (СССР). - 6 с.:ил.

28.А.С. 1231398 СССР, МНИ3 G 01В 7/28. Устройство для измерения кинематической погрешности зубчатых передач/В.Г.Василенко, В.Ф.Вербицкий, В.И.Микулович, А.А.Трофимович (СССР). - 3 е.: ил.

29.А.С. 1237902 СССР. МНИ3 G 01В 7/28. Устройство для изиорпшп кинематической погрешности зубчатых передач/В. Г. Василенко (СССР). - 11 е.: ил.

- 19 -РЕЗЮМЕ

ВАСИЛЕНКО Владимир Григорьевич. "МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ДЛЯ ЙСПЫГАНИЯ И КОНТРОЛЯ СИЛОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ"

Зубчатые передачи, кинематическая погрешность, модель, алгоритм, обработка, метод, способ, устройство, измерение, датчик, угол, аппроксимация, ошибки, разделение, составляющие.

Объектом исследования диссертационной работа являются методы и устройства для получения и обработки сигнала о нииематической погрешности силовых зубчатых передач.

Целью работы явилась разработка методов измерения н определения спектрального состава нинематической погрешности силовых зубчатых передач в сборе, в том числе для эксплуатационных режимов работы, и их реализация в цифровых приборах.

Теоретические исследования по теме диссертационной работы проводились на основе методов теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, математического анализа и теории чисел, а экспериментальные - имитационным моделированием на ЭВМ, а также на реальных ихделиях и специально разработанных стендах.

В результате выполненных исследований получай следующие новые научные результаты:

-предложен и исследован новый метод получения сигнала кинематической погрешности - метод весового суммирования;

-предложен подход для определения ошибок аппроксимации непрерывных значений углов поворота по сигналам с выходов импульсных преобразователей;

-разработано обобщенное описание алгоритма преобразования измерительной информации при реализации метода путевого, усреднения;

-предложен подход к определений спектрального состава периодической компоненты кинематической погрешности силовых многоступенчатых передач;

-установлено, что при наличии случайной компоненты требования н точности измерения составляющих периодической компоненты кинематической погрешности можно достичь без уменьшения дискретности импульсных преобразователей.

Разработанные на остове результатов выполненных исследований приборы и аппаратно-программные коплексы используются рядом научно-исследовательских институтов, машиностроительными и

авиационными предприятиями Республики Беларусь, Росссии и Украины в составе стендов для контроля, испытания и диагностики зубчатых передач.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке современных средств нонтроля зубчатых колес и зацеплений, а также в исследованиях, направленных 1й создание методов и систем контроля, испытания и диагностики зубчатах механизмов.

- 20 -P33DME

ВАС IJIEUHO ynamtMtp РыгоравШ, "МЕТАДЫ I ПРЫБОРЫ ВЫМЯРЭННЯ К1НЕМАТЫЧНАЙ ПАГРЭШНАСЦ! ДЛЯ ВЬЙРЛБАВЛШЯ I НАНТРОЛЮ С1ЛАВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРАДАЧ"

Зубчатыя перадачы, к i нематичная пагрэшнасць, мадэль, апгарытм, апрацоУка. метая, спосаб, прыбор, вымярэнне, датчык, вугал, апракс1мацыя, памылка. раздалленне, састауныя частн1.

Аб'ектам ' доследования дысертацыЯнай работы з'яуляюцца методы t прыборы для атрымакня 1 апрацоук t el гнала ао к!нематычнай пагрэшнасц! с!лавых зубчатых перадач.

Иэтай работы з'яулялася распрацоука метадау вымлрэння t выяулення спектральнага саставу пагрэшнасц! с (левых многоступенчатых перадач, у тим л!ку для энатуатацыйных рэжымау работы, t Ix рэал1зацыя у л!чбавых приборах.

Тэарэтычныя даследаваш i па тэме дысертацыйнай работы вынонвал1ся на падставе метадау тэоры! праУдападобнассц1 t матэматычнай статыстык!, тэоры1 выпадковых працэсау, матэматычнага анап1зу I тэоры1 Шчбау, а эксперыма<тальныя - 1м1тацыйным мадэл!раваннем на ЭВМ. а таксама на рэальных вырабах I спецыяльна распрацаваных стэндах.

