减速器动态传动误差检测与分解方法研究

发布时间：2020-08-26 01:32

【摘要】：当前随着科学技术的进步,各个领域对精度都有较高的要求。因此动态测量逐渐取代了传动静态测量,成为现代测量技术的主流。但由于动态测量具有动态性、时变性、相关性和随机性等基本特性,导致通过动态测量得到的数据已经不适合继续用静态误差理论进行处理和分析。而动态误差理论还处于起始阶段,因此提高动态仪器设备的检测与控制精度,仍需进一步深入研究动态测量误差的规律与特性。本文在基于动态测量精度理论和动态测量技术的发展趋势和未来研究方向,通过对减速器这一常见传动系统的动态传动误差进行误差分解和溯源,进一步研究减速器的误差特性,从而为提高减速器的精度和其他系统的精度奠定基础。论文的主要内容包括:(1)基于全系统动态精度模型理论进行减速器动态转角误差综合模型的建立,减速器的综合误差模型在本文中主要指动、静误差模型的结合。减速器动态误差模型是指基于减速器内部齿轮传动建立反映传动特性的数学模型,利用软件对模型进行处理,得到减速器的动态误差。减速器静态误差模型是通过对齿轮固有误差、传动误差等误差的具体分析,建立减速器静态传动误差函数模型。通过将动态误差模型和静态误差模型有机结合,得到能够更加全面反映减速器特性的综合误差模型。(2)对常见数据处理方法进行介绍,并针对本文的研究数据,通过对比和分析得到适合处理本文数据的数据处理方法。一般来说,动态测量系统测量的数据需要通过专门的处理方法才能对系统的特性进行输入研究和分析。本文主要介绍了:傅里叶频谱分析、小波分析、EMD和EEMD这四种数据处理方法。通过对基于全系统动态精度模型理论建立的混联系统的仿真实验数据的处理和分析,最终选定集合经验模态分解法对本文的数据进行处理。(3)以二级展开式斜齿轮减速器为研究对象,建立减速器动态转角误差检测系统。通过运动控制卡驱动伺服电机带动减速器做减速运动,其中伺服电机与减速器输入轴向相连,圆光栅编码器与减速器输出轴相连。所以利用伺服电机内置编码器和圆光栅编码器测量可得到减速器的输入输出转角,并且由运动控制卡进行采集和比对得到减速器的动态转角误差。同时为保证测量的质量,对测量系统进行了不确定度评定。通过评定可得,系统测量的数据满足要求。(4)对减速器动态转角误差和溯源,首先利用常用的数据处理方法对减速器综合误差仿真数据进行处理和比较,最终确定利用EEMD方法处理实验数据。通过EEMD对仿真数据和实验数据的处理结果,比较误差仿真数据和实验数据的频率,发现二者频率较为相似,从而实现了对减速器转角误差的误差分解和溯源。本论文以减速器为研究对象,在基于全系统动态精度模型的前提下,建立了减速器的全系统动态误差传递链函数模型和建立了测量减速器动态转角误差的动态测量系统,通过对模型仿真数据和实验数据的处理,完成了对减速器误差分解和溯源,为后面对被测量系统或测量系统的误差分解与溯源,以及上述系统精度的提高奠定了良好的基础。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.46
【图文】：

传递链函数,测量系统,函数,全系统

安徽建筑大学硕士学位论文第二章斜齿轮减速箱传动误差模型的建立针对传统研究模型的缺陷，提出全系统动态测量误差建模理论。该理论通过分析动态测量系统内部传动机构等组成环节的误差及误差变化情况，建立测量系统全系统误差模型。即全系统动态测量误差理论将传统的黑箱数学模型尽最大可能的灰化白化，从而进一步深入研究和分析系统的误差。2.2.2 传递链函数研究被测量系统或者测量特性的传统方法是将输入端、输出端的信号通过拉普拉斯变化之比建立传递函数。这类方法的优势在于不拘泥于动态测量系统的具体类型，也就是说无论系统的结构复杂与否，只需要建立输入端、输出端的函数即可。由于实际系统内部组成环节结构可能较为复杂，且可能存在多个内部环节导致系统出现输出

示意图,实际输入输出,测量系统,示意图

e t n t(2-4)0x ( t )y ( t)( )xn t ( )yn t1 2( , , , )nF f f f图 2-2 测量系统的实际输入输出示意图2.2.4 典型的全系统误差模型根据动态测量系统的信号传递关系不同，大致可分为串联式、并联式以及混联式系统。下文将分别介绍它们全系统误差模型的建立过程。2.2.4.1 串联式动态测量系统的误差模型对于串联式系统，图 2-3 为其测量信号的传递关系：x ( t )y ( t)1f2fnf1 2( , , , )nF f f f图 2-3 串联式动态测量系统由图 2-3 可知，系统的测量输入信号为第一个信号的输入，系统的输出信号为最后一个单元的输出，并且前一个单元的输出均是后一个单元的输入。因此所有传递链函数的乘积即为串联系统整体传递链函数。即式(2-5)：1 2 1 2( , , , )n nF f f f f f f(2-5)则系统的理想输出为：0 1 2 1 2( ) ( ) ( ( , , )) ( )( )n ny t x t F f f f x t f f f(2-6)假设每个传递单元均有误差，则每个传递单元的传递函数实际表示为：

动态测量系统,串联式

安徽建筑大学硕士学位论文第二章斜齿轮减速箱传动误差模型的建立根据文献[6]，动态测量系统出现误差的因素有两种：(1)测量系统自身误差，反映到系统的输出端，记为 ( )Fe t ；(2)外部干扰因素对检测仪器的干扰，其干扰造成的影响可能出现在系统的输入输出端，分别记为 ( )xn t 、 ( )yn t ，则实际的输出结果 y ( t )表达式为：0 1 2( ) [ ( ) ( )] ( , , , ) ( ) ( )x n F yy t x t n t F f f f e t n t(2-3)因此根据式(2-1)、(2-2)、(2-3)，动态测量系统的全系统误差为：1 2( ) ( ) ( , , , ) ( ) ( )y x n F ye t n t F f f f e t n t(2-4)( )xn t ( )yn t

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