У вын1ну выкананых даследаванняу атрыманы наступныя новыя навуковыя вын!к1:

-прапанаван 1 даследаван новы метад атрымання с t гнала ШненатычнаЯ пагрэшнасц1 - метад весавога падсумавання;

-прапанаван падыход для вызначэння памьшак апракс!мацы! бесперапынных значенняу вуглоа лаварота па с I пилах з выхадау 1мпупьспых пераутваральн1кау;

-распрацавана абагульненае матэматычнае ап!санне алгарытму пераутварэння вымеральнай . 1н$арнацы1 пры рэал1зацы! метада пуцявога усярэднення;

-прапанаван падыход да вызначэння спентральнага саставу перыядычных кампанент кШематычнай пагрэшнасц! с1ласых многоступенчатых перадач:

-вызначэна, што пры наяунасц! ' выпадковай кампаненты зададзенных патрабаваннлу да дакладнасц! вымярэния састауных частак перыядычнай нампаненты нЖематычнай пагрэшнасц) можна дасягнуць без памяньшення дыскрэтнасц! (мпульных

пераутварапьн!нау.

Распрацаваныя на падставе вын!кау выкананых даследаванняу прыборы 1 аппаратна-праграмныя комплексы выкарыстаюцца шэрагам навукова-даследчых 1нстытутаУ. машынабудаун1чым1 1 ав!ацыйным1 прадпрыемствам! РэспубШк! Беларусь. Paclt 1 Укра1ны У склада стэндау для кантролю, выпрабавання 1 дыягностык! зубчатых перадач.

Атрыманые вын1к! могуць быць выкарыстаны пры распрацоуке сучасных сродкау кантролю зубчатых колаУ t зачэшИвання?, а таксама у даследаваннлх. нан!раваных на стварэнне метадау 1 с!стэм кантролю, выпрабавання ! дыягностык! зубчатых механ!змау.

ABSTRACT

VASILENKO Vladiair Grigorievich, "METHODS AND DBVICES OF MEASUREMENT OF A TRANSMISSION ERROR FOR TEST AND CONTROL OF POWER TRANSFERRING GEAR DRIVES"

Qear drives, transmission error, model, algorithm, processing, method, way, device, measurement, sensor, angle, approximation, inaccuracy, division, components.

Objects of research of the dissertation are methods and device for reception and processing of a signal about a transmission error of power transferring gear drives.

The purpose of work was the development of methods for measurement and determination of a spectral structure of a transmission error of assembled multistep power transferring gear drives, including for operational modes of operations, and their realisation in digital devices.

The theoretical researches on a theme of the dissertation were conducted on the basis of methods of the theory of probabilities and mathematical statistics, theory of casual processes, mathematical analysis and theory of numbers, and experimental -modelling on a computer, as well as on real products and specially developed stands.

As a result of executed researches following new scientific results are received:

-new method of reception of a signal of a transmission error -method of weight summation is offered and investigated; -approach for determination of inaccuracy of approximation of continuous algnificance~s of angle of revolution on signals from outputs of pulsing converters is offered;

-generalised mathematical description of algorithm of transformation of the measuring information is developed at realisation of a method of way averaging;

-approach to definition of a spectral structure of a periodic components of a transmission error signal of multistep power transferring gear drives is offered;

-is installed, that at availability of a casual components of the requirement to accuracy of measurement of a periodic components of transmission error it is possible to reach without reduction of step-type behaviour of pulsing converters.

Developed on the basis of results of executed researches devices and the hardware-software complexes are used beside research institutes, machine-building and air enterprises of the ftepublic of Belarus, Russia and Ukraine in a structure of standB for the control, test and diagnostics of gear drives.

The received results can be used at development of modern means of the control of gear wheels and gear train, as well as in researches, directed on creation of methods and monitoring systems for test and diagnostics of gear drives.

Подписано к печати 04.07.95 г. Формат 60x84 1/16. Бумага № 1. Объем 1,0 п.л. Заказ № 345.

Тираж 100 экз. Отпечатано на ротапринте Белгосушшерснтета. 220080, г.Минск, ул.Бобруйская, 7.